傾度法在建新水庫(kù)大壩觀測(cè)資料分析中的應(yīng)用

王惠民

(福建省水利管理中心，福州 350001)

傾度法在建新水庫(kù)大壩觀測(cè)資料分析中的應(yīng)用

王惠民

(福建省水利管理中心，福州 350001)

在福建省的土石壩觀測(cè)資料中，極少應(yīng)用傾度法來判斷大壩壩體是否存在裂縫。本文介紹了傾度法在建新水庫(kù)大壩上的應(yīng)用及具體的計(jì)算方法，希望能提高對(duì)傾度法在土石壩觀測(cè)資料分析中重要性的認(rèn)識(shí)。

傾度法;土石壩;沉陷量

1 工程概況

建新水庫(kù)位于福清市漁溪鎮(zhèn)建新萬角村，大壩為黏土心墻土石混合壩，壩頂高程77.79m，最大壩高42.79m，壩頂長(zhǎng)度335m，防浪墻頂高程78.60m。溢洪道為寬頂堰，堰頂高程68.00m，堰頂凈寬20m。輸水洞為壩下埋管鋼筋混凝土輸水洞，直徑1.40m，進(jìn)口底高程44.00m，最大泄流量18.2m3/s。工程于1970年12月動(dòng)土興建，1974年5月峻工。大壩迎水坡坡比自上而下分別是 1∶1.75、1∶2.0、1∶2.5、1∶2.75，分別在68.00m、58.00m、47.50m高程處設(shè)置平臺(tái)，平臺(tái)寬分別為2.0m、2.8m和3.0m。防洪標(biāo)準(zhǔn)采用100年一遇設(shè)計(jì)，2000年一遇校核;水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位74.46m;校核洪水位75.70m。

建新水庫(kù)管理處于1975年8月開始大壩沉陷位移觀測(cè)。沉陷位移采用四等水準(zhǔn)測(cè)量，儀器為國(guó)產(chǎn)的S3水準(zhǔn)儀。1975年在觀測(cè)壩頂和上游坡設(shè)10個(gè)沉陷觀測(cè)點(diǎn);1991年在大壩背水坡增加兩排10個(gè)沉陷觀測(cè)點(diǎn)。其高程和位置見表1和圖1。

2 問題的提出

根據(jù)建新水庫(kù)大壩安全鑒定報(bào)告，當(dāng)上游庫(kù)水位為正常蓄水位74.20m時(shí)，考慮Ⅶ度地震作用(地震動(dòng)峰值加速度為0.10g)，下游無水時(shí)，上游邊坡穩(wěn)定的最小安全系數(shù)為1.09，小于規(guī)范允許值1.15，滑弧體位于上游邊坡高程68.00m平臺(tái)上方。由于大壩上游坡高程68.00m以上的邊坡為1∶1.75，與福建省壩高40m的心墻壩相比偏陡。工程運(yùn)行中，若大壩存在不均勻沉陷的縱向裂縫，對(duì)大壩安全運(yùn)行不利。因此，應(yīng)用建新水庫(kù)大壩沉陷觀測(cè)資料，采用傾度法分析大壩壩體是否存在裂縫。

表1 大壩觀測(cè)點(diǎn)布置

圖1 大壩沉陷觀測(cè)點(diǎn)平面布置示意圖

3 傾度計(jì)算

3.1 漏測(cè)沉陷量的推算

由于施工期的沉陷規(guī)律與竣工后的沉陷規(guī)律不同及建新水庫(kù)大壩在施工中未發(fā)現(xiàn)裂縫，因此該水庫(kù)于1974年5日竣工，1975年8月開始觀測(cè)，漏測(cè)時(shí)間為1.25年。從建新水庫(kù)大壩觀測(cè)點(diǎn)沉陷數(shù)據(jù)看，該大壩屬于沉陷發(fā)展緩慢，沉陷趨于穩(wěn)定的情況，適合南科所提出的漏測(cè)沉陷量方法，其公式：

式中 KS——直線斜率，mm/lg年;

Sa——觀測(cè)點(diǎn)漏測(cè)時(shí)間的總沉陷量，mm;

t——距首次觀測(cè)日的時(shí)間，年;

a——試算系數(shù)。(一般在0.25～1之間)

3.1.1 試算系數(shù)a和斜率KS的確定

取實(shí)測(cè)資料和1+at時(shí)間的點(diǎn)與直線分散性最小的 a值，假設(shè)a為0.25、0.5、1，I－1 沉陷點(diǎn)的沉陷觀測(cè)數(shù)據(jù)與相應(yīng)1+at時(shí)間，繪制在回歸對(duì)數(shù)方程的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上，時(shí)間與累計(jì)沉陷量回歸方程線，詳見圖2：

