水牛家大坝沉降资料分析及评价
土石坝沉陷量及沉陷过程分析
１ ８ ４ ・
工 程 科 技
土石坝沉 陷量及沉 陷过程分析
李 丽娟
摘Hale Waihona Puke （ 黑龙 江省 农 垦 总 局 建 三 江 分局 胜 利 农 场 水务 局 ， 黑龙 江 建 三 江 １ ５ ６ ３ ０ ０ ） 要： 土石坝是最普遍采用的一种坝型。 不论是在全世界 ， 还是在 中国， 与其他坝型相 比较 ， 土石坝都 占绝对的优 势。 本 文主要对土
石 坝 沉 陷量 及 沉 陷 过 程进 行 分析 。 关键 词 ： 土 石 坝； 沉 陷 量； 沉 陷过 程 ； 分析
１对土石坝 沉陷变形的一般分析 资料 ， 我们可 以把竣工后第 一年的沉陷速率作为参考 这数值 ， 说 明 根据《 碾压式土石坝设计规范 ｝ （ Ｓ Ｌ ２ ７ ４ — ２ ０ ０ １ ） 规定 ， 在分析土石 可能“ 过大沉陷” ， 即起码说明填 土质量差 ， 抗裂抗渗性能低 ， 往往 有 坝 的沉陷问题时 、 应当注意下列事项 ： 裂缝和渗漏 。 １ ． １土石坝应进行沉陷分析 ，估算在土体 自重及其他外荷作用 综上所述 ， 虽 然还 不能全面反映变形情况（ 还有水平位移 、 土的 下， 坝体和坝基竣工时 的沉陷量和最终沉 陷量 。 抗裂强度等 因素） ， 但若沉 陷率在 ０ ． ５ ％之内 ， 则说 明坝 的碾压质量较 １ ． ２对于 １ 级、 ２级高坝及建于复杂和软 弱地基上的坝 ， 应采用 好 ， 其抗裂强度也不可能很低 ， 水平位移也不会很大 。若相 反 ， 则说 有限元计算坝体 和坝基 或其他相衔接 的建筑 物在土体 自重 及其他 明坝的质量差 ， 安全程度低 。 外荷作用下 和不 同工作条件下的应力 、 变形 。 目前有 限元计算结果 ３土石坝沉陷过程的分析 仅仅是作为土石坝设计时的定性参考 ， 还达不到定量控制设计 的程 填土在外力作用下 ，需要经过一定时 间后才能 完成压缩过程 。 度。 所 以坝身和坝基的沉 陷也要经过一段时问才能达到稳定 ， 沉 陷达到 １ － ３ 坝顶 的预留沉降超高 ， 应根据沉降计算 、 有限元应 力应 变分 稳定所需的时问与土料性质 、 排水条件有关 。 砂土的压缩过程较短 ， 析、 施 工期沉降观测和工程类 比等综合分析确定 。根据以往工程经 一般在施工结束后沉陷就达 到稳定 。而粘性 土压缩性大 ， 孔 隙水排 验， 对 于土质防渗体坝 ， 坝顶 的预 留沉降超高一般为坝高 的 １ ％。当 出较困难 ， 沉陷过程相 当长 。土石坝在施工期和竣工初期 排水 固结 计算竣工后坝顶沉 降量与坝 高的比值大 于 ｌ ％时 ，应在分 析计算结 过程很 快， 以后 由于荷载不再增加 ， 大部分孑 Ｌ 隙水 已排出 ， 沉陷将 变 果 的基础上 ， 论证选择 的坝料填筑标准 的合理性和采取工程措施的 缓慢 ， 但是达到沉陷终结 ， 则还要 相当长的时间 ， 故沉 陷过 程线 是一 必要性 。 条 斜 率 变化 很 大 的 曲线 ， 曲线 初 期 很 陡 ， 后期趋于平缓 。 １ ． ４根据沉陷计算 的结果 ，应推算 出坝体各部位 的不 均匀沉 陷 如果有较 长 的观测 资料 ， 则可 以通过 数理统计 分析 ， 找 出沉陷 量、 不均匀沉陷梯度 ， 初步判断发生裂缝的可能性 。 还应根据有限元 随 时间变化的经验公式 ， 绘制沉陷过程线 ， 从 而达 到掌握变化规 律 、 应力 、 变形计算结果 ， 分析坝体是否发生塑性 区及其范 围、 拉应力 区 预测今后沉陷变化过程 的 目的。