XX水库运行期大坝分析报告

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XXXXX水库
大坝安全监测资料运行期分析报告(0000年00月-0000年00月)
XXXXXX检测公司
0000年00月
XXXX水库
大坝安全监测资料运行期分析报告
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期不再受理。

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1 观测工作简述 (1)
1.1 本次工作内容 (1)
1.2 监测设施运行情况 (1)
1.3 观测工作情况 (2)
1.4 观测资料情况 (4)
1.5 观测资料精度评价 (5)
2 基本资料 (6)
2.1 工程概况 (6)
2.2 观测仪器布置 (6)
2.3 观测仪器汇总 (8)
2.4 大坝设计 (9)
3 观测资料初步分析及成果 (11)
3.1 巡视检查 (11)
3.2 环境量观测 (11)
3.3 表面变形观测 (11)
3.4 缝隙观测 (12)
3.5 渗压观测 (12)
3.6 混凝土应力应变观测 (13)
3.7 坝体温度 (15)
4 结论和建议 (17)
4.1 结论 (17)
4.2 建议 (18)
5 整编图表 (19)
1观测工作简述
1.1本次工作内容
受XXXXX供水实业有限公司的委托,遵义黔通达试验检测有限公司承担了XXXXX水库大坝运行期2013年1月~2015年11月的大坝表面变形、坝体应力应变、坝体温度、坝基渗压、坝体孔隙水压力、缝隙等监测资料整编、计算、分析,并提出《XXXXX水库大坝安全监测资料运行期分析报告》。

本阶段大坝表面变形观测由我方承担,并对本次观测资料进行整理分析,提交观测成果。

内部观测仪器数据由业主单位负责采集,并向我方提供了2013年1月至2015年11月内观仪器的原始观测记录,我方在业主所提供资料的基础上进行整理、计算、分析提出阶段整编分析报告。

1.2监测设施运行情况
XXXXX水库大坝表面变形的基准网和变形观测点由“遵义水利水电勘测设计研究院”(以下简称“遵义院”)设计并实施,并于2002年7月完成基准网和变形观测点的初始值观测。

在本阶段观测时,对所有的基准点、位移观测点、工作基点进行检查,未发现明显碰撞或滑动痕迹,外观完整。

各基准点、工作基点、位移观测点均能正常运行。

我方在业主提供的2013年1月18日至2015年11月6日的内观仪器上
XXXXX水库大坝内部监测仪器于1999年4月开始埋设,2000年8月全部完成大坝内部监测仪器埋设工作,共埋设内部监测仪器96支。

根据监测原始记录,本阶段无新增失效测点,截止2012年12月18日,内部观测仪器能正常工作的有76支,占埋设仪器总数79.2%;不能正常工作的有20支,占埋设仪器总数20.8%;包括应变计共10支(编号为S1-1、S2-3、S5-1、S5-2、S5-3、S5-4、S5-5、S6-4、S10-1、S10-2、),无应力计3支(编号为N3、N4、N5),温度计3支(编号为T6、T9、T10),渗压计1支(编号为P2),测缝计3支(编号为J7、J8、
J9)。

不能正常工作和损坏的仪器统计详见表1.2-1。

表1.2-1 不能正常工作和损坏的仪器统计表(截止2012年12月18日)
注:除以上仪器出现故障外,其余仪器均能正常工作。

经分析认为,除编号为S5应变计组全部损坏,不能对该测点的坝体应力进行分析外,其余损坏的仪器均为所在埋设高程的个别测点,对分析坝体、坝基孔隙水压力,评估帷幕效果,确定坝体温度场等均不构成太大的影响。

总体而言,目前大坝未损坏的内部观测仪器能反映坝体运行的实际工况,能发挥监控大坝安全的作用。

1.3观测工作情况
本阶段大坝表面变形观测由我公司负责,于2016年1月29日、5月10日进行2次大坝表面变形观测。

最高气温26℃,最低气温8℃。

1.3.1表面变形观测
(1)作业技术依据
①《工程测量规范》(GB50026-2007)
②《混凝土坝安全监测技术规范》(SL601-2013)
③《水利水电工程施工测量规范》(SL52-93)
④《国家一、二等水准测量规范》(GB12897-2006)
(2)主要仪器设备
①徕卡TS50测量机器人一台,该仪器的测角精度0.5",测距精度
0.6+1ppm,仪器加常数为0.32,乘常数为+2.79 mm/km。

