某混凝土重力坝前倾现象成因分析.pdf

第 4 6卷 第 1 O期 2 0 1 5年 5 月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 4 6 No 1 0 Ma y， 2 01 5 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 5 ) l 0 0 0 8 7 0 4 某混凝土重力坝前倾现象成因分析 陶 丛 丛 ， 吴 波 ， 宋 永 占 ( 国网电力科 学研 究院， 江苏 南京 2 1 1 1 0 0 ) 摘要 ： 西 南某水 电站 混凝土重力坝原型监测 资料 显示 ， 左岸 坝段坝体 和坝基 上下游 向水平位移存 在 向上 游发 展 的趋 势 ， 即出现 前倾现象。采用综合过程 线对比分析 、 数 学建模 分析等多种手段 ， 对大坝各监测项 目进行 了 定性和 定量分析 。 证 实这种前倾现 象是真 实的 ， 且估计 为坝 前泥沙淤积所致。大坝左岸基岩较 为软 弱， 坝前逐 年 淤积 加大 了库底压 重， 使得上游库盘沉 陷， 从 而呈现 出大坝前倾 的现象 ， 而坝 前淤积对大坝造成的具体影响 值 还 需 进 一 步 研 究探 讨 。 关键词 ： 混凝土重力坝 ； 大坝前倾 ； 成 因分析 ； 坝前 淤积 中图法分类号 ： T V 6 4 3 2 文献标志码 ：A D 0I ： 1 0 1 6 2 3 2 j c n k i 1 0 0 1 4 1 7 9 2 0 1 5 1 0 0 2 1 1 工程概况 某水电站是一座以发电为主， 兼具防洪等综合利 用效 益 的水 力发 电工 程 。枢 纽建 筑 物 主要 由拦 河 坝 、 坝 后式 发 电厂 房及 开关 站等 组成 。拦 河 坝为 混凝 土重 力坝 ， 最 大坝 高 1 3 2 0 m， 坝顶全长 4 1 8 0 m， 共分 l 9 个坝段 ， 其中 1 7号坝段为右岸非溢流坝段 ， 8号坝 段为冲沙底孔 坝段 ， 91 4号坝段为溢流表孔及 电站 进 水 口坝 段 ， 1 5号 坝段 为 泄 洪 底 孔 坝段 ， 1 61 9号 坝 段 为左 岸非 溢 流坝 段 。 电站 为 大 ( 一 ) 型 工程 ， 拦 河坝 按 1级 建筑 物设 计 。大 坝于 1 9 8 8年开 始 浇筑 混凝 土 ， 1 9 9 3年 3月 2 7日下闸蓄水 ， 1 9 9 4年 5月到达设计 高 程 ， 1 9 9 5年 6月 3 0 日完 工 ， 5台 机 组 全 部 投 产 发 电。 大 坝坝 址 区河 道 曲折 ， 呈反 S形 ， 河 谷 狭 窄 ( 底 宽约 6 0 m) 。左 岸 为一 单 薄 的条形 山脊 ， 三 面I 临江 ， 岸坡 较 陡。 山坡第 四系堆积较薄 ， 因临近澜沧江断裂带 ， 流纹岩体 结构碎裂 ， 节理裂隙发育。 2 原 型监测布置概况 在 1 、 7、 1 2 、 1 7号 及 1 9号 坝段 上布 设正 倒垂 线 ， 在 大 坝 坝顶 布置 了两 条 引 张 线 ， 9 6 1 m 和 9 0 8 m 高 程纵 向廊道分别布置一条引张线， 监测大坝水平位移 ， 如图 1 所 示 。在 坝顶 、 9 6 1 m 高 程观 测廊 道 、 9 0 8 m 高 程 观测 廊道 以及 尾水 平 台进 行 精 密 水 准测 量 ， 以 观测 坝 体垂 直位 移情 况 。为 监测 大坝 基础 扬压 力 的变化 及分 布情况 ， 在 31 4号及 1 6号坝段基础的帷幕后主排水 幕处 布置 测 压管 1 3根 ， 其 中 35号 坝 段 测 压 管位 于 坝轴线后 7 4 m 处 ， 其它 坝段测 压管位 于坝 轴线后 1 0 4 m 处 。大坝 内部 布设 了较 为全 面 的各 类 内 观监 测仪器 ， 主要有应变计、无应力计、应力计、温度计、 渗压计、基岩变位计 、测缝计 、钢筋计 、 钢板 计及 土 压计等。 3 坝前淤积测量成 果及冲沙情况 2 0 1 2年 冲 沙前对 坝前 淤 积进 行 了测 量 ， 主 要 测量 内容为坝前 1 k m、 正常蓄水位 9 9 4 m 以下水库淤积高 程 ( 见 图 1 ) 。从 坝 前 淤 积 测 量 的 成 果 可 以看 出 ， 坝前 淤 积 中间高 ， 两边 低 ， 呈现 出明 显 的 “ 漏 斗状 ”， 反 映 了 2 0 1 0年 的 冲沙效 果 。库底 预计 高程 在 9 0 59 2 5 m 之 间 ， 越靠近坝体 ， 预计高程逐渐降低 ， 两侧 的“ 漏斗状” 地形 越 为 明显 ， 坝 前 淤积最 大 厚度 近 5 0 m。 