为 了得到尽可能好 的拟合 曲线 ， 通 及其范围 、 变形及裂缝 、 防渗体 的水劈裂等。 在上述两种计算结果基 常是选 配几种与其观测数据散 点趋势相适应 的曲线分别 进行 叫归 础上综合研究是否会发生裂缝 以及应采取的抗裂措施等 。 按照水均 计算 ， 求 出几 条不 同的 回归 曲线 ， 经 比较 ， 选择 Ｒ ｚ 较大 或 ｓ较小 的 匀沉降 的状况判断发生裂缝 的可能性 ，并没有成熟 的判别标准 ， 实 回归曲线作为最佳拟合曲线 。 际工作 中 ， 除采用 经验公式判别外 ， 还应参考类 似工程 的原 型观测 上面我们 用人工计算 的方法 ， 找 出了土石坝 的沉陷量与时 问关 结果进行对 比分折。 系的定量表达式 。 但 当资料系列较长时 ， 要费许 多人力 和时 间， 且容 １ ． ５在实际工程 中 ， 土石坝应力 和变形的有限元计算 。 易 出错 ， 使用计算机处理则可迅速及 时 ， 节省人力 ， 并可用 多种 函数 １ ． ６有限元的计算参数应 由试验确定 ， 并结合工程类 比选用 。 试算 ， 然后选最优的拟合曲线 。 目前微机在土石坝渗流观测资料分 １ ． ７施工过程 中 ， 应对 沉降 、 孔 隙压力 、 总应力相位移 等项 目进 析和变形观测资料分析 中的应用 已有许 多实用程序 。我们相信 ， 随 行原型观测 和施工质量检测资料即时分析 。 着计算机技 术的发展 ， 其在观测资料分析 中亦将逐步普及 ， 对 提高 ２土石坝沉陷量的分析 管理水平将起到很好 的作用 。 土 石 坝 坝顶 沉 陷量 的大 小 ， 往 往 可 以 作 为 填 土 密 实 性 和 施 工 质 ４沉 陷过 程 的 预 报 量 优 劣 的一 个 主 要 指 标 。 如 果 观 测 资 料 时段 较 长 且 连 续 ， 能 建 立 符 合 坝 的 变 形 规 律 的 经 要 防止 坝的裂缝 ， 主要 措施是设法减 少不均匀沉 陷 ， 而各 部位 验公式 ， 而水 库在运行 中又没有沉 陷突变等其他 因素 的影响 ， 应用 沉 陷量 绝 对 值 小 ， 相 对 不 均 匀 沉 陷 也 就 相应 减 小 。 因此 ， 沉 陷量 也 是 经 验公 式 预 报 一 定 时 段 的 沉 陷是 完 全 可 行 的 。 根 据 国内 许 多 大 坝 预 衡量坝安全运行 的基本指标。 报沉陷量 的成果统计 ， 用实测 的沉陷观测资料建立 经验公式 ， 可 预 分 析沉 陷量 可 以从 两 方 面 着 手 ： 一 是 究 竟 能 容 许 有 多大 的 累计 报 今 后 一 定 时期 内 沉 陷 情 况 ， 预报期越短 ， 精 度 越 高 即 相 对 误 差 越 沉 陷量 而不至于危及坝的安全 ； 二是竣工初期 的沉 陷速率应在多大 小。因此 ， 为 了获得较高 的预报精度 ， 应随着观测数据的增加 ， 不 断 的范围内。 即探讨可能造成危害土石坝安全 的“ 过大沉 陷” 的参考指 修改经验公 式。 标。由于填土的高度不同 ， 沉陷量绝对值大小的差异很 大 ， 通常用相 参考文献 对沉陷率表示 ， 即坝 的 沉 陷 量 与 坝高 的 比率 。 ｆ １ １ 钟 家驹 ． 谈 谈 土石 坝 发 展 的 特 点 陕 西 水 利 ， １ ９ ８ ７ ， ５ ． ２ ． １ 竣 工 后 相 对 沉 陷 率 ｆ ２ １ 邓苑苑 ， 刘建军， 张小燕． 土 石 坝 工 程 渗 流 计 算 的 理 论 发 展 及 方 法 根 据 国内 外 土石 坝 的沉 陷 观测 成 果 和运 行 情 况 统 计 ， 凡是变形 探析 甘肃农业 ， ２ ０ ０ ６ ， ６ ． 