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        混凝土壩垂直位移安全監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

        2015-11-24 08:12:10宋萬石
        水科學(xué)與工程技術(shù) 2015年5期
        關(guān)鍵詞:模型

        宋萬石

        (中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司,貴陽550081)

        1 基本情況

        大壩位于紅水河中游的廣西省境內(nèi),攔河大壩為碾壓混凝土實體重力壩,壩頂高程為233.0m,最大壩高110m,壩頂總長為525m,大壩分為28個壩段。大壩從左至右沿1#~28#壩段壩頂布置了61個垂直位移監(jiān)測點,1992年3月15日進行首次測量,1996年6月后開始正常監(jiān)測,一般每月監(jiān)測1次,資料收集截至2009年3月,其中壩體上游側(cè)垂直位移監(jiān)測點bc10-1在2005年和2006年,測點bc11-1在2004年和2005年由于門機占位暫停監(jiān)測,2006年恢復(fù)正常監(jiān)測,壩體下游側(cè)垂直位移測點bc1-2只有1992年3月15日至1997年12月17日的觀測數(shù)據(jù),1997年以后數(shù)據(jù)一直缺測,在此不對其進行分析。從監(jiān)測資料看,1997年上半年以前監(jiān)測精度較差。1997年下半年以后,監(jiān)測精度較好。因此,本文主要以1997年下半年監(jiān)測資料為依據(jù)進行分析。

        2 垂直位移的統(tǒng)計模型及其成果分析

        2.1 統(tǒng)計模型原理

        大壩屬于碾壓混凝土實體重力壩,垂直位移主要受水壓、溫度及時效等因素的影響[1-2]。因此,垂直位移δ由水壓分量δH、溫度分量δT、時效分量δθ組成,其公式:

        式中 δ為位移值;δH為水壓分量;δT為溫度分量;δθ為時效位移分量。

        考慮初始測值的影響及大壩運行情況,溫度因子采用周期項模擬,垂直位移的統(tǒng)計模型可表達為[1-2]:

        式中 a1i、a2i為水壓因子回歸系數(shù);Hu、Hu0為監(jiān)測日、始測日所對應(yīng)的上游水頭,即上游水位測值與壩底高程之差;b1i、b2i為溫度因子回歸系數(shù);t為位移監(jiān)測日到起始監(jiān)測日的累計天數(shù);t0為建模資料系列第一個監(jiān)測日到始測日的累計天數(shù);c1、c2為時效因子回歸系數(shù);θ為建模資料系列第一個測值日到始測日的累計天數(shù)t除以100;θ0為建模資料系列第一個測值日到始測日的累計天數(shù)t0除以100;a0為常數(shù)項。

        2.2 垂直位移回歸模型及成果分析

        由壩頂、168.5m廊道及廠房(水輪機層和尾水平臺)垂直位移監(jiān)測資料分析表明,168.5m廊道、基礎(chǔ)廊道和水輪機層垂直位移測值受隨機因素影響較大,下面僅對壩頂和尾水平臺垂直位移進行建模分析。

        2.2.1 回歸模型

        采用逐步回歸方法,對60個壩頂垂直位移測點(bc1-1~bc28-2)和尾水平臺的4個測點(cc1-2~cc4-2)的垂直位移監(jiān)測資料建立了回歸模型。其中,上游側(cè)測點(bc1-1~bc24-1)的建模系列為1992年3月15日~2014年12月18日的測值 (取1992年3月15日測值作為基準值),下游側(cè)測點(bc1-4~bc28-2)的建模系列為1992年3月15日~2014年12月18日的測值 (取1992年3月15日測值作為基準值);尾水平臺測點(cc1-2~cc4-2)的建模系列為1992年3月15日~2014年12月22日的測值(取1992年3月15日測值作為基準值)。

        計算各測點回歸模型系數(shù)及相應(yīng)的模型復(fù)相關(guān)系數(shù)R、標準差S和顯著性水平F及各測點垂直位移實測值、擬合值及殘差過程線。限于篇幅,這里選取壩體部分壩段垂直位移精密水準統(tǒng)計模型回歸系數(shù)統(tǒng)計表和壩頂上游側(cè)垂直位移bc1-1和壩頂下游側(cè)垂直位移bc1-4實測、擬合及殘差過程線作為典型圖進行展示,如表1及圖1~圖2。

