特高拱坝施工期及蓄水初期变形监控模型_蒯鹏程

［收稿日期］2015－06－10［作者简介］蒯鹏程（1993－），男，江苏徐州人，学士；杰德尔别克（1992－），男，新疆阿勒泰人，学士；邹恒（1994－），男，湖北咸宁人，学士；秦思佳（1994－），女，贵州沿河人，学士.特高拱坝施工期及蓄水初期变形监控模型蒯鹏程，杰德尔别克，邹恒，秦思佳（河海大学水利水电学院，南京210098）［摘要］以实测资料为依据，利用多元回归分析法建立了特高拱坝蓄水期特殊安全监控模型，对特高拱坝蓄水期间的各关键影响因素进行定量分析，以此为特高拱坝蓄水期工作性态安全评价提供技术支持。

［关键词］特高拱坝；安全监控模型；多元回归分析法［中图分类号］TU64［文献标识码］B［文章编号］1006－7175（2015）08－0001－03The Deformation Monitoring Model of the Super High Arch Damin Construction Period and the Early Storage PeriodKUAIPeng －cheng ，JIE Deerbieke ，ZOU Heng ，QIN Si －jia（College of Water Conservancy and Hydropower Engineering ，Hohai University ，Nanjing 210098，Jiangsu ，China ）Abstract ：Based on the real measuring data ，creating the safety monitoring model of the super high arch dam in multiple regression analysis and analyzing the key affecting factors in storage period ，these are used as super high arch dam behavior evaluation in storage period.Key words ：super high arch dam ；safety monitoring model ；multiple regression analysis0引言施工期及蓄水初期是大坝失事或事故出现的多发期，施工阶段由于特高拱坝坝体结构形状和施工材料的性质以及所承受的荷载等方面都随时间的变化而变化，与运行期相比其失效概率大、风险度高，直接影响工程结构的安全。

本文结合某特高拱坝施工期及蓄水初期的各项资料，选取影响坝体变形的主要因素，并利用多元回归分析法，分析施工期及蓄水初期坝体变形与影响因子之间的定量关系，从而建立施工期及蓄水初期坝体变形的安全监控模型，对模型预测值与实测资料值进行相关分析，并验证了结果的合理性和可靠性。

1多元回归分析原理回归分析的中心问题是由变量组（X 1，X 2，…，X k ；Y ）进行最佳拟合，求出B 0、B i ，建立预报量Y 和自变量X 1，X 2，…，X k 之间的数学表达式，即理论回归方程或真正回归方程。

然而，在实际工程问题中是不可能求得的。

数学统计理论的一切问题，都是抽样估计问题，也就是在母体资料中随机地抽取部分子样：x 1t ，x 2t ，x 3t ，…，x 4t ；y t t =1，2，…，n ；n ≤N根据上述子样资料对母体的数量特征和规律性进行估计，即用b 0，b 1，b 2，…，b k 作为B 0，B 1，B 2，…，B k 的估计值，则所得的回归方程称为经验回归方程［1］：y =b 0+∑ki =1b i x i2特高拱坝施工期及蓄水初期变形监控模型在水压力、扬压力、泥沙压力和温度等荷载作用下，大坝任一点产生一个位移矢量δ，其可分解为水平位移δx ，侧向水平位移δy 和竖直位移δz ，即δ=δx i +δy j +δz k按其成因，位移可分为3个部分：水压分量δH 、温度—1—分量δT 和时效分量δθ，即［2］δ=δH +δT +δθ3工程实例3.1工程概况及蓄水情况某水电站是雅砻江干流梯级滚动开发的关键工程，系雅砻江中下游从卡拉至江口河段的龙头水库电站。

工程以发电为主，兼有分担长江中下游地区防洪等，水库具有年调节能力，对下游梯级补偿调节效益显著。

工程属大（Ⅰ）型一等工程，永久性主要水工建筑物为1级建筑物。

水库正常蓄水位1880m ，死水位1800m ，正常蓄水位以下库容77.6ˑ108m 3，调节库容49.1ˑ108m 3。

电站装机容量3600MW （6ˑ600MW ），保证出力1086MW ，多年平均年发电量166.2ˑ108kW ·h 。

3.2坝体径向位移变化规律图1为河床坝段坝体径向位移实测过程线，图2为大坝实测径向位移变化量（2014年6月1日至2014年7月17日），可以看出：1）浇筑前期，随着坝体浇筑高程的增加，受倒悬影响，坝体逐渐向上游位移；随着导流洞下闸蓄水至1710m 高程，在坝前水头约130m 的水推力作用下，坝基继续向下游变形，同时低高程坝体也逐渐向下游变形，高高程坝体仍向上游有一定位移。

2）随着库水位上升，坝体向下游位移逐渐增大，其中1829.25m 高程坝体径向位移增加量最大，其次为1778.25m 高程，而1664.25m 高程坝体径向位移增加量最小；考虑到大坝封拱情况，坝体这种变形现象是坝体倒悬和封拱后的反向荷载作用引起。