②徕卡单棱镜7套。

③徕卡DNA03精密数字水准仪一台,该仪器的精度为每公里往返观测不符值中误差±0.3 mm。

④三米条码铟瓦水准尺一对。

⑤手提电脑一台。

⑥平差软件一套。

⑦5kg尺垫二个。

(3)观测方法
平面位移:在坝顶布置5个水平位移观测点,编者按号为SP1、SP2、SP3、SP4、SP5,使用徕卡TS50测量机器人作方向法进行边角交会测量,按《工程测量规范》(GB50026-2007)中的三等精度技术要求执行。

垂直位移:使用徕卡DNA03精密数字水准仪观测,坝顶由工作基点CZJ1经CZ1、CZ2、CZ3、CZ4、CZ5闭合到工作基点CZJ1上,作往返观测。

大坝下游面CZ6、CZ8观测点也是由工作基点CZJ1观测,作往返观测,垂直位移观测按《国家一、二等水准测量规范》(GB12897-2006)的二等精度观测。

(4)误差分析
因受地形条件的限制,有些交会角不够理想,但徕卡TS50测量机器人的测距精度较高,各次的观测精度均能满足规范规定的要求,在本工程中,观测位移点的平均边长约230m,按允许测回差5"计算,观测误差在6mm左右,根据《工程测量规范》(GB50026-2007)中三等精度的允许点位中误差为6.0mm,取两倍误差12mm为极限误差,在
一般情况下,水平位移的变化量在6mm左右,认为是观测误差。

垂直位移:根据《国家一、二等水准测量规范》(GB12897-2006)的二等精度观测。

最弱点的高程中误差为0.15mm,取两倍中误差
0.3mm为极限误差,在一般情况下,超过1mm的变化量为位移值。

1.3.2内部仪器观测
本阶段内部仪器观测数据由业主单位负责进行采集,共对应变计组、温度、渗压、缝隙、水位等项目进行了35次观测,收集了以上项目的原始观测资料。

总的来说,观测工作基本满足《混凝土坝安全监测技术规范》(SL601-2013)的要求。

1.4观测资料情况
本阶段我方严格按照规范要求并结合大坝实际运行情况,对大坝的表面变形进行了2次观测,观测数据记录完整、真实有效、计算正确、成果可靠,满足规范要求。

2013年1月~2015年11月业主单位对坝体应力应变、坝体温度、坝基渗压、坝体孔隙水压力、缝隙等项目进行了观测,内部观测仪器共观测了35次,观测测次满足《混凝土坝安全监测技术规范》(SL601-2013)的要求。

观测测次统计见表1.4-1。

表1.4-1 观测测次统计表(2011年11月~2012年12月)
注:规范要求测次系正常情况下人工测读的最低要求。

特殊时期(如发生大洪水、地震等),应增加测次。

1.5观测资料精度评价
1.5.1表面变形观测精度评价
平面位移基准网按《工程测量规范》(GB50026-2007)中的二等三角测量精度要求进行,变形点位移观测采用《工程测量规范》(GB50026-2007)中的三等三角测量精度要求进行。

高程基准网和变形位移观测点均采用《国家一、二等水准测量规范》(GB12897-2006)中的二等水准测量精度要求进行。

本阶段内我中心进行了2次表面变形观测,现将本阶段中的观测误差与《工程测量规范》(GB50026-2007)中的允许值列于表1.5-1。

表1.5-1 观测误差统计表
说明:在《工程测量规范》(GB50026-2007)中垂直位移的三等精度相当于《国家一、二等水准测量规范》(GB12897-2006)的二等精度。

从上表可知,本阶段最大观测误差均小于规范规定的允许限差,表明平面和垂直位移的观测精度达到规范规定的要求,精度可靠,观测成果可作为位移分析的依据。

1.5.2内部仪器观测资料精度评价
本阶段业主单位对内观仪器进行了观测,我方遵照规范对差阻式仪器观测值的精度要求进行了检查,总的来看,观测工作基本满足规范要求,可以作为分析大坝缝隙、渗压、应力应变、温度的基础资料。