小的， 竣工后相对沉陷率小于 １ ％的坝都没有产生裂缝 ， 大于３ ％的 ｆ ３ １ 王晓鹏， 吴彦峰 ． 小型土石 坝运 用有 限元渗流计算进行边坡稳定分 坝 多数 发 生 裂 缝 ； 竣 工 后 相 对 沉 陷率 大 于 １ ％而小于 ３ ％的坝 ， 有 的 析【 Ｊ １ ． 黑龙 江科 技信 息 ， ２ ０ １ ０ ， ３ ３ ． 坝有 裂缝 ， 有的坝没有裂缝 ， 要 看土料性质和其他条件 而定 。 所谓竣 工 后 相 对 沉 陷率 是 指竣 工 后 至 沉 陷 稳 定 这 段 时 间 的 累计 沉 陷 量 与 坝 高 的 比率 。 ～般 土石 坝 在 竣 工 后 ５ ～ ７年 ， 沉陷基本稳定。 我们 把 竣 工 后 相对 沉 陷率 为 ３ ％ 作 为 累计 过 大 沉 陷 指 标 。 ２ ． ２相 对 沉 陷 速 率 初期沉陷增长较快 ， 以后沉 陷速率很快减少 ， 竣工 后 ２ ￣ ３年 内 如不产生 裂缝 ， 以后 一般不会再产生裂缝 ， 因此竣 工初 期的沉 陷速 率对裂缝 的产生影 响很大 ， 据实测资料统计 ， 一般 竣工后第一年 内 的 坝 顶 沉 陷 量 约 占坝高 的 ０ ． １ ％～ ０ ． ４ ％ ，以 后逐 年减 少 ，竣 工 后 ｌ ０ 年 内 累 计 沉 陷 量 约 为第 一 年 内 的 ２ － ４倍 。 根 据 国 内外 土 石 坝 的统 计
坝体沉降经验交流材料
坝体沉降经验交流材料标题：坝体沉降经验交流材料【引言】大坝是人类工程中十分重要的一种水利设施，承担着调节水流、防洪排涝等功能。
在大坝的建设和运行过程中，坝体沉降是一项关键问题。
为了更好地解决坝体沉降带来的挑战，交流和分享经验是非常重要的。
在本文中，我们将探讨坝体沉降的经验交流，旨在总结有效的应对策略和经验。
【正文】1. 沉降监测技术沉降监测技术是及时掌握大坝沉降情况的重要手段。
目前常用的沉降监测技术主要有：水准仪观测、GPS监测和应变计监测等。
各种监测技术在实际应用中具有自己的优势和局限性。
例如，水准仪观测准确度高，但需要人工操作，对人力资源要求较高；GPS监测精度高，但对天气条件有一定要求；应变计监测可以实时监测沉降情况，但在数据处理过程中可能存在误差。
因此，根据具体情况选择适合的监测技术是确保坝体沉降监测精度的关键。
2. 形成机理研究坝体沉降的形成机理非常复杂，常受到地质、土壤、水文等多种因素的影响。
因此，在进行沉降监测的同时，还需要开展形成机理研究。
通过分析地质勘探数据、土壤力学试验结果等，可以揭示坝体沉降的成因。
例如，一些研究发现，大坝坝体底部土层的水分影响了坝体的沉降情况。
基于形成机理的研究，可以针对具体的沉降原因采取相应的治理措施，减小沉降带来的影响。
3. 沉降控制与治理为了保证大坝的稳定和安全运行，需要对坝体沉降进行控制和治理。
沉降控制的关键是通过科学手段预测和监测沉降情况，并及时采取措施防止沉降超过安全范围。
例如，根据监测数据的变化趋势，可以计算出沉降速率，通过控制水位和调整库容等方式进行沉降调节。
沉降治理则需要根据形成机理的研究结果，选择合适的工程措施进行修复。
例如，对于水分引起的沉降，可以通过降低坝体周围的地下水位来减小沉降。
4. 经验交流与合作在坝体沉降的应对过程中，经验交流和合作十分重要。
各个工程项目应该建立沉降数据库，定期进行经验总结和交流研讨会，分享经验和教训。
在国际级别上，各国可以通过技术合作和政策协调，在坝体沉降的研究、监测和治理方面进行深入的合作，共同应对全球范围内的挑战。
