高文學(xué)

（四川華電木里河水電開(kāi)發(fā)有限公司 四川 西昌 615000）

閘壩揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)分析數(shù)學(xué)模型及工程應(yīng)用

高文學(xué)

（四川華電木里河水電開(kāi)發(fā)有限公司 四川 西昌 615000）

在對(duì)影響混凝土閘壩揚(yáng)壓力的主要因素進(jìn)行分析基礎(chǔ)上，建立了閘壩揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)資料分析的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型，分析了某實(shí)際工程閘壩的實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力變化規(guī)律，為評(píng)價(jià)大壩運(yùn)行性態(tài)提供了依據(jù)。

閘壩；揚(yáng)壓力；監(jiān)測(cè)；數(shù)學(xué)模型

0 引言

揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)是閘壩安全監(jiān)測(cè)的重要項(xiàng)目之一，影響揚(yáng)壓力大小的因素有上、下游水位、帷幕的工作狀態(tài)、排水系統(tǒng)及庫(kù)內(nèi)泥沙淤積對(duì)基巖裂隙的堵塞、降雨及滲透作用等，而溫度則通過(guò)影響基巖裂隙張開(kāi)度而間接影響揚(yáng)壓力大小。這些影響因素除有周期性變化規(guī)律以外，還受隨機(jī)性因素的影響，且大壩揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)亦存在觀測(cè)誤差。因此，本文通過(guò)建立揚(yáng)壓力分析數(shù)學(xué)模型來(lái)反映上述因素對(duì)大壩揚(yáng)壓力的影響，并從中找出規(guī)律，從而對(duì)大壩揚(yáng)壓力狀態(tài)作出預(yù)估和監(jiān)控。

1 數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

影響壩基揚(yáng)壓力大小的因素有上、下游水位、帷幕的工作狀態(tài)、排水系統(tǒng)及庫(kù)內(nèi)泥沙淤積對(duì)基巖裂隙的堵塞、降雨及滲透作用等。因此在統(tǒng)計(jì)分析中，模型的因子初選是極為復(fù)雜的。通?？砂匆韵滦问綐?gòu)造揚(yáng)壓力分析數(shù)學(xué)模型：

式中，YW（t）——揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)值在時(shí)間t的統(tǒng)計(jì)估計(jì)值；

YW1[H上（t）]——揚(yáng)壓力的上游水壓分量；

YW2[H下（t）]——揚(yáng)壓力的下游水壓分量；

YW3[T（t）]——揚(yáng)壓力的溫度分量；

YW4[θ（t）]——揚(yáng)壓力的時(shí)效分量；

C——待定常數(shù)項(xiàng)。

（1）庫(kù)水位分量

根據(jù)理論和實(shí)測(cè)資料分析可知，壩基各測(cè)壓管的測(cè)值隨該點(diǎn)到上游面的距離不同而滯后的時(shí)間也不盡不同，因此水位因子的選擇中可加入觀測(cè)日水位、前5天的平均水位H5、前10天的平均水位H10以及前20天平均水位H20等作為初選因子進(jìn)行分析處理，如此則有揚(yáng)壓力水位分量函數(shù)：

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式中，ai，bi——待定回歸系數(shù)。

（2）溫度分量

揚(yáng)壓力與溫度變化并無(wú)直接關(guān)系，但由于溫度變化會(huì)引起基巖裂隙張開(kāi)度的改變而間接影響揚(yáng)壓力的測(cè)值，一般情況下溫度因素對(duì)揚(yáng)壓力測(cè)值的影響較小，特別是對(duì)于處在水位較深處的揚(yáng)壓力測(cè)點(diǎn),測(cè)值影響更是如此，因此，本文按溫度周期變化特點(diǎn)考慮其對(duì)揚(yáng)壓力測(cè)值的影響，并構(gòu)造如下分量函數(shù)：

（3）時(shí)效分量

泥沙的淤積情況是越靠近壩踵、顆粒越細(xì)小，這是由于水流速度由庫(kù)尾至壩前逐漸減慢的緣故。隨著泥沙的不斷淤積，使壩基附近的上游面鋪蓋層逐年增厚，影響壩基滲流場(chǎng)，這種作用實(shí)際上與時(shí)間有關(guān)，因此，分析中采用如下的模式考慮其時(shí)效分量：

式中，ti為觀測(cè)時(shí)刻距初始時(shí)刻的天數(shù)；di為待定回歸系數(shù)。

2 模型的工程應(yīng)用

2.1 工程概況

某混凝土閘壩位于大渡河右岸一支流上，壩頂高程1679.00m，最大壩高35.50m，壩頂長(zhǎng)181.5m，從左至右依次布置有8個(gè)擋水壩段、3孔泄洪閘、1孔沖砂排污閘和右岸側(cè)向發(fā)電取水閘；壩前正常蓄水位為1678.0m，死水位為1666.0m，總庫(kù)容162.1萬(wàn)m3。電站總裝機(jī)132MW，年發(fā)電量6.91億kW·h。