        表1 壩段垂直位移模型回歸系數(shù)統(tǒng)計

        圖1 壩頂上游側(cè)垂直位移bc1-1實測、擬合及殘差過程線

        圖2 壩頂下游側(cè)垂直位移bc1-4實測、擬合及殘差過程線

        2.2.2 精度分析

        利用溫度因子用周期項進行了模型的回歸分析,計算可知,在64個精密水準監(jiān)測點中,復(fù)相關(guān)系數(shù)大于0.9的有17個測點,介于0.8~0.9之間的測點有41個,在0.7~0.8之間的有5個測點,其余測點均為小于0.7的。同時,各模型對應(yīng)的標準差S最大為5.54mm(bc26-1),最小為0.271m(bc24-1),與相應(yīng)的垂直位移最大值和年變幅相比,S值較小。

        由此可見,用周期項模擬溫度因子的影響,建立的回歸模型精度較高。

        本文考慮溫度周期項建立的回歸模型分離各變量,并分析各影響量對垂直位移的作用。

        2.2.3 各主要影響量對壩體垂直位移的影響

        為了分析各分量對壩頂垂直位移的影響,以壩頂上游側(cè)典型測點在2013年的實測垂直位移年變幅為例,依據(jù)構(gòu)建的回歸模型,對各個分量進行分離,具體結(jié)果如表2。

        表2 2013年壩頂?shù)湫蜏y點垂直位移年變幅分量分離統(tǒng)計單位:mm

        結(jié)合回歸分析成果,對垂直位移的各個影響量作定量分析。

        2.2.3.1 水壓分量

        庫水位對壩頂垂直位移變化有一定影響,在所有壩頂垂直位移測點中,19個測點選上水位因子。在2013年壩頂垂直位移年變幅中,庫水位占0%~7%。

        2.2.3.2 溫度分量

        溫度的高低是影響壩體垂直位移變化最主要的因素,由統(tǒng)計模型計算結(jié)果可看出,溫度分量約占總影響量的92%~99%。壩頂垂直位移所有測點均選上了溫度因子,溫升時,溫度分量減小,即壩頂上抬;反之,溫降時,溫度分量增大,即壩頂下沉。

        2.2.3.3 時效分量

        時效分量對壩頂垂直位移的影響很小,壩頂垂直位移已基本穩(wěn)定。如在2013年壩頂垂直位移年變幅中,時效分量占1%。

        3 結(jié)語

        (1)溫度分量是3個因素中最主要的影響量。壩頂垂直位移存在以年為周期的變化規(guī)律。壩體的垂直位移隨溫度升高而上抬,隨溫度降低而下沉;溫度越高,這種差值表現(xiàn)就愈發(fā)明顯。同時,溫度分量對壩體垂直位移也有滯后作用的影響,每年的8~10月份壩體位移上抬量較大,而1~3月份壩體位移下沉量較大。此外,庫水位變化對壩體垂直位移也產(chǎn)生了一定影響,但其影響程度比溫度變化小。

        (2)壩頂相鄰壩段各個測點數(shù)據(jù)中出現(xiàn)波谷的時間段很接近,具有相同的變化規(guī)律。剔除了個別突變時段之后,壩頂各個測點的垂直位移變化總體穩(wěn)定。各測點在2002~2008年之間測值的突變過程主要與相應(yīng)年份溫度變化和基點等觀測系統(tǒng)擾動有關(guān)。由上述分析可知,壩頂垂直位移變化規(guī)律基本正常。

        [1]吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2003.

        [2]顧沖時,吳中如.大壩與壩基安全監(jiān)控理論和方法及其應(yīng)用[M].南京:河海大學(xué)出版社,2006.

        [3]張博,陶家祥,曹其光,等.豐滿大壩垂直位移監(jiān)測資料分析[J].三峽大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010(6):25-28.

        [4]向衍,鄭東健,顧沖時,等.古田溪四級大壩垂直位移的突變值解析[J].水電自動化與大壩監(jiān)測,2003(2):51-55.

        [5]丁建軍,劉國明.良淺大壩垂直位移觀測資料分析[J].福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2002(2):230-234.

        [6]曹邱林,顧沖時.長湖大壩垂直位移性態(tài)分析[J].灌溉排水,2002(4):53-56.

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