4 水平位移监测 资料分析 4 1 坝基水 平位 移 左 岸 1 7号 、 1 9号坝 段倒 垂 线监 测 成 果 显示 ， 坝 基 上下 游水 平 位 移 在呈 典 型 的年周 期 性 变 化 的 同 时 ， 又 收 稿 日期 ： 2 01 41 21 9 作者简介 ： 陶丛丛 ， 女 ， 工程 师， 主要从事 大坝 安全监测工作。E ma i l ： t a o c o n g c o n g s g e p r i s g c c c o m c n 8 8 人 民 长 江 1 r _ o 。 r p 一 一 坝 本电梯 E P 2 r 2 - 4 号正垂 r P L 4 号正垂 P L 2 厂房哇 揣 E P 2 1 9 E P 2 7 E P2 1 6 E P 2 1 5 E P 2 1 4 E P 2 1 3 E P 2 一 1 2 E P 2 1 1 E P 2 1 0 E P 2 9 E P 2 8 ： 一 7 E P 2 6 E P 2 5 = P P 一 1 P ； ； 一 1 6 1 O 0 l ， l 3号 正 t 。 f 5 号侧垂 I P 5 I，_ J 匕 一 I，_J I，_ J ， | 广 _ P P 一 2 1 号正垂 I P f ， - 1- 3 二 _ V 9 61 o o _ ， 、 l E F 囟 L j E P 3 - 5 4 号 侧 垂 I P 4 、 堡 ， I ， q I n P R 2 nn P 3 1 6 a _且 E P 3 1 3 E P 3 2 E P 3 1 1 雎 1 对 、 ， P P 3 l 出 、 、 P P 4 = 一 ， _ L j f 8 8 8 0 0 X Y8 8 0 0 0 -l ， 3 号侧垂 1 号侧垂 I P 3 I Pl 一 3 一 三向侧垂 图 1 大 坝水 平 位 移 监 测 布 置 及 坝 前 淤 积 示 意 表 现 出逐年 向上 游变 形 的趋 势 ， 2 0 1 0年 以前基 本 呈 线 表 1 统 计 了 1 9 9 92 0 1 0年 间 1 7 、 1 9号 坝段 不 同 性增长， 2 0 1 0年后基本稳定。1 9 9 9 2 0 1 0年期 问， 坝 高程处的上下游 向水平位 移变化量。从 表 中可 以看 基 上下游 向的最 大变 形量 约为 1 2 m m， 典 型过 程线 如 出 ， 不 同高 程处 坝体 均在 向上 游变形 ， 高程越 高往 上游 图 2所示 。水位和温度均未见趋势性变化 ， 说 明坝基 的变形越大， 最大为 3 0 2 mm。 向上游 的趋 势性 变 化 另有 原 因。河 床 1 2号 坝 段 以及 表 1 1 7 。 1 9 号坝段不同高程处的水平位移量 右岸 1 号 ， 3号坝 段趋 势性 均不 明显 。 图 2 坝 基 上 下游 向水 平 位 移 典 型 过 程 线 4 2坝体水平位移 左岸 1 7号 、 1 9号 坝 段 正 垂 线 监 测 成 果 也 呈 现 出 类 似 的变化 趋 势 ， 上 下 游 向水平 位 移 在 呈 典 型 的 年周 期 性 变化 的 同 时 ， 又表 现 出 逐 年 向上 游 变 形 的 趋 势 ， 2 0 1 0年 以前基 本呈 线 性 增 长 ， 2 0 1 0年 后 基 本 稳 定 ， 过 程 线如 图 3所示 。河 床坝 段和 右岸 坝段 趋势性 变 化不 明 显 图 3垂线测点水 平位移典 型过程线 注： “+” 表 示向下游变形， “一” 表示向上游变形。 9 6 1 m高程的引张线测点基点设于两岸 山体 ， 完 全独 立 于垂线 系统 。左 岸坝 段 引张线 测点 的监 测成 果 也显 示 出与垂 线类 似 的变化 趋势 ， 如 图 4所 示 。 图 4 引 张 线 测 点 水 平 位 移 典 型 过 程 线 P P 21和 E P 21 7测点均位于 1 7号坝段 的 9 6 1 m高程 上 ， 其 水平 位移 过 程 线 如 图 5所 示 。 由过程 线 对 比图可以看出， 虽然两者测值、 变幅略有差异 ， 但变 化规律和趋势基本是一致的。分析认 为， 测值差异是 因为 两 者 的起 测 时 间 不 同所 致 ； 而 变 幅 差 异 是 因 为 9 6 1 m高程引张线 的基点位于 4 0 m深的平硐内， 垂线 第 l O期 陶丛丛 ， 等 ： 某混凝土重力 坝前倾 现象成 因分析 8 9 基 点 位 于 4 2 5 m深 的坝 基 内 ， 两 基点 的稳 定性 尚不能 认 为 完全 一致 。 