水牛家水电站下泄生态流量研究及效果分析
县， 并 在王 坝楚 接九 环线 旅游 公路 。 鉴于上述原因， 减 水 河 段 保持 能 引起 视 觉 效果
的流水 景 观 ， 就 成 为 工程 河 段 生 态 环 境 需水 的控 制
性 因素 。
３ ． ２ 设 计 目标
电站及 白马 电站 ， 王 坝 楚 居 民饮 用 水 汲水 井 受 到水 牛家水 电站 运行 河段 减 水 的影 响 ， 其 补偿 及 供 水 问
好， 水体 自净用水不是控制因素。
作者简介 ： 何月萍 （ １ ９ ６ ５一） ， 女， 江苏盐城人 ， 教授级高级 工程师 ， 主要从事环境影响评价工作。 ｌ ０ ０
表１ 火溪河水牛家水电站坝、 厂 址 区 间各 支 沟 年 、 月 平 均 流 量
ｍ ／ ｓ
３ ． １ ． ３ 工程 河段 工农 业及 生活 用水要 求 根据 调 查 ， 工程 河 段 有两 座 小水 电站 为 王坝 楚
３ 设 计 目标
１ １ ４ ｋ ｍ， 全 流域 集 水 面 积 为 １ ４ ９ ４ ｋ ｍ 。火 溪 河 按 河
道 特性 区分 ， 王坝 楚 以上为 上游 ， 王坝楚 ～ 木 座 乡为
中游 ， 木座 乡 以下 为下 游 。
根据 对水 牛家 水 电站 工程 区环 境现状 特 点 的分 析， 工程 河段 生态 环境 需 水 量 主要 将 满 足 以下 ３方 面 的要 求 ： （ １ ） 生 态 功 能— — 河 道 中现 有 的水 生 生 物维持 基 本 栖 息 地 需 水 要 求 ； （ ２ ） 资 源 功 能—— 居 民人 畜 用 水 、 工 农 业 灌 溉取 水 要 求 ； （ ３ ） 环 境 功 能—— 河 道景观 需水 要求 、 河流 自净需 水要 求 。 由此 分 析 ， 水 牛 家水 电站工 程 河段 生 态 环境 需 水量 的表 达式 可 以简单表 达为 ： 河流 系统 生态 环境需 水 ＝ ＭＡ Ｘ｛ 维 持栖 息 地需 水， 自净 需水 ， 景观 需 水 ｝ ＋人 畜 生 活用 水 ＋农 业灌
水牛家大坝沉降资料分析及评价
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TP16 2 214.00 64.8
图 1 大坝 1-1（0 + 072.16）剖面沉降量分布图
1 沉降观测方法
TP2 2 273.00
0 + 057.00 0 + 116.00
水牛家大坝采用水管式沉降仪观测坝体内部沉
降量。在水牛家大坝（坝）0 + 072.16 设 1-1 监测剖 面，在 1-1 监测剖面 2 214.0 和 2 244.0 m 高程各布 置 1 套水管式沉降仪，如图 1 所示；在大坝（坝） 0 + 134.4.0 设 2-2 监测剖面，在 2-2 监测剖面 2 214.0 和 2 244.0 m 高程各布置 1 套水管式沉降仪如图 2 所 示；在大坝（坝）0 + 202.79 设 3-3 监测剖面，在 3-3 监测剖面 2 244.0 m 高程布置 1 套水管式沉降 仪。坝体内共计布置 5 套 23 台水管式沉降仪，监测
二等水准测量观测大坝表面沉降量。大坝外观沉降 测点位置如图 3 所示。
坝 0- 0
坝 0+
0 - 005.00
TP8
TP7
TP6
TP6 2 274.00 TP4
TP3
TP2 0+000.00 TP1
11.3
29.8
103.3
165.3 166.8 184.1
190.6
173.9
LB1 12.6
坝 0- 092.52
