混凝土坝变形过程及监控指标研究

２０１６年第２期　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—２４６９．２０１６．０２．０１９　水利规划与设计　科研管理　混凝土坝变形过程及监控指标研究　于　君　（新疆塔里木河流域阿克苏管理局，新疆阿克苏８４３０００）　摘要：通过对某水利枢纽混凝土重力坝监测资料的分析，建立了混凝土坝位移监控模型。对典型坝段水平位移的　监控指标进行了拟定，并运用Ｋ—Ｓ法对坝顶水平位移监测样本进行了检验。得出典型坝段向下游和上游方向水平　位移的限定值，为判定大坝所处的状态提供了相关依据。对预防事故、杜绝安全隐患具有至关重要的作用。　关键词：监测；位移；模型；指标　中图分类号：ＴＶ６９８．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—２４６９（２０１６）０２—００５２—０２　大坝出现安全事故，将造成不同程度的损　失　。　。大坝失事破坏往往是缓慢发生的，因此通　过监测系统来掌握大坝的工作状态，对预防事故、　杜绝安全隐患，具有至关重要的作用。对大坝进行　安全监测就需要从以下四个方面人手：（１）原型观　２０．３５亿ｍ　。坝址两岸山体呈对称“Ｖ”型，山体　浑厚，坡度２５。～４５。，岩性为黑云母花岗岩，无　规模较大不良地质构造发育，区域地质构造较　稳定。　２混凝土坝位移监控模型　根据该混凝土坝的垂线自动监测资料，按照坝　测资料正分析，主要依据实测资料建立数学监控模　型；（２）观测资料反分析，用正分析的结果，按照　理论分析，反演出坝体和坝基材料的相关参数和结　构的特性；（３）反馈分析，在前面两项分析的基础　上，找出规律和相关信息，反馈到设计、施工和运　行管理中，实现优化设计和施工、促进科学运行管　理的目的；（４）根据上面的分析，利用计算机和软　件，依据前面观测和分析的成果，结合领域内相关　体水平位移向下游为正，垂线编号采用ＰＬ表示，　测点用垂线ＰＬ和高程确定，如ＰＬ２（１４０．０ｍ）表示　正垂线ＰＬ２上高程１４０．０ｍ处测点的位移值　。　首先选取ＰＬ２（１４０．０ｍ）和ＰＬ５（１７９．０ｍ）来研究大　坝顺水流方向的位移的变化规律。其结果如图１、　图２所示。　专家的经验对大坝设计、施工及运行管理进行全面　的分析和评价　。通过对大坝监测资料进行分析，　可以建立监控模型，拟定监控指标，并可以对大坝　设计时的各种物理力学参数和相关模型进行反演分　析，可以有效地对大坝建成后的运行状况和变化规　律进行预测和监控。　１　工程概况　某水利枢纽由主坝、副坝、开敞式溢洪道、　图１测点ＰＬ２（１４０．Ｏｍ）的水平位移变化过程线　从图２和图３可以看出，顺水流方向大坝水平　左岸输水建筑物和地下发电厂房、右岸船闸等建　筑物组成。主坝为混凝土重力坝，坝高１１３．０ｍ，　坝顶长３０５．５ｍ、宽７．０ｍ，最大坝底宽８４．５　ｒｎ。　位移与库水位呈正相关性，库水位高时，向下游位　移增大，库水位降低时，向下游水位减小，当水位　坝顶高程１７９．０ｍ，正常蓄水位１７３．０ｍ，相应库　容１　１．２２亿Ｉ１＂１　，校核洪水位１７７．８ｍ，相应库容　．收稿日期：２０１５．１１－２７　作者简介：于君（１９６７年一），女，工程师。　５２・　科研管理　水利规划与设计　２０１６年第２期　０　ｍ　一　ｌ　Ｖ　长　图２测点ＰＬ５（１７９．０ｍ）的水平位移变化过程线　低至一定高度，水平位移会向上游方向开始增大。　气温的变化也对大坝位移有影响，大体呈负相关　性，气温高时，向上游方向位移变大，气温低时向　下游方向增大。结合水位和气温的影响可以得出，　在气温较高、水位较低时，大坝向下游的水平位移　最小；当气温较低，水位较高时，大坝向下游的水　平位移最大。　根据上面的分析，大坝向下游方向的水平位移　主要与水库水位、气温和时间等因素有关。因此，　采用水压分量、气温分量和时效分量，通过理论和　经验公式进行回归分析，选取ＰＬ５（１７９．０ｍ）监测　点的监测数据，采用逐步回归法，得出了如图３所　示的水平位移统计模型拟合过程线。　