由此 可 见 ， 垂 线 系 统 和 引 张线 系统 相 互 印证 ， 共同证明该重力坝前倾现象是真实存在的。 图 5垂线测点 、 引张线测点水平位移对 比过程线 5 建模分析 通过建立统计模型对左岸坝段垂线测点和引张线 测点 的观 测 资 料 进 行 分 析 ， 回归 分 析 成 果 列 于 表 2 。 由建 模分 析成 果 可知 ， 各 模 型 的复相关 系 数 R为0 8 0 1 0 9 5 7 ， 相对精度为 0 1 3 5 5 0 4 7 6 1 ， 说 明模型分析 结果 可靠 性 较 高 。 从表 2中可 以看 出 ， 水 压 和 温度 对 基 岩 变 形 的影 响都较小 ， 时效分量 约 占 5 1 9 9 8 4 8 9 ， 占主导 地位 。尚需指出 ， 由于各类因子间并非完全相互独立 ， 各类 因子分量间存在相互替代的可能性。因子间相互 关系越密切 ， 相互替代的可能性就越大。经计算 ， 水压 因子与温度因子间的简单相关系数常达到 一0 6一 0 7 ， 因此水压分量与温度分量间有部分相互替代的可 能性 。而时效因子无论与水压因子或温度 因子间的简 单相关系数均小于 0 1 ， 故分解 出的时效分量是 比较 准确 的。 表 2建模 分析成果 图 6为典型模型分析过程 ， 从 中可 以看 出， 水压分 量 和 温度 分量 均 呈稳 定 的年 周 期 变 化 ， 时效 分 量 呈 现 向上游发展的趋势 ， 说明大坝前倾现象 主要是时效位 移 引起 的 。 时效位移包括坝体混凝土和岩基的徐变以及坝基 的裂 隙、 节理和其他软弱构造等在荷载作用下发生的 压缩 和塑 性 变形 ， 除此 之 外 还 包含 泥 沙对 位 移 的 影 5 水压分量 温度分量 一时效分量 ： =二= = = =二二二 0 。 0 图 6典 型 模 型 分 析 过 程 响。泥沙对位移的影响十分复杂 ， 为了简化计算 ， 通常 由时效因子来体现 。一般情况下 ， 时效位移在蓄水 初期 ( 或坝体灌浆加固等措施的一两年 内) 变化急剧 ， 而后 随着 时 间 的推 移 而 逐 渐 稳 定 。该 重 力 坝 运 行 十几年期 间一直存在位移趋势性变化 ， 2 0 1 0年后才趋 于稳定 ， 因此 ， 推测时效位移的趋势性是由泥沙淤积造 成 的 。 6 前倾现象成 因分析 通过对监测资料的对 比分析 ， 不难发现 2 0 1 0年是 个分 界线 。2 0 1 0年 以前左 岸 坝 段 坝基 、 坝体 均 呈 趋 势 性前倾现象 ， 2 0 1 0年后各趋势性变化均趋于稳定。 由此联想到 2 0 1 0年 8月 之前水 电站未 冲过沙 ， 2 0 1 0年之后开始每隔 2 a冲一 次沙。坝前淤积对 坝 基 、 坝体上下游向水平位移有一定影响， 泥沙的湿容重 约为 1 7 52 2 0 k N m ， 远 大 于水 的容 重 ， 坝前 逐 年 淤积加大了库底压重 ， 使得上游库盘沉陷 ， 从而左岸坝 基、 坝体出现向上游变形的趋势。2 0 1 0年后每 2 a冲 沙一次 ， 库底压重基本稳定在某一范围， 所以坝基水平 位移也基本稳定下来。河床坝段 和右岸坝段上下游水 平位 移较 为稳 定 ， 推测 河 床 坝 段 和 右 岸 坝 段 的基 础 较 为稳固 ， 坝前淤积对其影响较小。 通过定 性 分析 和 定 量 分 析 可 知 ， 坝 前 淤 积确 实 对 混凝土坝有一定影响 ， 尤其对于地基条件较差 的部位 ， 会造成坝体前倾 的现象。据调查 ， 国内黄河沿线多个 梯级电站均因泥沙淤积 ， 使坝体前倾 1 0 mm左右。 7结 论 该混凝土重力坝左 岸坝段前倾现象是真实的 ， 坝 前 逐 年淤 积加 大 了库底 压 重 ， 使 得较 为 软弱 的左 岸 基 础 出现不均匀沉陷， 导致 大坝前倾。但从 目前大坝变 形 的发展趋 势 还看 不 出对大 坝安 全有 何危 害 。且 在 目 前每隔 2 a冲沙一 次的情况下， 大坝 的趋势性变化 已 趋于稳定。但坝前淤积仍应 引起重视 ， 对此有必要做 进 一 步 的研 究 。 