0 + 159.00
图 3 大坝下游表面沉降量分布图
2 监测成果检验及系统评价
土石坝沉降量是大坝监控的重要指标，沉降量 的大小反映大坝运行状态是否正常。因此进行大坝 沉降资料分析前，必须对沉降资料成果进行检验， 判定成果的真实性和可靠性，对监测成果进行评 价，剔除误差值，使用有价值的监测成果，并对水 牛家大坝沉降量和监测系统进行评价。
大坝质量评级报告
大坝质量评级报告1. 引言大坝作为储存水资源和防止洪水的重要工程，其质量是保障工程安全和持续运行的关键因素。
为了对已建成的大坝进行质量评级，本报告将详细分析大坝的各项指标，评估其质量等级，并提出相应的建议和改进措施。
2. 数据收集与整理为了进行大坝质量评级，我们收集了大量的数据，并进行了整理和分析。
数据涵盖了以下几个方面：•大坝的设计图纸和技术文件•大坝的施工过程记录•大坝的监测数据和水文数据•大坝的维护保养记录•大坝的相关文献和研究成果通过对这些数据的整理和分析，我们能够全面了解大坝的建设、运行和维护情况，为质量评级提供可靠的依据。
3. 质量评级方法本次质量评级采用了一种综合评估方法，主要考虑了以下几个方面的指标：3.1 结构安全性结构安全性是评价大坝质量的关键指标之一。
我们通过对设计图纸、施工过程记录和监测数据的分析，评估了大坝在正常工作和极端情况下的结构安全性，包括承载能力、稳定性等。
3.2 功能完整性大坝的功能完整性指的是大坝在储水和防洪方面的能力。
我们通过分析大坝的设计图纸、水文数据和监测数据，评估了大坝的泄洪能力、储水能力和防洪能力，以确定其功能完整性的评级。
3.3 维护管理情况维护管理情况是评价大坝质量的重要指标之一。
我们通过分析大坝的维护保养记录和相关文献，评估了大坝的维护管理情况，包括定期巡查、维修修复等方面，以确定其维护管理的质量等级。
3.4 环境影响大坝的建设和运行对周围环境有一定的影响。
我们通过分析相关文献和研究成果，评估了大坝对环境的影响程度，包括水生态系统、土壤侵蚀等方面，以确定其环境影响的质量等级。
4. 质量评级结果经过对以上指标的综合评估，我们将大坝的质量评级分为以下几个等级：•A级：结构安全性和功能完整性良好，维护管理和环境影响较优秀；•B级：结构安全性和功能完整性尚可，维护管理和环境影响一般；•C级：结构安全性和功能完整性较差，维护管理和环境影响不佳；•D级：结构安全性和功能完整性严重不足，维护管理和环境影响十分糟糕。
某大坝施工期内部沉降监测分析研究
I【科技论坛某大坝施工期内部沉降监测分析研究肖建峰周立霞(淮河水利委员会蚌埠233001中水淮河规划设计研究有限公司合肥230092)【摘要】水库所处区域不同，地形、地质条件隐蔽复杂。
大坝监测能够及时地反应水库工程运行变化情况，出现异常及早察 觉，采取措施，避免更大的损失。
对于施工期，大坝变形监测更为敏感。
本文介绍了施工期大坝内部沉降监测设计情况，并进 行了监测成果分析，旨在今后为其他类似工程提供技术参考。
【关键词】水库大坝内部沉降监测沉降管沉降率某水库是一座以防洪、供水、灌溉为主，结合发电的多 目标开发综合利用的大型水利枢纽工程。
水库流域面积749km2,总库容为4.68亿m3,属II等大(2)型水利工程。
主 要建筑物拦河坝、溢洪道及引水系统进水口为2级建筑物。
主要建筑物设计洪水标准为100年一遇，相应设计洪水位 为70.73m(1985国家高程基准，下同）；校核洪水标准为 2000年一遇，相应校核洪水位为74.58m。