為監(jiān)測(cè)防滲帷幕的防滲效果和閘基的揚(yáng)壓力，分別在排污、沖砂、泄洪及擋水壩段各設(shè)有一個(gè)揚(yáng)壓力觀測(cè)斷面，共有16 個(gè)測(cè)壓管。 除 UP2、UP3、UP6、UP7、UP15、UP16 埋設(shè)在壩體內(nèi)，引至壩頂外，其余測(cè)壓管均引至基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)，基本上每個(gè)壩段都有一個(gè)測(cè)點(diǎn)。所有測(cè)壓管均采用Φ63mm鍍鋅鐵管深入建基面一下1m。灌漿廊道內(nèi)測(cè)壓管采用壓力表測(cè)量。引至壩頂?shù)臏y(cè)壓管采用DGK-110型電測(cè)水位計(jì)測(cè)量。

對(duì)該混凝土閘壩進(jìn)行滲流分析時(shí)，時(shí)效分量的初始時(shí)刻取2002年1月1日，H（t0）取建基面高程1643.5m。

2.2 揚(yáng)壓力分析

在所埋設(shè)的16個(gè)測(cè)壓管中，UP2（1668.00m高程）已堵塞；UP16被埋，因而這兩個(gè)測(cè)壓管無(wú)法觀測(cè)。由于采用壓力表測(cè)揚(yáng)壓力，一些測(cè)孔的水位沒(méi)有達(dá)到壓力表高程，無(wú)法測(cè)量其值，只有 UP5、UP8、UP9、UP3、UP6、UP7、UP15 七個(gè)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值，故本文只對(duì)這些測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了分析。

根據(jù)揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)分析模型（式1～式5），對(duì)2002～2005年系列資料進(jìn)行了回歸分析，在7個(gè)測(cè)點(diǎn)的揚(yáng)壓力回歸方程中，引至壩頂?shù)腢P5、UP8、UP9三個(gè)測(cè)點(diǎn)的復(fù)相關(guān)系數(shù)R全部小于0.5，廊道內(nèi)的UP3、UP6、UP7、UP15四個(gè)測(cè)點(diǎn)的復(fù)相關(guān)系數(shù)R大于0.7的有3個(gè)，小于0.7的有1個(gè)，回歸效果總體較好。從回歸結(jié)果可以得到以下認(rèn)識(shí)：

（1）測(cè)孔揚(yáng)壓力值與下游水位、溫度和時(shí)效的關(guān)系很小，而與上游水位相關(guān)密切。

（2）由揚(yáng)壓力實(shí)測(cè)值和回歸分析結(jié)果可知，揚(yáng)壓力的變化呈現(xiàn)較好的規(guī)律性，并趨于收斂。UP3、UP7測(cè)值中個(gè)別點(diǎn)出現(xiàn)有較大的跳動(dòng)，主要是測(cè)點(diǎn)靠近沖砂閘受沖庫(kù)的影響。運(yùn)行中的沖庫(kù)時(shí)間分別為：2002年5月23日，2002年10月5日,2003年5月5日,2003年7月5日，2004年10月1日。幾次沖庫(kù)都引起揚(yáng)壓力的突然增大，表明沖庫(kù)對(duì)揚(yáng)壓力的影響比較明顯。

3 結(jié)論

本文對(duì)混凝土閘壩壩基揚(yáng)壓力建立了適當(dāng)?shù)挠^測(cè)資料分析數(shù)學(xué)模型，某混凝土閘壩揚(yáng)壓力原型觀測(cè)資料的數(shù)學(xué)模型分析表明，該工程壩基揚(yáng)壓力與下游水位、溫度和時(shí)效的關(guān)系很小，而與上游水位相關(guān)密切，沖庫(kù)對(duì)揚(yáng)壓力的影響比較明顯。實(shí)際工程應(yīng)用驗(yàn)證了本文模型的適用性。

［1］劉子方.堤壩非穩(wěn)定滲流觀測(cè)資料分析方法[J].巖土工程學(xué)報(bào),2011,11.

［2］任慧麗.某水庫(kù)大壩滲流觀測(cè)資料對(duì)比分析及成果[J].內(nèi)蒙古水利,2009,5:12-13.

［3］鄭曉紅,李東升.溫度因子對(duì)混凝土壩滲流監(jiān)測(cè)模型影響的對(duì)比研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2010,9:77-79.

高文學(xué)（1973—），男，湖北荊門人，本科畢業(yè)于三峽大學(xué)，現(xiàn)在四川華電木里河水電開(kāi)發(fā)有限公司卡基娃建設(shè)分公司工作，工程師。

王洪澤］