参 考 文献 ： 1 顾冲时 ， 吴 中如 大坝与坝基安全监控理 论和方法及其应 用 M 南京 ： 河海大学 出版社 2 0 0 6 ( 编 辑 ： 胡 旭 东) 人 民 长 江 2 0 1 5生 Ca us e a na l y s i s o f l e a n f o r wa r d p he no m e no n o f a c o n c r e t e g r a v i t y d a m TAO Co n g c o n g， W U Be， S ONG Yo n g z h a n ( S t a t e G r i d E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Na n j i n g 2 1 1 1 0 0， C h i n a ) Abs t r a c t ：The p r o t o t y p e mo n i t o r i n g d a t a o f a c o nc r e t e g r a vi t y da m i n S o u t h e a s t Chi n a s h o ws t ha t t he d a m bo d y a n d da m foun da t i o n a t t he l e ft b a nk i s l e a n i n g t o wa r d t h e u ps t r e a m di r e c t i o n The qu a l i t a t i v e a nd q ua n t i t a t i v e a n a l y s i s r e s ul t s b y u s i ng di f f e r e n t a na l y t i c a l me t h o ds s uc h a s c o mpr e he n s i v e p r o c e s s l i ne c o nt r a s t a n d ma t h e ma t i c a l mo d e l l i ng de mo n s t r a t e t h a t t h e l e a n i n g ph e n o m e no n i s r e a l a nd t h e u nd e r l yi n g c a u s e i s t he s e di me nt a t i o n i n f r o n t o f da mThe b e d r o c k o f da m f o un d a t i o n a t l e f t ba n k i s we a k， a n d t h e s e d i me n t a t i o n y e a r b y y e a r i n t h e f r o n t o f t h e d a m we i g h t s t h e b o t t o m o f r e s e r v o i r ，c a u s i n g t h e s i n k o f t h e u p s t r e a m r e s e r v o i r b a s e Th e s e d i m e n t a t i o n ph e n o me no n s ho u l d b e f o c us e d， a nd t he e f f e c t o f t h e s e d i m e n t a t i o n o n t h e d a m d e s e r v e s f u r t he r s t ud y Ke y wor ds： c o nc r e t e g r a v i t y da m ； l e a n f o r e a r d p he n o me n on o f d a m ； c a u s e a na l y s i s ； s e d i me nt a t i o n i n fro n t o f da m ( 上接第 7 3页 ) S t ud y o n r a i n f a l l i s o l i ne m a p pi ng by u s i ng VFP a n d CASS Z HAO De y o u ，XI E Yu n s h a n ( 1 J i a n g s u Hy d r o l o g y Wa t e r R e s o u r c e s a n d S u r v e y i n g Bu r e a u， Na n j i n g 2 1 0 0 2 9， C h i n a； 2 J i a n g s u Hy d r o l o g y Wa t e r R e s o u r c e s a n d S u rv e y i n g B u r e a u Z h e n j i