河床坝段坝体径向位移最大增加量为18.94mm ，发生在河床11#坝段1829.25m 高程PL 11－2。

3）坝体向下游位移最大值为31.66mm ，发生在河床坝段1730.25m 高程PL 11－4；向下游位移最小值为1.37mm ，发生在左岸坝段1730.25m 高程PL 5－2。

根据坝体径向位移空间分布情况，坝体径向向下游变形略有偏向左岸的趋势，这主要是地质条件对大坝结构变形有一定影响。

图1河床坝段垂线径向位移实测过程线图2典型时段大坝实测径向位移变化量3.3建模及预测由前述时空分析可知，影响大坝径向变形的主要因素有水压、温度及时效，即变形主要由水压分量、温度分量和时效分量组成，即：δ=δH +δT +δθ（1）式中：δ为位移值；δH 、δT 、δθ分别为水压分量、温度分量、时效分量［3］。

1）水压分量。

拱坝任一点在水压作用下产生的位移水压分量δH 与大坝上游水深的1 m 1次方有关，因此水压分量的表达式为：δH =∑m 1i =1［a 1i （H i u －H i u 0）］（2）式中：H u 、H u 0分别为监测日、始测日对应的上游水头，即上—2—蒯鹏程，等：特高拱坝施工期及蓄水初期变形监控模型第8期游水位测值与坝底高程之差；a 1i 为水压因子回归系数。

2）温度分量。

拱坝坝体温度选用谐波因子逼近模拟坝体温度场的变化，即表示为：δT =∑m 2i =1b 1isin2πit365－sin 2πit 0()365[+b 2icos 2πit365－cos2πit 0()]365（3）式中：t 为监测日到始监测日的累计天数；t 0为建模资料系列第一个监测日到始测日的累计天数；b 1i 、b 2i 均为温度因子回归系数。

3）时效分量。

大坝产生时效变形的原因极为复杂，位移变化的时效分量δθ表示如下［4］：δθ=d 1（θ－θ0）+d 2（ln θ－ln θ0）（4）式中：θ为监测日至始测日的累计天数t 除以100；θ0为建模资料系列第一个测值日到始测日的累计天数t 0除以100；d 1、d 2均为时效因子回归系数。

综上所述，考虑初始值的影响，得到大坝位移的跟踪预测分析模型为：δ=a 0+∑m 1i =1［a 1i （H iu－H i u 0）］+∑m 2i =1b 1i sin 2πit365－sin 2πit 0()365[+b 2i cos 2πit365－cos2πit 0()]365+d 1（θ－θ0）+d 2（ln θ－ln θ0）（5）式中：a 0为常数项，其余各符号意义同式（2） 式（4）。

选取河床坝段1730m 高程PL 13－4正垂线，分析库水位、温度、时效等因素对大坝径向位移的影响。

坝体径向位移分离结果见图3，可以看出：1）水压对大坝径向位移影响占较大比重，随着库水位上升，坝体径向位移逐渐增大；温度分量较小，气温升高，坝体径向向上游位移；反之，向下游有一定位移量。

1730m 高程坝体时效位移已由前期的偏向上游位移转变为向下游位移的趋势，目前13#坝段1730m 高程向下游时效位移约1.5mm 。

2）根据大坝变形各分量分离结果，水压引起的坝体径向变形占总变形量的82.6%，温度引起的变形占总变形量的7.6%，时效引起的变形占总变形量的9.8%。

图31730m 高程河床坝段PL13－4测点径向位移分量分离结果图目前，大坝已完成浇筑并已全坝封拱。

根据大坝变形和应力实测资料分析成果，在蓄水回落和上升期间，坝体内部应力进行了调整；同时坝体存在一定的混凝土徐变以及基础岩体发生一定的蠕变等不可逆变形，并存在温度变化等诸多因素影响大坝变形，其影响机理十分复杂。

根据逐步回归统计模型，假定今后平均每天蓄水0.5m 的情况，对未来一段时间的坝体径向位移进行预测，估计蓄水至正常水位1880m ，坝体径向最大位移为42.22mm ，发生在坝体中部PL11－3。

4结语本文以锦屏一级水电站工程为基础，结合实测资料，分析其在施工期及蓄水期的性状，选取有效因子，运用多元回归分析法，建立新的安全监控模型，对模型预测值与实测资料值进行相关分析，并验证了结果的合理性和可靠性。

在一定程度上为特高拱坝蓄水期工作性态安全评价提供技术支持，在工程中具有实用性。

［参考文献］［1］吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用［M ］.南京：河海大学出版社，1990.［2］吴中如，沈长松，阮焕祥.论混凝土坝变形统计模型的因子选择［J ］.河海大学学报，1988（12）：12－15.［3］金怡，赵二峰，刘贝贝.大坝水平位移监控指标的拟定研究［J ］.三峡大学学报，2009，31（5）：11－14.［4］赵二峰.基于因果模型的拱坝变形安全监控研究［J ］.大坝安全监测，2008，34（12）：103－016.（编辑：杨文）—3—。