于 君

（新疆塔里木河流域阿克蘇管理局，新疆阿克蘇843000）

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混凝土壩變形過程及監(jiān)控指標(biāo)研究

于 君

（新疆塔里木河流域阿克蘇管理局，新疆阿克蘇843000）

摘要：通過對某水利樞紐混凝土重力壩監(jiān)測資料的分析，建立了混凝土壩位移監(jiān)控模型。對典型壩段水平位移的監(jiān)控指標(biāo)進行了擬定，并運用K-S法對壩頂水平位移監(jiān)測樣本進行了檢驗。得出典型壩段向下游和上游方向水平位移的限定值，為判定大壩所處的狀態(tài)提供了相關(guān)依據(jù)。對預(yù)防事故、杜絕安全隱患具有至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測；位移；模型；指標(biāo)

大壩出現(xiàn)安全事故，將造成不同程度的損失［1-2］。大壩失事破壞往往是緩慢發(fā)生的，因此通過監(jiān)測系統(tǒng)來掌握大壩的工作狀態(tài)，對預(yù)防事故、杜絕安全隱患，具有至關(guān)重要的作用。對大壩進行安全監(jiān)測就需要從以下四個方面入手：（1）原型觀測資料正分析，主要依據(jù)實測資料建立數(shù)學(xué)監(jiān)控模型；（2）觀測資料反分析，用正分析的結(jié)果，按照理論分析，反演出壩體和壩基材料的相關(guān)參數(shù)和結(jié)構(gòu)的特性；（3）反饋分析，在前面兩項分析的基礎(chǔ)上，找出規(guī)律和相關(guān)信息，反饋到設(shè)計、施工和運行管理中，實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計和施工、促進科學(xué)運行管理的目的；（4）根據(jù)上面的分析，利用計算機和軟件，依據(jù)前面觀測和分析的成果，結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)專家的經(jīng)驗對大壩設(shè)計、施工及運行管理進行全面的分析和評價［3］。通過對大壩監(jiān)測資料進行分析，可以建立監(jiān)控模型，擬定監(jiān)控指標(biāo)，并可以對大壩設(shè)計時的各種物理力學(xué)參數(shù)和相關(guān)模型進行反演分析，可以有效地對大壩建成后的運行狀況和變化規(guī)律進行預(yù)測和監(jiān)控。

1　工程概況

某水利樞紐由主壩、副壩、開敞式溢洪道、左岸輸水建筑物和地下發(fā)電廠房、右岸船閘等建筑物組成。主壩為混凝土重力壩，壩高113.0m，壩頂長305.5m、寬7.0m，最大壩底寬84.5m。壩頂高程179.0m，正常蓄水位173.0m，相應(yīng)庫容11.22億m3，校核洪水位177.8m，相應(yīng)庫容20.35億m3。壩址兩岸山體呈對稱“V”型，山體渾厚，坡度25°～45°，巖性為黑云母花崗巖，無規(guī)模較大不良地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較穩(wěn)定。

2　混凝土壩位移監(jiān)控模型

根據(jù)該混凝土壩的垂線自動監(jiān)測資料，按照壩體水平位移向下游為正，垂線編號采用PL表示，測點用垂線PL和高程確定，如PL2（140.0m）表示正垂線PL2上高程140.0m處測點的位移值［4-5］。首先選取PL2（140.0m）和PL5（179.0m）來研究大壩順?biāo)鞣较虻奈灰频淖兓?guī)律。其結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1　測點PL2（140.0m）的水平位移變化過程線

圖2　測點PL5（179.0m）的水平位移變化過程線

從圖2和圖3可以看出，順?biāo)鞣较虼髩嗡轿灰婆c庫水位呈正相關(guān)性，庫水位高時，向下游位移增大，庫水位降低時，向下游水位減小，當(dāng)水位低至一定高度，水平位移會向上游方向開始增大。氣溫的變化也對大壩位移有影響，大體呈負相關(guān)性，氣溫高時，向上游方向位移變大，氣溫低時向下游方向增大。結(jié)合水位和氣溫的影響可以得出，在氣溫較高、水位較低時，大壩向下游的水平位移最??；當(dāng)氣溫較低，水位較高時，大壩向下游的水平位移最大。

根據(jù)上面的分析，大壩向下游方向的水平位移主要與水庫水位、氣溫和時間等因素有關(guān)。因此，采用水壓分量、氣溫分量和時效分量，通過理論和經(jīng)驗公式進行回歸分析，選取PL5（179.0m）監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用逐步回歸法，得出了如圖3所示的水平位移統(tǒng)計模型擬合過程線。

圖3　測點PL5（179.0m）的水平位移統(tǒng)計模型擬合過程線

由圖3可以看出，水平位移統(tǒng)計模型的擬合值與實際監(jiān)測值較接近，相關(guān)系數(shù)為0.966，擬合效果好，精度可以達到預(yù)測的需要。

3　混凝土壩位移監(jiān)控指標(biāo)

該壩已建成運行十幾年，根據(jù)監(jiān)測資料，本次采用典型小概率法對典型壩段的水平位移的監(jiān)控指標(biāo)進行擬定。選擇典型壩段每年水平位移的最大值和最小值作為監(jiān)測樣本，見表1。