a n g S u b b u r e a u ， Z h e n j i a n g 2 1 2 0 0 3 ， C h i n a ) Abs t r a c t： I n o r de r t o t i me l y a n d a c c u r a t e l y u n de r s t a nd t he s p a t i a l a n d t e mpo r a l d i s t r i bu t i o n a n d r a i n f a l l i n t e ns i t y i n a r e g i o n t o me e t t h e de ma n d o f pr a c t i c a l wo r k，t h e r a i n f a l l i s o l i ne s h o u l d b e ma p pe d b y c o mpu t e r t e c h no l o g y wi t h t h e r a i n f a l l da t a o f r e l e v a n t r a i n f a l l s t a t i o n i n t he r e g i o nUn d e r t h e CAD e n v i r o n me n t ，t h e c o o r di na t e a n d r a i n f a l l d a t a f i l e o f t h e s t a t i o ns i n s p e c i a l r e g i o n c a n b e g e ne r a t e d by VF P d a t a ba s e p r o g r a mmi n g l a n g u a g e，t he n，wi t h t he r a i n f a l l i s o l i n e g e ne r a t e d by CAS S g r a p h s o f t wa r e a n d r e l e v a n t b a s e ma p ，t h e r e g i o n a l r a i n f a l l i s o l i n e c a n b e g e n e r a t e d I n t h e c o mb i n a t i o n o f t h e p r a c t i c a l c o n d i t i o n o f Z h e n j i a n g Ci t y， J i a ng s u Pr o v i n c e，t hi s pa p e r g i v e s a d e t a i l i n t r o d u c t i o n t o t h i s t e c h n o l o g yThe pr a c t i c a l a pp l i c a t i o n s h o ws t h e g e n e r a t e d r a i n f a l l i s o l i n e ma p i s s a t i s f a c t o r y wi t h g o o d un i v e r s a l i t y Ke y wor d s： VF P；CASS；r e mo t e s e ns i ng r a i n f a l l ；i s o l i n e；c o mp ut e r t e c hn o l o g y 上接第 7 6页 参 考文 献 ： 1 郑静 。 严富海 ， 陈东平 堰塞湖水文应急预报常用方法及实践 J 人 民 长 江 ， 2 0 1 3， 4 4 ( 1 1 ) ： 2 7 3 O 2 段唯鑫 ， 沈浒英 舟曲堰塞湖水文 气象预 报应 急保障 实践 J 人 民长江 ， 2 0 1 1 ， 4 2 ( S )： 4 85 O ( 编 辑 ： 李 慧 ) S t u d y o n j o i n t r e g u l a t i o n o f r e s e r v o i r s i n d a n g e r r e mo v a l a n d t r e a t me n t o f d a mme d l a k e W ANG S ha o z h i S HU Yu a n h u a，L ANG Xu e y o u ( Z h a o t o n g B r a n c h ， H y d r o l o