在整理数据过程中,将有明显错误和不合规范要求的观测值予以剔除,提高了观测资料的准确性。

2基本资料
2.1工程概况
XXXXX水库位于遵义市红花岗区西北郊,遵义市城区上游,地处乌江支流湘江上游喇叭河上,坝址以上集水面积100km2,水库总库容2960万m3,系湘江上游一座以防洪为主兼有供水等综合效益的中型水库。

拦河坝为混凝土重力拱坝,最大坝高39.1m,坝底宽15m,坝顶宽5m, 坝顶弧长132m。

坝址河流段流向SE12°,河床高程844.60m,宽35m,左岸坡度40°,向上变缓,右岸坡角40°,向上变陡,为基本对称的梯形河谷,两岸峰顶高程大于900m,其宽高比为3.25。

岩层产状为N65-70°E/SE∠27°,岩层倾下游,偏左岸,为横向河谷。

坝址区为单斜岩层,无大的折裂构造破坏,主要以裂隙切割为主。

工程由遵义水利水电勘测设计研究院设计,大坝主体工程由贵州省水利机械化实业总公司负责施工,工程于1999年元月正式开工,2001年11月19日正式完工。

在2003年9月5日通过省水利厅组织的蓄水阶段验收,水库于2003年6月30日正式下闸蓄水,至今蓄水12.5年。

2.2观测仪器布置
根据XXXXX水库大坝安全监测系统的竣工资料,大坝观测项目包括坝体变形、接缝开合度变化、大坝应力应变、坝体温度、大坝及基础渗压等,共5项,埋设内部观测仪器96支(套)。

以下为大坝及基础主要观测项目的布置情况。

2.2.1变形监测
外部变形监测包括坝体水平位移(切向和径向位移)、坝体沉降等内容。

为了监测坝体的水平位移,在坝顶设置5个综合位移标点,并在大坝下游面861.0m高程处布置3个位移标点。

在坝区布置由8个控制网点组成平面的水平位移基准网,采用边角和角度前方交会法对坝体表面
位移进行观测。

坝顶沉降采用精密水准网进行观测,精密水准网由水准基点、工作点、沉降位移观测点组成,每次测量均按相应规范的精度要求进行往返观测。

在坝下游1.5km处设置水准基准点,然后利用水准路线引至坝区附近的工作基点,在日常的观测中,利用工作基点与坝体上的沉降标点组成闭合或附合水准路线进行观测。

共布置水准基点3个,工作点4个,在坝顶水平位移观测墩上设置5个沉降观测点,850.0m高程布置3个沉降观测点。

在2016年1月复测时,水准基点只找到2个,工作基点只找到2个,850.0m高程的3个沉降观测点找到2个,分别为CZ6、CZ8。

2.2.2坝体缝隙监测
坝体缝隙监测包括坝段之间的横缝和坝体与坝肩基岩之间缝隙的监测,采用在缝隙之间埋设测(裂)缝计的方法进行,仪器沿水平方向布置在缝的中间位置。

坝体与坝肩基岩间缝隙裂缝计位于第Ⅰ坝段与基岩接触面上,埋设高程为866.0m;测缝计分3个高程布置,在845.0m 高程的Ⅲ#、Ⅳ#坝段间和Ⅴ#、Ⅵ#坝段间的横缝上各布置1支测缝计。

在854.0m高程的Ⅱ#、Ⅲ#坝段间和Ⅳ#、Ⅴ#坝段间以及Ⅴ#、Ⅵ#坝段间的横缝上各布置1支测缝计。

在866.0m高程的Ⅱ#、Ⅲ#坝段间和Ⅳ#、Ⅴ#坝段间以及Ⅵ#、Ⅶ#坝段间的横缝上各布置1支测缝计。

共布置了1支裂缝计,8支测缝计,监测大坝的缝隙变化情况。

2.2.3大坝应力应变监测
坝体应力应变监测采用埋设五向应变计组的方法进行。

分别在842.0m高程、860.0m高程的左、右拱端以及拱冠梁的上、下游处各布置1组五向应变计组,共12组,应变计采用DI-25型应变计。

无应力计与应变计组配合埋设,距应变计组1.5m。

通过应变计组测值来掌握坝体内各个部位的应力应变情况。

2.2.4温度监测
坝体温度监测采用埋设温度计的方法进行,温度计主要布置在大坝拱冠梁剖面上。

其中上游面6支,分别位于842.0m、848.0m、854.0m、860.0m、866.0m、871.0m高程上;下游面3支,分别位于842.0m、850.0m、859.0m高程上,在842.0m高程上坝体中部布置1支温度计,监测坝体内部温度。