图３　测点ＰＬ５（１７９．Ｏｍ）的水平位移统计模型拟合过程线　由图３可以看出，水平位移统计模型的拟合值　与实际监测值较接近，相关系数为０．９６６，拟合效　果好，精度可以达到预测的需要。　３混凝土坝位移监控指标　该坝已建成运行十几年，根据监测资料，本次　采用典型小概率法对典型坝段的水平位移的监控指　标进行拟定。选择典型坝段每年水平位移的最大值　和最小值作为监测样本，见表１。　本次运用柯尔莫哥洛夫．斯米尔洛夫检验法即　Ｋ—Ｓ法对表１中的数据进行检验　。Ｋ．ｓ法的基本　原理为：　表１　坝顶垂线测点水平位移极值统计表　（单位：ｍｍ）　年份　坝段　极值　２００９　２０１０　２０ｌ１　２Ｏ１２　２０１３　２０ｌ４　最大值　２．４３　—３．６７　—０．９Ｏ　１．８０　—０．０４　—０．９９　２样　最小值　一８．６４　—９．１４　—６．９２　—６．８６　—７．１６　—８．１７　最大值　３．３９　—２．８４　３．８６　３．４６　１．９６　２．５Ｏ　４＃　最小值　一１１．３４　—１２．７２　—７．Ｏ３　—７．４３　—８．１６　—８．９５　注：水位位移向Ｆ瓣为正，向上将为负。　Ｄ＝ｍａｘＦｎ（　）一　（　）Ｊ＝ｍａｘ（Ｄ　）式（１）　一　…＋　Ｊ　式（１）中：Ｄ为Ｆ　（　）与Ｆ。（　ｉ）的最大差值；Ｆ　（　）为经验分布函数；Ｆ。（　）为理论分布函数。　当Ｄ＜Ｄ（ｎ，　）时，认为样本数据分布符合　（　；），Ｄ（ｎ，。）为临界柯尔莫哥洛夫值。根据正态　分布，取显著性水平为０．０５，则对应的临界柯尔　莫哥洛夫值为０．５１９。　Ｋ－ｓ法的原理是对于每一个样本，均对其经验　分布和理论分布的偏差进行检验，而不是采用分区　抽样检测两者之间偏差的方法，因而其检测结果较　为准确　。对于２＃坝段水平位移最大值的平均值为　一０．２２８，标准差为２．００４，计算结果如表２所示。　表２　２Ｉ；｝坝段年最大位移数据分布情况计算结果　年最大位移　频次　累计频次　经验分布　理论分布　偏差　（１ｎｍ）　（　（Ｆ）　Ｆ　（　）　Ｆ。（　）　Ｄ　一３．６７　１　ｌ　０．１６６７　０．０４２６　０．１２４ｌ　一０．９９　１　２　０．３３３３　Ｏ．３５ｌ６　Ｏ．０１８３　—０．９０　１　３　０．５０００　０．３６８４　０．１３１６　—０．０４　ｌ　４　０．６６６７　０．５３７４　Ｏ．１２９３　１．８０　１　５　０．８３３３　０．８４４７　０．Ｏ１１４　２．４３　１　６　１．００００　０．９０８１　Ｏ．Ｏ９１９　由表２可知，Ｄ＝０．１３１６＜Ｄ（６，０．０５），说明　坝顶位移最大值服从正态分布。根据其分布情况，　可以确定２＃坝段坝顶水平位移的监控指标　为３．０６８ｍｍ。　对于２＃坝段水平位移最小值的平均值为　一７．８１５，标准差为０．８８５，计算结果如表３所示。　由表３可知，Ｄ＝０．１５７７＜Ｄ（６，０．０５），说明　坝顶位移最小值服从正态分布。根据其分布情况可　以确定２＃坝段坝顶水平位移的监控指标为　一９．２７０ｍｍ。　对于４＃坝段水平位移最大值的平均值为　２．０５５，标准差为２．２８０，计算结果（下转第５８页）　・５３・　２０１６年第２期　水利规划与设计　科研管理　［７］蒋云波．项目档案管理的现状与对策［Ｊ］．云南档案，２００１　（０２）：２３—２４．　［８１王丽．浅谈档案管理工作的重要性［Ｊ］．科技信息，２０１０（２３）：　２４２十２２０．　（上接第５３页）如表４所示。　表３　２＃坝段年最小位移数据分布情况计算结果　年最小位移　频次　累计频次　经验分布　理论分布　偏差　（ｍｍ）　（＿厂）　（，）　Ｆ　（　）　Ｆ。（　）　Ｄ　９．１４　１　１　Ｏ．１６６７　０．０６７２　０．０９９５　—８．６４　１　２　０．３３３３　Ｏ．１７５６　Ｏ．１５７７　—８．１７　１　３　０．５０００　０．３４４２　０．１５５８　—７．１６　１　４　０．６６６７　０．７７０４　０．１０３７　—６．９２　ｌ　５　０．８３３３　０．８４４１　０．０１０８　—６．８６　１　６　１．００００　０．８５９７　０．