g i c a l a n d Wa t e r R e s o u r c e s B u r e a u o f Y u n n a n P r o v i n c e ， Z h a o t o n g 6 5 7 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r ac t： 6 5 ma g n i t u de Lu di a n e a rth qu a k e s t r uc k Lu d i a n Co u nt y，Yu nn a n Pr o v i nc e o n 3 Au g u s t i n 2 01 4 a nd g e ne r a t e d a l a r g e s c a l e d da mme d l a k e o n t he ma i ns t r e a m o f Ni u l a n Ri v e r ，b r i ng i n g a l o n g d i f f i c u l t i e s f o r t h e e me r g e n c y d a ng e rr e mo v a l a n d t r e a t me n t On t h e b a s i s o f t h e me a s u r e d d a t a o f mu l t i p l e h y d r o l o g i c a l s t a t i o n s o n s t e m N i u l a n j i a n g Ri v e r ，a j o i n t r e g u l a t i o n s c he me c o n t a i n i n g 4 r es e rvo i r s wa s c o n du c t e d Th e f l o o d c o n t r o l pr e s s ur e o f t he da mme d l a ke wa s mi t i g a t e d by us i ng up s t r e a m De z e Re s e r v o i r t o r e t a i n t h e flo o d a nd r e d uc e t h e p e a kThe s t r i c t r e g ul a t i o n o n Xi a o y a n t o u Hy d r o p o we r St a t i o n i s t o ma k e t h e i n c o mi n g d i s c h a r g e e q u a l t o t h e r e l e a s i n g d i s c h a r g e u n d e r s p e c i a l w a t e r r e g i me T i a n h u a b a n Hy d r o p o we r S t a t i o n a n d Hu a n g j i a o s h u Hy dr o po we r S t a t i on i n d o wn s t r e a m we r e e mpt i e d t o e ns u r e t he i r flo o d s t o r a g e f u n c t i o n i n d a m b r e a k s i t ua t i o n Afte r 6 t i me s o f j o i n t r e g u l a t i o n a n d t h e f o l l o wi n g u p t r e a t me n t f o r 3 mo n t h s ，t h e fl o o d c o n t r o l p r e s s u r e wa s r e d u c e d e f f e c t i v e l y a n d t h e s a f e t y o f do wn s t r e a m a r e a wa s g u a r a n t e e d Ke y wo r ds： r e s e r v o i r r e g u l a t i on；d a mme d l a k e；da ng e rr e mo v a l t r e a t me n t ；Ni u l a n Ri v e r ；Yun n a n Pr o v i n c e