共埋设了10支温度计。

2.2.5渗流监测
渗压监测采用埋设孔隙水压力计的方法进行,仪器布置在大坝拱冠梁剖面上。

在838.5m的基岩内布置3支孔隙水压力计,其中1支位于基础防渗帷幕前,另外2支位于防渗帷幕后,以监测基础渗压情况和检验防渗帷幕效果;在847.0m高程的坝体内布置2支孔隙水压力计,监测坝体孔隙水压力。

2.3观测仪器汇总
大坝观测仪器汇总详见表2.3-1,监测仪器布置详见图5.1.6。

表2.3-1 大坝观测仪器汇总表
续表2.3-1 大坝观测仪器汇总表
2.4大坝设计
2.4.1设计基本资料
(1)水库特征水位及淤沙参数
水库正常蓄水位:877.00m;
水库设计洪水位:877.00m;相应的尾水位:847.00m;
水库校核洪水位:877.44m;相应的尾水位:849.40m;
死水位:858.00m;
(2)计算工况
A、基本组合:
①正常蓄水位+温降+自重+泥沙压力;
②死水位+温降+自重+泥沙压力;
③死水位+温升+自重+泥沙压力;
B、特殊组合:
④校核洪水位+温升+自重+泥沙压力;
(3)计算参数
坝体材料:
容重:24kN/m3;
弹性模量:20GPa;
线膨胀系数7×10-6/℃;
地质参数:
基岩弹性模量:10GPa(白云岩)、6GPa(泥岩);
泊松比:0.26(白云岩)
温度参数:
坝体封拱温度为多年平均气温12.0℃,只考虑坝体平均温差Tm和上下游线性变化温差Td,不考虑非线性变化温差Tn的影响。

2.4.2设计应力计算成果
拱坝应力计算方法采用反力参数法拱坝计算程序进行计算,坝体最大主拉、压应力成果如表2.4-1。

表2.4-1 计算坝体最大主应力值及发生部位成果表
3观测资料初步分析及成果
3.1巡视检查
我方观测人员在进行表面变形观测的同时,对大坝及近坝库岸进行了巡视检查,未发现异常情况。

3.2环境量观测
本阶段内实测最低库水位为855.00m,最高库水位872.00m。

库水位变幅为17.00m,本阶段库水位未达到正常蓄水位877.00m。

实测最高气温为28.0℃(2013年8月3日),实测最低气温为6.0℃(2014年2月10日)。

库水位实测过程线见图5.1.1-1,气温实测过程线见图5.1.1-2。

3.3表面变形观测
(1)径向位移
与初始值比较,本阶段各测点的累计径向位移在+0.4~+3.9mm之间变化,累计位移量与变化量均较小,表明大坝在本阶段内变形正常。

(2)切向位移
与初始值比较,本阶段各测点的累计切向位移在-6.2~0.1mm之间变化,累计位移量与变化量均较小,现场巡视检查未见异常,表明大坝在本时段内无明显的切向位移现象。

(3)垂直位移
与初始值比较,本阶段各测点的累计垂直位移在-0.73~0.11mm之间变化,累计位移量与变化量均较小,表明大坝在本阶段内无明显的垂直位移现象。

表3.2-1 实测大坝坝顶水平位移成果统计表
3.4缝隙观测
实测资料表明,866.00m高程右岸混凝土与基岩接触缝面缝隙变化的最大值为0.08mm,最小值为0.01mm,本阶段最大变幅为0.07mm,表明大坝右坝肩坝体与基岩接缝工作状态稳定。

各测点开合度实测值变化情况见图5.1.2-1,缝隙特征值统计见表3.2-3。

845.00m、854.00m高程坝段之间的测缝计观测成果反映:本阶段缝隙开合度最大变幅为0.82mm(845.0m 高程J1测点),其余测点缝隙变幅在0.07~0.35mm之间。

