土石坝沉降及其实测数据分析计算.doc
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1、土石坝沉降及其实测数据分析计算 作者: 日期:10 个人收集整理 勿做商业用途土石坝沉降及其实测数据分析计算(王法西) 摘要沉降是土石坝的重要指标,但不能以坝体某测点沉降量作为坝体坝基总沉降量。应以坝体测点沉降量,采用分层迭加求和法求得总沉降量及相对沉降率,以此作为评价坝体填筑质量和评估大坝安全的依据.关键词土石坝 过程线 沉降量1 前言我国有8万多座挡水坝,其中90%以上为土石坝。土石坝的沉降与不均匀沉降产生的裂缝,严重的影响坝的安全运行,因此,沉降是土石坝的主要监测、监控项目,也是评价土石坝安全和坝体质量的主要指标。对于这样一个重要指标,国内坝工界普遍将坝体某点的沉降测值视作整个坝体沉降量
2、.笔者参加过多次土石坝工程蓄水和竣工验收会议,由建设单位所提供“建设报告”和“安全鉴定报告”等档,普遍是将坝体某点沉降测值(1/21/3坝高处测点)作为坝体最大沉降量,并以此与坝高相比,得坝体相对沉降率,该值远小于坝体、坝基总沉降量,也远小于国外同类坝的沉降量及相对沉降率,笔者认为,以此作为评价坝体填筑辗压质量,是不恰当的,对工程验收,是一种误导。2设计规范所定义的土石坝沉降量“设计规范”所定义的土石坝总沉降量系全坝体(高)、坝基的总沉降量。它是将坝体、坝基分为若干层(n层),分层计算坝体、坝基的沉降量(Si),然后用求和法得出坝体、坝基的总沉降量(St)即:对于粘性土:总沉降量(“规范”E。
3、3。3 )1式中:St-坝体坝基总沉降量eio-第i层起始孔隙比eit-第i层相应竖向有效应力作用下的孔隙比hi第i土层厚度n土层分层数对于非粘性土:总沉降量(规范”E。3.4)1式中:S-非粘性坝体坝基总沉降量Pi第i计算土层由坝体荷载产生的竖向应力Ei第i计算土层变形模量众所周知,上述计算理论和公式,由于存在诸多假定和简化以及受计算条件、参数限制,与原型土石坝实测沉降变形存在较大的差异,比如:(1)计算仅计固结沉降,忽略初始沉降和次固结沉降,对于粘性土,次固结沉降在总沉降中占有可观比例;对于非粘性土,初始沉降也不可忽略;(2)对于非粘性土,计算公式(E。3.4)把非粘性土假定为变形模量为常
4、量(Ei)的弹性体,假定应力与应变呈线性关系变化,对于沙土、砂砾石、堆石等坝体材料,显然与实际存在较大的差异。对于粘性土(E.3。3)计算公式。也存在将计算土层厚度内ep关系简化为线性变化关系,也有上述相似问题;(3)计算初始、边界、应力条件以及取用计算参数等均与原型坝体有较大差异。由于设计计算存在以上问题,需要在土石坝内设置观测仪器,进行观测.3土石坝沉降量的原型观测当前,我国土石坝坝体内的沉降观测大多采用电磁式沉降仪和水管式沉降仪,两者均采用沿观测断面布置测点,每个观测断面一般布置13个竖直测线。水管式沉降仪测点,一般沿坝高布置三个高程,分别设在1/3、1/2、2/3坝高处。沉降仪测点沉降
5、变化,通过液压管路水平引向下游坝坡观测房内进行观测(可人工、自动化观测)。由于观测房设在坝坡变形区,需于观测房基础设水平基点,与岸边水平基点联测,进行观测房基准点变形改正,求得坝体绝对沉降变形.采用电磁式沉降仪观测,需在坝体、坝基内埋设竖直可伸缩的沉降(固结)测管,管外设金属环作沉降测点,测点间距一般为1。03.0 m.沉降管底部应深入埋设于坝基稳定岩石(土)内,可作为沉降变形基准点(零点).观测时,将电磁式沉降测头放入沉降测管底部,自下而上用测绳拉动沉降仪测头,读出沉降测点(金属环)变化位置(高程),减去初始值,即可测得坝体坝基沉降变形值。由于沉降测管底部深入稳定基岩内,管底部可作变形基准点
6、(零点),每次观测自管底起测,直接测得绝对变形值,无需进行基准值改正、测量、计算。4 土石坝实测沉降量的分析计算4.1 坝体实测沉降量使用中存在的问题如前言所述,国内坝工界普遍是不经分析计算,直接采用坝体测点沉降量作为坝体、坝基总沉降量,且取1/21/3坝高处测点值作为坝体、坝基的最大沉降量,并以此值与坝高相比,得坝体相对沉降率。坝体某点沉降量与全坝体(高)的沉降量,两者在概念上,数值上完全不同,前者是后者一部分,其值永远小于后者,也远远小于设计计算值。比如,我国近期修建的100 m以上高土石坝,按“规范”计算坝体总沉降量一般在23米以上,而1/2-1/3坝高处测点实测沉降量仅0.30。4 m
7、以内,以此计算相对全坝高的相对沉降率仅0。3%以下。将坝体测点沉降量视作坝体、坝基总沉降量作为评价土石坝坝体填筑辗压质量,显然是错误的。遗憾的是这种错误认识,也被某些技术支持单位和专家权威所认可。更有某些专家以此数值为依据,发表文章称“国内面板堆石坝实测沉降量及其相对沉降率均小于国外同类坝,坝体填筑辗压品质优于国外。这种错误作法,对大坝的安全评估,坝体填筑质量评价以及工程验收,造成严重的误导,需要澄清、改正。4。2 坝体测点沉降量及其过程线现以某砼面板坝最大坝高断面为例,该坝在坝顶下游侧设一竖直测线,于40 m、70 m、100 m高程分别布设了三层沉降仪测点,编号分别为T01、T02、T03
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