拦河坝为土质防渗体分区土坝，上游坝体以花岗岩风 化土为防渗体，下游坝体采用石渣及风化岩等透水性较强 的材料填筑，设排水棱体和坝体斜坡式排水。
土坝坝顶宽度 9.00m,坝顶长度535.00m,坝顶高程76.50m,最大坝高65.50m。
坝基河床砂砾石经强力振冲加密处理后采用混凝 土防渗墙和帷幕灌浆进行垂直防渗。
1沉降监测设计在大坝横向桩号0-001,纵向桩号分别为0+100*0+335、0+520处，各布设沉降管1根，沉降管编号分别为ES1、ES2、ES3,高程范围分别为55.00~76.50m、20.00~76.50m、55.00~76.50m。
沉降管每2m长布设沉降环(板)测点1个，测点数依次为17个、30个、15个，共62个。
2沉降监测资料整理与分析2.1沉降值大坝内部沉降采用沉降管法进行观测，河床及左右岸3根沉降管的最大沉降值列人表1。
(1) 按左岸、河床、右岸顺序沉降管编号依次为ES1、ES2、ES3,相应实测最大沉降值分别为215mm、1134mm、219mm,其值为填筑至坝顶时于2016年3月9日测得，表明左右岸的最大沉降值约为河床段相应值的1/5。
坝体引发地面沉降评价
坝体引发地面沉降评价
1、查清工程地质及水文地质情况，即对该地段应有完整的地质勘探资料，包括地层分布，透水层和透晶体情况，以及其与水体的联系和水体水位变化情况，各层土体的渗透系数，土体的孔隙比和压缩系数等。
2、查清地下贮水体，如周围的地下古河道，古水池之类的分布情况，防止出现井点和地下贮水体穿通的现象。
3、查清上、下水管线，煤气管道、电话、电讯电缆，输电线等各种管线的分布和类型，埋设的年代和对差异沉降的承受能力，考虑是否需要预先采取加固措施等等。
4、查清周围地面和地下建筑物的情况，包括这些建筑物的基础型式，上部结构型式，在降水区中的位置和对差异沉降的承受能力，降水前要查清这些建筑物的历年沉降情况和目前损伤的程度，是否需要预先采取加固措施等等。
土石坝沉降及其实测数据分析计算
土石坝沉降及其实测数据分析计算————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：土石坝沉降及其实测数据分析计算（王法西)[摘要]沉降是土石坝的重要指标,但不能以坝体某测点沉降量作为坝体坝基总沉降量。
应以坝体测点沉降量，采用分层迭加求和法求得总沉降量及相对沉降率，以此作为评价坝体填筑质量和评估大坝安全的依据.[关键词］土石坝过程线沉降量1 前言我国有8万多座挡水坝，其中90%以上为土石坝。
土石坝的沉降与不均匀沉降产生的裂缝，严重的影响坝的安全运行,因此，沉降是土石坝的主要监测、监控项目,也是评价土石坝安全和坝体质量的主要指标。
对于这样一个重要指标，国内坝工界普遍将坝体某点的沉降测值视作整个坝体沉降量.笔者参加过多次土石坝工程蓄水和竣工验收会议，由建设单位所提供“建设报告”和“安全鉴定报告”等档，普遍是将坝体某点沉降测值（1/2~1/3坝高处测点）作为坝体最大沉降量,并以此与坝高相比，得坝体相对沉降率，该值远小于坝体、坝基总沉降量，也远小于国外同类坝的沉降量及相对沉降率，笔者认为，以此作为评价坝体填筑辗压质量,是不恰当的，对工程验收,是一种误导。
2设计规范所定义的土石坝沉降量“设计规范”所定义的土石坝总沉降量系全坝体(高)、坝基的总沉降量。
它是将坝体、坝基分为若干层（n层)，分层计算坝体、坝基的沉降量（ΔSi）,然后用求和法得出坝体、坝基的总沉降量（St）即：对于粘性土：总沉降量（“规范”E。
3。
