飞来峡混凝土坝4＃机组坝段水平位移监测资料分析.pdf

第 8期 2 0 1 4年 8月 广东水 利水 电 GUANGD0NG W ATER RES0URCES AND HYDROPOW ER No ．8 Au g ． 201 4 飞来峡混凝土坝 4 # 机组坝段水平位移监测资料分析 巫俊锋 ( 广东省飞来峡水利枢纽管理处，广东 清远5 1 1 8 2 5 ) 摘要 ：为更好地分析飞来峡水利枢纽混凝土坝 4 机组段 的水平位移变化规律 ，该 文首先对其做 定性分析 ，然后在 建立 回归统计模型 时，温度分量项建模 采用 了温度 周期 项和 温度 实测值 ，并做对 比分析 ，结果表 明：采 用温度周期项模 型能 更好地反映该坝段 的水平位移变化规律 。 关键词 ：飞来峡 ；混凝 土坝；水平位移 ；分析 中图分类号 ：T V 6 9 8 ． 1 1 文献标志码 ：B 文章编号 ：1 0 0 8— 0 l 1 2 ( 2 0 1 4 ) 0 8—0 1 1 2— 0 4 飞来峡水利枢纽位于广东省北江干流中游清远市 飞来峡镇境内，是北 江流域综合治理和开发利用 的关 键性工程。枢纽主要挡水建筑物有混凝土坝、主土坝 、 副坝 、社岗防护堤等 。其中，混凝土坝为 1 级建筑物 ， 属混凝 土 重力式 结构 ，长 度为 2 8 5 m，坝顶 高程 为 3 4 ． 8 m，最大坝高为 5 2 ． 3 1T I ，正常蓄水位为 2 4 i n 。 混凝土坝水平位移观测项 目为正、倒垂线组和引 张线，正 、倒垂线组分别布设于安装 间段 、 4 机组坝 段以及 1 8 坝段。其 中，4 机组坝段垂线组有 正垂 线 L P 2和倒垂线 I P 4 ，用于测量坝顶和基础廊道的水平位 移 ，安装示意图如图 1 。 考虑上 、下游方 向为飞来峡大坝主要外荷载承受 方向，本文将以 4 机组坝段的上 、下游方 向位移为研 究分析对象 。先对其 作定性分析 ，然后建立 回归统计 模型 ，并在温度分量项建模尝试采用温度周期项和温 度实测值，并就 2 种方法对模型精度的影响做对比分 析 ，为该坝 的安全运行提供及时的反馈信息。 图 1 混凝 土坝 4 机组坝段垂线组安装示意 1 监测资料定性分析 1 ． 1 环境量 飞来峡水库 库水位 ( S W1 、S W2 ) 过程线 见 图 2 。 由图 2可见，枢纽库水位在汛期波动较大 ，上游水位 波动区间为[ 2 6 ． 2 3 m，1 7 ． 7 6 m] ，变幅为 8 ． 4 7 m；下 游水 位 波 动 区 间 为 [ 2 1 ． 3 6 1T I ，7 ． 8 2 i n] ，变 幅 为 1 3 ． 5 4 i n。 +0 w 1 I ’ ，J ＼l v． 0 w 2 4 一 | l ■ ： ． l ： ； L j 一二 【 j ～ ． L 1 8 榧 二 砸一 溉 【]II 1叠 _1 1 一 置 ． 1 汪 麓 12 ． 1 ▲ 、 ． 牛 一 『 一- 丫 1 c l 4 圳1 4 1 4 1 4 刮 1 } d 1 ．4 d 1 7 (]l 4 l 4 l 4 o l i4 ~7 i 0 1 1 14 7 ：1 (~ 1 i4 ：7 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 l 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5 l 2 0 0 6 2 0 0 7 I 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 l 0 2 0 t 1 l 2 0 2 2 0 l 3 图 2 枢 纽上、下游水位 过程 线( 单位 ：m) 飞来峡水利枢纽气温( A T ) 过程线见图 3 。由图3 最低气温主要出现在 1 — 2月份， 变化区间为[ 0 ． 3 5℃， 可见 ，枢纽范围历年最 高气温主要出现在 7～8月份 ， 3 8 ． 1 2 c c] ，其中以2 0 0 5年变幅最大，为 3 7 ． 4℃。 收稿 日期 ：2 0 1 4— 0 5— 2 3；修 回日期 ：2 0 1 4— 0 6—1 8 作者简介：巫俊锋( 1 9 8 2 ) ，男 ，工程师 ，主要从事水利工程技术管理及大坝安全监测工作。 1 1 2 2 0 1 4年 8月 第 8期 巫俊锋：飞来峡混凝土坝 4 机组坝段水平位移监测资料分析 N o ． 