１４０３　表４　４＃坝段年最大位移数据分布情况计算结果　年最大位移　频次　累计频次　经验分布　理论分布　偏差　（ｍｍ）　（，）　（Ｆ）　Ｆ　（　）　Ｆ。（　）　Ｄ　一２．８４　１　ｌ　０．１６６７　０．０１５９　０．１５０８　１．９６　１　２　０．３３３３　０．４８３４　０．１５０１　２．５Ｏ　１　３　０．５０００　０．５７７４　０．０７７４　３．３９　１　４　０．６６６７　０．７２０９　０．０５４２　３．４６　１　５　０．８３３３　Ｏ．７３ｌ１　０．１０２２　３．８６　１　６　１．００００　０．７８５７　０．２１４３　由表４可知，Ｄ＝０．２１４３＜Ｄ（６，０．０５），说明　坝顶位移最大值服从正态分布。根据其分布情况可　以确定４＃坝段坝顶水平位移的监控指标　为５．８０５ｒａｍ。　对于４＃坝段水平位移最小值的平均值为　一９．２７２，标准差为２．０７９，计算结果如表５所示。　表５　４＃坝段年最小位移数据分布情况计算结果　年最小位移　频次　累计频次　经验分布　理论分布　偏差　（ｍｍ）　（，）　（Ｆ）　Ｆ　（　。）　Ｆ。（　）　Ｄ　—ｌ２．７２　１　ｌ　０．１６６７　０．０４８６　Ｏ．１１８１　１１．３４　ｌ　２　０．３３３３　Ｏ．１５９９　０．１７３４　—８．９５　１　３　０．５０００　Ｏ．５６１５　０．Ｏ６ｌ５　—８．１６　１　４　０．６６６７　０．７０３６　０．０３６９　—７．４３　ｌ　５　０．８３３３　０．８ｌ２２　０．Ｏ２１ｌ　一７．Ｏ３　１　６　Ｉ．００００　０．８５９６　０．１４０４　由表５可知，Ｄ＝０．１７３４＜Ｄ（６，０．０５），说明　・５８・　［９］杨昕馨．水利工程档案管理工作刍议［Ｊ］．水利技术监督，２０１３　（Ｏ１）：６４—６５．　［１０］杨丽君．提高人员素质做好档案管理工作［Ｊ］．兰台世界，　２０１３（Ｓ３）：１８．　坝顶位移最小值服从正态分布。根据其分布情况可　以确定４＃坝段坝顶水平位移的监控指标为　一１２．９１２ｒａｍ。　由上述计算分析可以得出，２撑典型坝段向下游　方向的坝顶水平位移一般不应超过３．０６８ｒａｍ，且向　上游方向的坝顶水平位移一般也不应超过　一９．２７０ｒａｍ；４＃典型坝段向下游方向的坝顶水平位　移一般不应超过５．８０５ｒａｍ，且向上游方向的坝顶水　平位移一般也不应超过一１２．９１２ｍｍ。　４　结语　本文通过对某水利枢纽混凝土重力坝监测资料　的分析，建立了混凝土坝位移监控模型，水平位移　统计模型的拟合值与实际监测值较接近，拟合效果　好，精度可以达到预测的需要。通过典型小概率法　对典型坝段的水平位移的监控指标进行了拟定，选　择典型坝段每年水平位移的最大值和最小值作为监　测样本，并运用柯尔莫哥洛夫一斯米尔洛夫检验　法对２００９～２０１４年坝顶水平位移监测样本进行　了检验，监测样本均服从正态分布规律，得出　典型坝段的向下游方向和向上游方向的水平位　移的限定值，为判定大坝所处的状态提供了相　关的依据。　参考文献　［１］王伟，钟启明，刘守华，等．混凝土坝变形组合预报模型的蛙跳　建模方法［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１３（０２）：９－１４．　［２］王建，卢兆辉，路振刚．混凝土坝变形初值反演及校准［Ｊ］．水　利学报，２０１２，４３（１０）：１２２３—１２２９．　［３］张国新，沙莎．混凝土坝全过程多场耦合仿真分析［Ｊ］．水利水　电技术，２０１５（０６）：８７－９３　［４］吕文丽．碾压混凝土重力坝整体三维仿真分析［Ｊ］．水利规划与　设计，２０１１（０３）：４０－４３．　［５］娄一青，王林素，苏怀智．碾压混凝土坝层面渗流变异特性研　究［Ｊ］．水利规划与设计，２０１１（０６）：５６—５８．　［６］王焰驹．碾压混凝土重力坝工程中温度控制施工技术［Ｊ］．水利　技术监督，２０１４（０２）：６０・６２．　［７］陈文华，帅辉玲．拉模法在溢流堰堰面混凝土浇筑上的应用　［Ｊ］．水利技术监督，２０１４（０４）：５５—５７．　［８］彭圣军．混凝土坝安全监控模型数值优化及变位预警指标研究　［Ｄ］．南昌大学，２０１４．