本次運用柯爾莫哥洛夫-斯米爾洛夫檢驗法即K-S法對表1中的數(shù)據(jù)進行檢驗［6］。K-S法的基本原理為：

表1　壩頂垂線測點水平位移極值統(tǒng)計表（單位：mm）

式（1）中：D為Fn（xi）與F0（xi）的最大差值；Fn（xi）為經(jīng)驗分布函數(shù)；F0（xi）為理論分布函數(shù)。

當(dāng)D＜D（n，a）時，認為樣本數(shù)據(jù)分布符合F0（xi），D（n，a）為臨界柯爾莫哥洛夫值。根據(jù)正態(tài)分布，取顯著性水平為0.05，則對應(yīng)的臨界柯爾莫哥洛夫值為0.519。

K-S法的原理是對于每一個樣本，均對其經(jīng)驗分布和理論分布的偏差進行檢驗，而不是采用分區(qū)抽樣檢測兩者之間偏差的方法，因而其檢測結(jié)果較為準(zhǔn)確［7］。對于2#壩段水平位移最大值的平均值為-0.228，標(biāo)準(zhǔn)差為2.004，計算結(jié)果如表2所示。

表2　2#壩段年最大位移數(shù)據(jù)分布情況計算結(jié)果

由表2可知，D=0.1316＜D（6，0.05），說明壩頂位移最大值服從正態(tài)分布。根據(jù)其分布情況，可以確定2 #壩段壩頂水平位移的監(jiān)控指標(biāo)為3.068mm。

對于2 #壩段水平位移最小值的平均值為-7.815，標(biāo)準(zhǔn)差為0.885，計算結(jié)果如表3所示。

由表3可知，D=0.1577＜D（6，0.05），說明壩頂位移最小值服從正態(tài)分布。根據(jù)其分布情況可以確定2 #壩段壩頂水平位移的監(jiān)控指標(biāo)為-9.270mm。

對于4 #壩段水平位移最大值的平均值為2.055，標(biāo)準(zhǔn)差為2.280，計算結(jié)果

如表4所示。

表3　2#壩段年最小位移數(shù)據(jù)分布情況計算結(jié)果

表4　4#壩段年最大位移數(shù)據(jù)分布情況計算結(jié)果

由表4可知，D=0.2143＜D（6，0.05），說明壩頂位移最大值服從正態(tài)分布。根據(jù)其分布情況可以確定4 #壩段壩頂水平位移的監(jiān)控指標(biāo)為5.805mm。

對于4 #壩段水平位移最小值的平均值為-9.272，標(biāo)準(zhǔn)差為2.079，計算結(jié)果如表5所示。

表5　4#壩段年最小位移數(shù)據(jù)分布情況計算結(jié)果

由表5可知，D=0.1734＜D（6，0.05），說明壩頂位移最小值服從正態(tài)分布。根據(jù)其分布情況可以確定4 #壩段壩頂水平位移的監(jiān)控指標(biāo)為-12.912mm。

由上述計算分析可以得出，2#典型壩段向下游方向的壩頂水平位移一般不應(yīng)超過3.068mm，且向上游方向的壩頂水平位移一般也不應(yīng)超過-9.270mm；4#典型壩段向下游方向的壩頂水平位移一般不應(yīng)超過5.805mm，且向上游方向的壩頂水平位移一般也不應(yīng)超過-12.912mm。

4　結(jié)語

本文通過對某水利樞紐混凝土重力壩監(jiān)測資料的分析，建立了混凝土壩位移監(jiān)控模型，水平位移統(tǒng)計模型的擬合值與實際監(jiān)測值較接近，擬合效果好，精度可以達到預(yù)測的需要。通過典型小概率法對典型壩段的水平位移的監(jiān)控指標(biāo)進行了擬定，選擇典型壩段每年水平位移的最大值和最小值作為監(jiān)測樣本，并運用柯爾莫哥洛夫-斯米爾洛夫檢驗法對2009～2014年壩頂水平位移監(jiān)測樣本進行了檢驗，監(jiān)測樣本均服從正態(tài)分布規(guī)律，得出典型壩段的向下游方向和向上游方向的水平位移的限定值，為判定大壩所處的狀態(tài)提供了相關(guān)的依據(jù)。

參考文獻

［1］王偉，鐘啟明，劉守華，等.混凝土壩變形組合預(yù)報模型的蛙跳建模方法［J］.水利水運工程學(xué)報，2013（02）：9-14.

［2］王建，盧兆輝，路振剛.混凝土壩變形初值反演及校準(zhǔn)［J］.水利學(xué)報，2012，43（10）：1223-1229.

［3］張國新，沙莎.混凝土壩全過程多場耦合仿真分析［J］.水利水電技術(shù)，2015（06）：87-93.

［4］呂文麗.碾壓混凝土重力壩整體三維仿真分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2011（03）：40-43.

［5］婁一青，王林素，蘇懷智.碾壓混凝土壩層面滲流變異特性研究［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2011（06）：56-58.

［6］王焰駒.碾壓混凝土重力壩工程中溫度控制施工技術(shù)［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014（02）：60-62.

［7］陳文華，帥輝玲.拉模法在溢流堰堰面混凝土澆筑上的應(yīng)用［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014（04）：55-57.

［8］彭圣軍.混凝土壩安全監(jiān)控模型數(shù)值優(yōu)化及變位預(yù)警指標(biāo)研究［D］.南昌大學(xué)，2014.

作者簡介：于 君（1967年—），女，工程師。

收稿日期：2015-11-27

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.019

中圖分類號：TV698.1

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）02-0052-02