8 A u g ．2 0 1 4 35 - ij 25 |I[ ： 一；一 ： ： _ 0 一 一 一 ； 1 5 r ! ； ：1 — j 一 一 ； 一 ： 5 ： ● ● 1 圳 l 4 7 呻 ● - 7 i 4 圳1 1 ；7 1 O 1 l4 了 l 0 1 4 17 1 0 1 ．4 7 1 0 1 ；4 如 l 7 0 I 1 4 0 1 I4 ， ∞ 1 肄 7 1 0 7 t C l 4 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 ( )0 2 2 0 03 2 0 0 4 2 0 0 5 2 o o 6 2 0 07 2 o 08 2 O H 0 9 2 01 0 2 0 1 1 2 01 2 2 01 3 图 3 枢 纽气 温过程线 ( 单位 ： ℃ ) 1 ． 2 水平位移资料定性分析 飞来峡混凝 土坝 4 机组坝 段水平 位移 监测 始于 1 9 9 9年 3月 1 1日，测 值规定 以向下游 、左 岸方 向为 正 ，反之为负 。 1 ． 2 ． 1 过程线 通过图 4可以看出 ：4 机组坝段上 、下游方 向水 平位移测值呈明显的年周期性变化 ，受温度变化影响 较大。当温度上升时 ，坝体 向上游方 向发生位移 ；当 温度下降时 ，坝体向下游方 向发生位移。同时 ，库水 位在蓄水过程对坝体产生向下游位移外 ，在正常运行 过程 中对该坝段的位移影响不十分显著 。 —— 倒垂 线I P 4 — 8：2 ： 耩 撰 ： ： 辩 ： 糕 二8：2 —— 正垂线 L P 2 稻 ^ — 叠 k 告 0 ． 0 ： ： ： 匪 ： ： 1 ； 4 i 7 I c l l i 4 i 7 c 1 ； 4 ； 7 I ( 1 7 c 1 4 { 1 ( 1 1 4 i 7 1 o 11 4 1 7 l o ] 1 4 7 11 o [ 1 1 4 i 7 ( ]I l 4 7 》 d 1 肖c l { l q 1 1 q 1 i 7 1 1 9 9 9 l 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 l 2 0 0 5 l 2 0 0 6 l 2 0 0 7 l 2 0 0 8 l 2 0 0 9 I 2 0 1 0 I 2 0 l l l 2 0 1 2 I 2 0 1 3 图 4 垂线 L P 2 、I P 4上 、下游方 向位 移测值过程线 ( 单位 ：m m) 1 ． 2 ． 2 特征值 于气温变化 ，且坝体基础廊道受气温 的影响略滞后于 通过表 1可以看 出：4 机组坝段 上 、下游方 向位 坝顶 ；位移变幅均较为稳定 ，基础廊道的年变幅基本 移在每年的 2～ 4月份达到 向下游位移的最大值 ，在 8 在 0 ． 3 0～0 ． 7 5 m m 范 围，坝顶位置 的年变 幅基 本在 ～ 1 0月达到向上游位移的最大值 ；坝体位移变化滞后 2 ． 4 0～ 3 ． 3 0 m m范围；基础廊道位移较坝顶年变幅小 。 表 1 垂线 L P 2 、I P 4上 、下游方 向位移特征值 ( 单位 ：mm) 2 监测资料定量分析 此 ，在建立坝体 的变形统计模型时 ，其位移 6主要 由 2 ． 1 统计模型 水 压 分 量 、温 度 分 量 6 和 时 效 分 量 6 组 由坝T知识可知 ，在水压力 、扬压力 、泥沙压力 成 ，即： 和温度等荷载作用下 ，大坝任一点都会产 生位移 。因 6= +6 + ( 1 ) 1 1 3 2 0 1 4年 8月第 8期 广东水 利水 电 N o ． 8 A u g ．2 0 1 4 由经验可知 ，温度变化对 于大坝的运行状态有着 重要 的影响。因此 ，分析模型 中的温度项的选择，将 会对模型精度以及未来 的预测精度起到至关重要的作 用 J 。考虑混凝土坝 4 机组坝段没有混凝土温度监测 资料 ；且大坝运行已经超过 1 5 a ，坝体的温度场 已基 本稳定 ，边界温度对坝体不同部位混凝土的热传导存 在滞后效应 ，笔者此次对模型温度项采 用温度周期 项和温度实测值 ，并就其对大坝位移的影 响效果进行 对 比分析 。 根据飞来峡大坝 的特 点，并 考虑初始值 的影 响． 可得到混凝土坝 4 机组段水平位移的统计模型如下 ： ①温度周期项模型 ： 6=n 。 + [ o 。 ( 丑 一日 ) ] +、二【 a ： ( 丑 一日 ) ]+ 砉 [ b li( sin n ( c os 一 s ) 】 + c 1 0+ c 2 0 ／ ( 0 +T o )+ c 3 ( 0 ／ T o ) +C 4 e x p (一 T o )+ c 5 l o g ( 0+1 ) +C 6 0 ( 2 ) ②温度实测值模型 ： 6= 口 。 + [ 0 1 ( H 一日 ) ] + [ n ( 月 一 ) 】+ ∑6 + c 】 0 + C 2 0 ／ ( 0 +T o ) +c 3 ( 0 ／ T o ) + C 4 e x p( 一0 ／ T o ) +c 5 l o g ( 0 +1 )+ C 6 0 一 ( 3 ) 式中日 H加 为观测 日、始测 日所对应的上游水头 ， 即水位测值与坝底高程之差 ；H d 、 为观测 日、始测 日所对应的下游水头 ，即水位测值与坝底高程之差 ； 1 1 4 - 0．O 5 — 0 ． 1 7 - 0．2 9 一O ． 41 -0．5 4 -0 ． 6 6 - 0 ． 0 5 一 O 1 7 -0 ． 2 9 - 0 ． 4 1 —0 ． 5 4 — 0 ． 6 6 。 a 2 i 为水压因子回归 系数 ；t 为位移观测 日到起 始 观测 日的累计天数 ；t 为建模资料 系列第 1 个观测 日 到始测 日的累计天数 ；6 、b b 为温度 因子回归 系 数 ；T i 为特征时段 的平均气温 ，本文选取前 5 d 、前 7 d 、前 1 0 d 、前 1 5 d的枢纽大气平均气温 ；0为位移 观测 日至始测 日的累计 天数 t 除以 3 6 5 ；0 为建模 资 料系列第 1 个测值 日到始测 日的累计天数 t 除以 3 6 5 ； c ～ C 为时效因子回归系数 ；‰ 为常数项。 2 ． 2 回归模型分析 通过对飞来 峡混凝 土坝 4 机组 坝段测 点始测 至 2 0 1 3年 1 2月 3 1日系列水平位移资料进行统计 回归建 模分析 ，得 出2种模型的特征值 ，如表 2 。 表 2 模型特征值 根据定性分析和建模 回归计算可知 ，温度是飞来 峡大坝水平位移的主要影响因素 。根据枢纽的气温监 测资料 ，枢纽在 2 0 0 5年气温年变幅最大，且最低气温 亦低于系列其他年份 ，不妨选取 2 0 0 5年作为典 型年 份。现绘制 2种模 型 2 0 0 5年 的实测值 及拟合值过程 线 ，如图5～图 8 。 一 实测值 一模型值 ， } 一 ＼ ＼ ．／ 0 2 — 0 3 0 3 — 2 4 O 5 —1 3 O 7 —0 1 0 8 —1 9 l 0 一 O8 1 l 一 2 6 O l —l 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 o 0 5 2 0 0 5 2 0 0 6 图 5 4 机组坝段 I P 4水 平位移 实测值 与温度周期项拟合值过程线 一 实测值 一 模型值 、 ／／ ／ | ．／ 、、 0 2 - 0 3 0 3 - 2 4 O 5 — 1 3 0 7 -0 1 0 8 -1 9 1 0 - 0 8 - 2 6 0 1 一I 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 00 5 2 0 0 6 图6 4 机组坝段 I P 4水平位移实测值与温度实测值拟合值过程线 2 0 1 4年 8月 第 8期 巫俊 锋 ：飞来峡混凝土坝 4 机组坝段水 平位移 监测 资料 分析 一 实测值 ～模型值 、 ＼ ． ∥： — ．／ 0 2 一O 3 O 3 — 2 4 0 5 —1 3 0 7 一O 1 0 8 —1 9 1 0 一 O 8 1 1 — 2 6 0 1 —1 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 0 0 5 2 00 6 图 7 4 机 组坝段 L P 2水 平位移实测值与温度周期项拟合值过程线 通过表 2可以看 出：由不 同温度分量项所建 的 2 ② 由模型对 比分析可知 ，温度周期项模型精度优于温 种模型 中，温度周期项模型模拟的精度 明显高于温度 度实测值模型 ，能较好地反映该坝段水平位移变化规 实测值模型。