3 )［1］式中：S t—-坝体坝基总沉降量e io—-第i层起始孔隙比e it--第i层相应竖向有效应力作用下的孔隙比h i——第i土层厚度n——土层分层数对于非粘性土：总沉降量(规范”E。
3.4)［1］式中：S∞--非粘性坝体坝基总沉降量P i——第i计算土层由坝体荷载产生的竖向应力E i——第i计算土层变形模量众所周知,上述计算理论和公式，由于存在诸多假定和简化以及受计算条件、参数限制，与原型土石坝实测沉降变形存在较大的差异，比如：（1)计算仅计固结沉降，忽略初始沉降和次固结沉降，对于粘性土,次固结沉降在总沉降中占有可观比例;对于非粘性土，初始沉降也不可忽略;(2)对于非粘性土，计算公式(E。
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水牛家大坝沉降资料分析及评价万永波;袁有仓【摘要】介绍水牛家水电站大坝沉降监测方法，沉降仪器的检验和综合评价，保证监测资料真实性和可靠性。
通过对沉降成果资料的分析，采用分层变换筛选拟合法建立沉降变形数据模型，优选影响因子和因子阶数，并使用地震特殊工况改正数据模型；使数据模型更加符合工程的特性，为水牛家大坝的监测预报提供基础和数模，指导工程的安全运行。
%This paper introduces the monitoring method of the dam settlement, the inspection and comprehensive evaluation of the settlement instruments, ensures the authenticity and reliability of the monitoring data. Based on the analysis of the settlement data, the model of settlement deformation data is established by using the method of hierarchical transformation, electing influence factor and factor order, and using seismic special working conditions. So the data model is more consistent with the engineering characteristics, provides basis and mathematical model for monitoring and forecasting of Shuiniujia dam, and guides safe operation of the project.【期刊名称】《水利信息化》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】5页(P20-24)【关键词】水牛家水电站;现场测试;沉降监测;影响因子【作者】万永波;袁有仓【作者单位】中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072;中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072【正文语种】中文【中图分类】TV64水牛家水电站为火溪河梯级开发的龙头水库，大坝正常蓄水位 2 270.0 m，正常蓄水位以下相应水库库容 1.395 亿m3，拦河大坝为 108.0 m 高的心墙堆石坝，混合式开发，电站装机容量 70 MW[1]。
