河北省桃林口水库大坝水平位移变化规律探讨（刘建军,周世龙,王晓明）

桃林口水库位于滦河支流青龙河上，控制流域面积5060km2，总库容8．59亿m3，是一座集供水、灌溉、发电等综合利用的大型水利枢纽工程。水库大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程146．5m，坝顶全长500m，最大坝高74．5m，正常蓄水位143．4m。为了全面掌握大坝水平位移变化情况，在大坝观测廊道内布设了4条引张线EXl、EX2、EX3、EX4，分别观测坝基、110m、130m 3个高程面上大坝水平位移(沿上下游方向)变化情况；在坝顶布设1条坝顶视准线，反映坝顶水平位移变化情况；在右岸山体、10#坝块、23#坝块内部分别布设了1#、2#、3#正垂线，观测大坝沿坝轴线方向水平位移变化情况。引张线、正垂线、坝顶视准线结合在一起全面监测大坝水平位移变化情况。

1．大坝水平位移定性分析

1，1沿上下游方向的水平位移

1．1．1过程线分析

以时间为横坐标，以测值为纵坐标，把测点各测值绘制到同一张图上，就形成了测点测值过程线图，是定性描述测点测值变化最直接的方法。通过对各测点测值过程线的综合比较分析看出：坝基水平位移较小， 在-1．5mm～3．5mm范围内波动；110m高程测点水平位移在-2mm～3mm之间；130m高程、坝顶水平位移明显较坝基加大，最大值达7．3mm，位移值随季节变化明显，随着时间推移测值过程线具有往返性、可逆性，整体发展趋势平直，没有不可逆增大趋向。

1．1．2趋势分析

以测点平面分布位置为横坐标，以测值为纵坐标，把同一测线上测点不同时间序列测值绘制于同一张图上，形成该测线整体位移变化趋势图，直观反映该测线整体位移变化规律。各测线趋势图反映了坝体、坝顶位移变化趋势；坝基位移值较小；水平位移沿坝高方向随高程增加，变幅逐渐增大，坝顶最大；130m、坝顶高程面上，处于大坝中间坝段(如溢流坝段)各坝块要比大坝两侧坝段(如挡水坝段)各坝块位移变幅明显加大。

1．2沿坝轴线方向水平位移

反映坝轴线方向水平位移的测点较少，总共有12个测点，只能以点代面地进行分析。综合测点过程线图和测线趋势图；坝基部位位移极小，几乎处于静止状态；110m、130m高程测点位移变化范围为-1．2mm～2．8mm；坝顶为2mm～3．8mm。除坝顶位移变幅稍大外，其他部位均较小，位移变化受气温影响不明显。

2．大坝水平位移定量分析

2．1统计模型的建立及计算

影响大坝水平位移的因素归纳起来大致分为5类：大坝自重、坝前水深、坝下游水深、温度、时效等。由于大坝建成后自重变化小、坝下游无水，故建立模型时不考虑这两种因素。

由坝前水深引起的水深位移模型为：

Uw=ao+a1H+a2H2+a3H3

式中：

ao、al、a2、a3—回归系数；

H—坝前水深

桃林口水库实际运行中，虽然长期

处于低水位运行状态；但由于频繁放水

发电，坝前水位变化较频繁，混凝土加

荷与卸荷时弹模数值不同。因此，水位

上升与下降时的位移变化也不一样，故

分析中引入了一个前期水位差因子，取

因子为观测日期水位与前20d平均水位

的差值(H—H20)加入到关系式中，最终

坝前水深位移模型为：

Uw=ao+a1H+a2H2+a3H3+a4(H-H2o)

由坝址区气温和坝前水温引起的温度位移模型为：

UT=bo+b1T+b2T10+b3T20+b4T30+b5T40+b6T60+b7T90+b8Ts

式中：

bo,b1～b8——回归系数；

Ts——水温：

T——测值当日气温：

Tn——观测日期前n天平均气温。

大坝的变形随着时间的推移．将产生向某一方向发展的不可逆变形．这就是时效位移，时效位移模型为：

Uθ=c0+c1θ+c21n(1+θ)

式中：

c0、cl、C2——回归系数；

θ——时序值(d)。

由上述因子初选模型，则大坝水平位移的统计模型为：

U=Uω+Uγ+Uθ

以上建立的统计模型中，共引入了14个因子。水深因子取：坝前水深(H)、H2、H3、前期水位差(H—H20)；温度因子取：当天气温(T)、前10d平均气温(T10)、T20、T30 、T40、T60 、T90、水库表层水温(Ts)；时效因子取：直线时效(θ)、对数时效1n(1+θ)。在实际分析中，根据观测资料的特征选择了一批能分别反映坝基、110m高程、130m高程、坝顶各部位的有代表性的测点进行统计模型回归分析计算。

2．2水平位移统计分析

2．2、1沿上下游方向的水平位移

通过定量解析，坝基水平位移受水位、温度值影响极小，影响量为lmm左右，时效位移也较小，表明坝基不可逆变形很小。110m高程水平位移，受水压因素影响极小。130m高程位移，除了发生时效位移外，水位、气温对其影响值也没有明显增大，但分量比重增大，说明水位、气温已经成为主要影响因素。垂线处于山体中，位移变化决定于山体本身，水位、气温与其相关性很小。坝顶水平位移除27#坝块外，其他坝块水压影响因素均未人选回归方程，受库水位影响可忽略不计；坝顶发生了一定不可逆变形，时效位移最大为4．68mm，凡人选回归方程的时效因素除视18#测点外，其他均为In(θ+1)对数因子，对数因子的特点是初期变化快，后期则变化小趋于稳定，从而说明坝顶水平位移在目前水库长期低水位运行状态下其不可逆变形已趋于稳定；主要影响坝顶水平位移的决定因素为气温，影响最大幅度为8．17mm。

2．2．2沿坝轴线方向水平位移

从观测数据可以看出：测点位移受水位、温度影响很小，大部分在1mm以内，复相关系数偏低，测点位移同气温、水位相关性不密切，这说明测点所在坝块位移在受气温，水位影响同时还受两侧坝块的制约，而这种制约因素对位移的影响要远大于气温和水位的影响。

3．结语

通过对大坝水平位移从定性到定量的综合分析可知：桃林口水库在长期低水位运行状态下，坝基水平位移受水位、气温影响极小，时效变形也较小，坝基是稳定的；坝体水平位移受气温和水位影响程度随高程升高而逐渐加大；坝顶水平位移变化则以气温为决定因素，水位影响很小。此外，经过多年运行，坝顶产生了一定的时效位移，这种不可逆变形已趋于稳定。大坝水平位移按一定的统计规律稳定变化，测点测值均在模型计算出的安全限值范围内，没有不利于安全的发展趋势，大坝处于安全稳定运行状态。

作者简介：

刘建军，男。满族，河北省桃林口水库管理局，工程师。

周世龙，男，汉族，河北省桃林口水库管理局，工程师。

王晓明，男，汉族，河北省桃林口水库管理局，技师。

来源：《河北水利》2007.7