通过图 5～图 8则可 以看 出：温度 周期 律 ；③探究温度实测值模型精度偏低 的原因，初步判 项模 型与温度实测值模 型拟合效 果差异不十分 明显 ， 定为枢纽气温计安装位置偏离研究坝段较远所致 。 均能较好地反映模型的变化规律。综合考虑 2种模型 参考文献： 的模拟精度 以及拟合效果 ，建议在对该 坝段水平位移 [ 1 ] 吴中如．水工建筑物安全监控理论及其应用[ M] ．北京： 监测资料进行分析应用 时，取温度周期项模型作为首 高等教育出版社， 2 0 0 3 堡 温 至 竺 苎 的 譬 2 譬 慧 坝 垂 直 位 移 观 知 ： 在 2 0 0 5 年 水 平 位 移 的 年 变 幅 中 ， 温 度 分 量 所 占 比 ； 2 —8 ( 3～ ) ： 5 1⋯ - 5 3 ．。 重最大 ，为 7 0 ％ ～ 8 0 ％ ；其次为水压分量 ，为 1 0 ％ ～ [ 4 ] 李珍照 ． 混凝土坝观测资料分析 [ M] ．北京：水利电力 2 0 ％ ；时效分量则仅为 1 0 ％左右 。 临料1 9 8 9 3 结 语 [ 5 ] 魏超 ，田振华 ，张博．李家峡拱坝水平位移监测资料统 从此次分析 ，可 以看 出：①飞来峡混凝土坝 4 机 计模型对比分析[ J ] ．河海大学学报：自然科学版， 组坝段水平位移变化主要受气温影响 ，受水压和时效 2 0 1 0 ， 3 8 ( 6 ) ： 6 5 1 — 6 5 4 ． 因素影响较小 ；变化规律 正常 ，未 出现异常或 突变 ； ( 本文责任编辑马克俊) A n a l y s i s o n t h e H o r i z o n t a l D is p l a c e me n t Mo n i t o r ~ a g D a t a斌 U n i t C o n c r e t e D a m i n F e i l a ix i a H y d r o - j u c t i o n WU J u n f e n g ( T h e A d m i n i s t r a t i o n o f F e i l a i x i a Wa t e r C o n s e r v a n c y P r o j e c t o f G u a n g d o n g P r o v i n c e ，Q i n g y u a n 5 1 1 8 2 5 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：F o r b e t t e r a n a l y s i s o f h o r i z o n t a l d i s p l a c e me n t l a w o f F e i l a i x i a d a m 4 #s e c t i o n．f i r s t a q u a l i t a t i v e a n a l y s i s i s ma d e o n i t s ． t h e n i n t h e e s t a b l i s h me n t o f r e g r e s s i o n mo d e l ，t h e t e mp e r a t u r e c o mp o n e n t mo d e l i n g t h e t e mp e r a t u r e c y c l e a n d t h e t e mp e r a t u r e o f t h e me a s u r e d v a l u e s ，a n d c o mp a r a t i v e a n a l y s i s i s ma d e ，a n d i t i s s h o wn t h a t ：t h e t e mp e r a t u r e c y c l e mo d e l c a n b e t t e r r e fl e c t t h e h o r i z o n — t a l d i s p l a c e me n t l a w o f t h e d a m． Ke y wo r d s：F e i l a i x i a ；c o n c r e t e d a m ；h o r i z o n t a l d i s p l a c e me n t ；a n a l y s i s 1 1 5 加 ％ 3 3 2 l O 0