其余觀測(cè)點(diǎn)沉陷觀測(cè)數(shù)據(jù)按上述方法繪制。從各觀測(cè)點(diǎn)時(shí)間與累計(jì)沉陷量關(guān)系圖上看，建新水庫(kù)大壩上游坡和壩頂?shù)母鞒料菸灰朴^測(cè)點(diǎn)，當(dāng)a=0.25時(shí)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在回歸方程線的分散性相對(duì)其他a值的分散性小。因此，a值取0.25。KS的確定，在各觀測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉陷量與時(shí)間1+0.25t的回歸線上取兩點(diǎn)，讀取相應(yīng)的累計(jì)沉陷量和時(shí)間對(duì)數(shù)值，進(jìn)行計(jì)算。如I－1點(diǎn)，回歸線上取兩點(diǎn)，分別為 Ln2、89.82;Ln5、144.33。KS=(144.33－89.82)/(Ln5－Ln2)=59.49。其他計(jì)算KS值。各點(diǎn)的KS見表2。

圖2 Ⅰ-1觀測(cè)點(diǎn)時(shí)間與累計(jì)沉陷量關(guān)系線

表2 各點(diǎn)累計(jì)沉陷量與時(shí)間1+0.25t的回歸線KS的計(jì)算

3.1.2 漏測(cè)沉陷量的推算

應(yīng)用表2建新水庫(kù)大壩各沉陷觀測(cè)點(diǎn)的回歸線斜率值，根據(jù)南科所的推算公式(Ks×Ln(1+0.25t))，進(jìn)行推算漏測(cè)沉陷量。計(jì)算成果見表3。

3.2 傾度值計(jì)算

3.2.1 累計(jì)沉陷量修正與深層沉陷量推算

觀測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉陷量修正，就是將表3推算的漏測(cè)沉陷量加入相應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)的各年累計(jì)沉陷量中。Ⅱ－1的累計(jì)沉陷量修正詳見表4中的②欄，其余觀測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉陷量修正也以此類推。

表3 漏測(cè)沉陷量的推算

表4 Ⅱ－1觀測(cè)點(diǎn)深層沉陷量推算成果表 (單位：mm)

深層沉陷量推算，由于建新水庫(kù)大壩沉陷觀測(cè)為壩體表面觀測(cè)，第一排和第二排的高程分別為74.70m和77.70m，將第二排各觀測(cè)點(diǎn)表面沉陷量推算至高程74.70m的沉陷量。工程竣工后，壩體累計(jì)沉陷量與高度大致成正比及第一排與第二排高程相差較小，因此采用本觀測(cè)點(diǎn)高度比值進(jìn)行推算。如II－1的壩體高度為32.84m，I－1與II－1高程相差3m，將累計(jì)沉陷量的修正值×高度比值0.908(29.84/32.84)，進(jìn)行深層沉陷量推算。II－1觀測(cè)點(diǎn)的深層沉陷量推算成果詳見表4的③欄，II－2、II－3、II－4、II－5觀測(cè)點(diǎn)深層沉陷量推算也以此類推。

3.2.2 傾度值計(jì)算

根據(jù)傾度的定義，應(yīng)用經(jīng)過上述處理的沉陷觀測(cè)資料及同一大壩橫斷面上的兩點(diǎn)的水平距離(5.7m)，計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的I－1與II－1、I－2與II－2、I－3與II－3、I－4與 II－4、I－5與 II－5間的傾度值。計(jì)算成果見表5。

4 傾度計(jì)算成果分析

從表5中可看到，傾度值均小于1%，最大傾度值為0.97，發(fā)生在I－1和II－1觀測(cè)點(diǎn)間;大的傾度值發(fā)生在大壩運(yùn)行前幾年，隨著時(shí)間延長(zhǎng)傾度值變化較小。因此，依據(jù)南科所提出的產(chǎn)生大壩裂縫的標(biāo)準(zhǔn)(傾度值大于1%)，推斷建新水庫(kù)壩體產(chǎn)生縱向裂縫的概率很小。

表5 各點(diǎn)間的傾度值計(jì)算成果表 (單位：%)

5 結(jié)語

福建省已建成水庫(kù)3664座，其中大型水庫(kù)21座，中型水庫(kù)181座。土石壩壩型的水庫(kù)占80%左右。在土石壩沉陷位移觀測(cè)資料整理分析中，若遇到大壩邊坡較陡時(shí)，可應(yīng)用南科所的傾度法理論判斷土石壩壩體內(nèi)是否存在裂縫;若遇到大壩出現(xiàn)大壩裂縫時(shí)，可應(yīng)用傾度值變化的規(guī)律判斷大壩裂縫的性質(zhì)。

Application of Inclination Method in New Reservoir Dam Observational Data Analysis

WANG Hui-min
(Fujian Water Management Center，F(xiàn)uzhou350001，China)

Inclination method is rarely applied to determine whether there are cracks on the dam or not in Fujian earth-rock dam observation data．The application of inclination method in new reservoir dam and specific calculation method are introduced．It is expected that the paper can improve the recognition of importance of inclination method in earth-rock dam observation data analysis．

inclination method;earth-rock dam;settlement amount

TV214

B

1005-4774(2013)08-0053-04