从缝隙实测过程线来分析,本阶段缝隙测值的变化量较小,且缝隙测值与库水位无明显相关性,表明大坝结构缝工作状态基本正常。

3.5渗压观测
3.5.1坝基渗透压力观测
各测点渗压变化情况详见图5.1.3-1,坝基渗透压力分布见图5.1.3-2,渗压特征值统计见表3.2-4。

本阶段水库上游水位在855.00m~872.00m之间17.00m范围内变动。

埋设于拱冠梁断面基础高程838.50m的渗压计P1位于帷幕之前,
其测值直接反映坝前水位的变化,本阶段实测最大渗透压力为0.253MPa,P3位于帷幕之后,渗压值变化较小,测值稳定,本阶段实测最大渗透压力为0.108MPa,按下游无水情况考虑,坝基扬压力帷幕折减系数为0.363,查《XXXXX水库蓄水安全鉴定设计自检报告》,“渗压按上游面1/2倍水头计”,实测扬压力防渗帷幕折减系数小于设计考虑的折减系数0.5,表明大坝基础防渗帷幕工作状态正常。

附表3.2-4 实测坝体渗压特征值统计表
3.5.2坝体孔隙水压力观测
埋设于拱冠梁剖面847.00m高程的渗压计P4、P5本阶段实测最大渗压值分别为0.053MPa、0.071MPa,测值稳定,变化量均较小,表明目前坝体内孔隙水压力小,坝体混凝土防渗性能满足设计要求。

3.6混凝土应力应变观测
3.6.1计算方法
应力计算采用由成都勘测设计研究院科研所编制的“应变计组应力应变计算程序”进行,程序对徐变应力计算采用松驰系数法进行。

需特别说明的是,由于本工程未做混凝土徐变试验,计算中借用了混凝土材料相近的广西大化水电站150#混凝土徐变试验资料,线膨胀系数采用7×10-5/℃,这对应力计算成果将会造成一定影响,因此,应力计算结果仅作为大坝应力状态定性分析的依据,由此判断应力变化趋势。

在12组应变计组中,第5组应变计组在施工期已全部损坏,不能进
行应力应变分析计算;第10组应变计组中有S10-1、S10-2均已损坏,不能利用弹性平衡法进行反算,故本次仅计算单向应变,除上述2组应变计外,对其余10组应变计组的全部观测数据进行了应力应变分析计算。

在进行应力计算前,首先对已损坏的仪器(S1-1、S2-3、S6-4)利用弹性平衡法进行反算,计算出已坏仪器的理论电阻比,然后根据公式T=α(R t-R0)反算出已坏仪器的理论电阻值,最后按五向应变计组建立数据文件进行应力计算。

表3.6-1 损坏的应变计计算处理情况表
本次计算对实测值作了仔细检查,对数据作了必要的粗差处理。

同时要求同组仪器的温度过程基本一致,最大差值控制在1℃之内,基本满足“点温度条件”;对不平衡量进行初步检查,一般控制在±3个电阻比内,基本满足“点应力”计算条件。

3.6.2成果分析
从实测资料来看,大部分应变计组均表现拱向应力бx与温度变化关系较为明显。

即冬季降温时压应力减小或拉应力增加,夏季升温时压应
力增加或拉应力减小;梁向应力бy受温度变化引起的应力变化规律与бx大致相同,径向应力бz受温度变化引起的应力变化亦与拱向应力的变化规律相同,其变化量较拱向应力бx、梁向应力бy要小。

实测资料表明,本阶段坝体最大主方向压应力为-2.38MPa(拱向),发生在860.0高程拱冠上游面(S7测点);最大主方向拉应力为1.32MPa (径向),发生在860.0高程拱端下游面(S8测点)。

实测坝体最大主压应力为-2.66MPa,发生在842.0高程左拱端下游面(S4测点);最大主拉应力为1.20MPa,发生在842.0高程拱冠上游面(S1测点)。

从S10-3、S10-4、S10-5、N10实测应变过程线来看,测点混凝土基本表现为夏季呈膨胀状态,冬季呈收缩状态,符合混凝土应变变化的一般规律。

分析认为,实测压应力小于设计计算值,压应力尚有裕度;实测最大拉应力基本满足规范要求,巡视检查结果也未发现坝体存在明显裂缝。

坝体的应力状态基本正常。

3.7坝体温度
温度计主要埋设在拱冠梁剖面,共10支,除T2位于842.0m高程坝体中部外,其余9支均位于坝体表层,上游坝面测点主要观测库水温度,下游坝面测点主要观测气温引起的表面温度变化。

附表3.2-6 实测坝体温度成果统计表
各测点温度变化情况详见图5.1.5-1。

温度测值特征值统计见表3.2-6。

温度计实测资料表明,T1、T2、T3的测值变化不大,受气温的影
响较小,反映坝体底部温度已趋于稳定,本阶段平均温度为13.2℃。

坝体上游面的温度计有T4、T6、T7、T9、T10,其中T6施工期即已损坏,2009年后T9、T10无观测数据,故不能进行分析。

T4、T7最高温度各分别15.4℃、21.3℃,最低温度分别为8.5℃、8.6℃,上游面温度计平均温度为13.1℃。

从过程线来看,上游面温度计测值主要是受库水温度的影响,上层水温受环境温度影响较大,下层水温受环境温度影响较小。

坝体下游面的温度计T5、T8最高温度分别为24.4℃、24.7℃,最低温度分别为16.5℃、17.4℃,下游面温度计平均温度为15.0℃,温度实测过程线反映下游面温度测值受环境气温的影响,温度年变化基本与气温同步。

4结论和建议
4.1结论
通过对XXXXX水库运行期(2013年1月18日~2015年11月6日)变形、渗压、应力应变及温度观测资料的整理计算分析,得出以下结论:
(1)目前内部观测仪器能正常工作的有76支,占埋设仪器总数79.2%;不能正常工作的有20支,占埋设仪器总数20.8%;大坝内部观测仪器测值基本能反映坝体应力、温度、渗压、缝隙变化情况,观测测点数量、分布基本满足分析大坝运行状态的要求。

(2)本阶段对大坝表面位移测点进行了2次观测,观测精度满足规范要求;大坝缝隙、应力、温度、渗压共进行了16次观测,观测频率满足《混凝土坝安全监测技术规范》(DL/T5178-2003)对运行期的测次要求。

观测成果可作为大坝运行状态分析评价的依据。

(3)观测大坝表面变形的各基准点、工作基点、位移观测点保护完好,外观设施能正常运行。

统计2016年的位移成果,坝体切向、径向累积位移量在-1.7~2.8mm范围内,垂直位移也在1mm左右,表明大坝在本阶段内表面变形未见异常。

(4)本阶段实测大坝缝隙开合度未见异常变化,最大变幅为0.82mm。

从缝隙实测过程线分析,缝隙测值的变化量较小,且缝隙测值与库水位测值无明显相关性,表明坝体接缝工作性态基本稳定。

(5)坝基渗压计测值基本稳定,在防渗帷幕后渗透压力很小,坝基扬压力帷幕折减系数为0.363,小于设计计算采用的折减系数0.5,表明防渗帷幕和排水孔的效果良好。

坝体内孔隙水压力小,坝体混凝土防渗性能满足设计要求。

(6)应力观测成果表明,坝体实测应力大都表现随冬季降温时压应力减小或拉应力增加,夏季升温时压应力增加或拉应力减小的趋势,坝体应力状态基本正常。

(7)本阶段实测坝体温度在7.3~24.7℃之间变动,上游坝面温度
受库水温度影响较大,下游坝面温度与气温呈正相关关系,温度变化符合拱坝温度场分布的一般规律。

综上所述,从大坝表面变形、应力、缝隙、温度、渗压观测成果分析认为,本阶段大坝工作状态正常。

4.2建议
(1)内部仪器观测工作应完整、规范,对仪器的反电阻比应进行观测,保证内部仪器观测成果可靠。

(2)应密切监测右坝肩绕坝渗漏水量、水质的变化情况,如有异常现象应及时向上一级水库主管部门报告并采取措施处理。

(3)管理单位应按规范要求,作好大坝安全巡视检查及监测工作,发现问题及时处理,确保大坝安全运行。

5整编图表
5.1.1库水位、气温观测
图5.1.1-1 库水位实测过程线图
图5.1.1-2 气温实测过程线图
5.1.2大坝横缝
图5.1.2-1 测缝计实测值过程线图
注:张开为正,闭合为负。

5.1.3渗透压力
图5.1.3-1 渗压计实测值过程线图
5.1.4坝体温度
图5.1.5-1 温度计实测值过程线图
第23页,共23页。

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