根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》及其补充规定，确定水牛家水电站为二等工程。
大坝坝高108.0 m，超过水库大坝提级标准，因而大坝按 1 级建筑物设计。
水牛家水电站工程区地震基本烈度为8 度。
按《水工建筑物抗震设计规范》规定，拦河大坝工程抗震设防类别为甲类，设计烈度为 9 度，其他水工建筑物抗震设计烈度为 8 度[1]。
水牛家大坝采用水管式沉降仪观测坝体内部沉降量。
在水牛家大坝（坝）0 + 072.16 设 1-1 监测剖面，在 1-1 监测剖面 2 214.0 和 2 244.0 m 高程各布置 1套水管式沉降仪，如图 1 所示；在大坝（坝）0 + 134.4.0 设 2-2 监测剖面，在2-2 监测剖面 2 214.0 和 2 244.0 m 高程各布置 1 套水管式沉降仪如图 2 所示；在大坝（坝）0 + 202.79 设 3-3 监测剖面，在3-3 监测剖面 2 244.0 m 高程布置 1 套水管式沉降仪。
坝体内共计布置 5 套 23 台水管式沉降仪，监测坝体内部的沉降量[4]。
每条水管式沉降仪观测房端使用水准测点校核改正坝体内部沉降量。
在大坝顶 2 274.0 m 高程下游侧布置 9 个水准测点，在下游 2 244.0 m 高程马道布置 8 个水准测点，在下游 2 214.0 m 高程马道布置 7 个水准测点，采用二等水准测量观测大坝表面沉降量。
大坝外观沉降测点位置如图 3 所示。
土石坝沉降量是大坝监控的重要指标，沉降量的大小反映大坝运行状态是否正常。
因此进行大坝沉降资料分析前，必须对沉降资料成果进行检验，判定成果的真实性和可靠性，对监测成果进行评价，剔除误差值，使用有价值的监测成果，并对水牛家大坝沉降量和监测系统进行评价。
监测系统评价是在检查考证施工资料、现场检查和测试，并对历年监测资料进行对比分析等工作的基础上，结合建筑物的运行情况，对整个监测系统的完备性、监测精度、可靠性及监测频次作出综合评价，对监测仪器设备的封存、报废、监测项目的停测和监测工作等提出意见和建议。
水牛家大坝沉降成果评价主要进行水管式沉降仪现场测试、历年监测数据对比分析、监测成果数据的评估。
在 2014 年 12 月对水牛家大坝所有水管式沉降仪进行现场测试。
现场测试方法为：先向连通管充防冻液，待量测管内的液面稳定后进行测读，共进行3 次测读，以3 次测读的最大相互较差不超过 2 mm为合格测值。
经过现场测试水牛家大坝水管沉降仪有少数测点短期稳定性较差，需要进行维护，其余测点短期稳定性较好。
水牛家大坝历年沉降监测数据评估是绘制内部沉降测值过程线如图 4 所示。
由图4 可见：除个别测次带有明显的观测误差外，在资料分析时进行剔除。
施工期随着坝体的填筑，各测点均出现明显的下沉；坝体填筑基本完成后，沉降速率逐渐减缓；大坝沉降受蓄水影响较小。
大坝内部沉降前期较大，后期已逐渐趋缓，符合堆石坝内部沉降的一般规律。
坝体内水管式沉降仪观测成果分析，大坝内部各测点沉降量不均匀，沉降成果过程线成小幅度上升趋势，说明大坝一直处于缓慢沉降状态。
根据沉降监测资料分析，水牛家大坝总沉降量按分层迭加计算为 847 mm，大坝沉降率占坝高的 0.78%，按照《碾压式土石坝设计规范》标准，判定水牛家大坝没有出现开裂等异常情况。
沉降量在坝体变形允许的范围内，坝体变形满足正常使用要求。
从大坝内部沉降量分布情况分析，埋设在大坝2 244.0 m 高程马道左岸最大沉降量为 374 mm，埋设在大坝 2 244.0 m 高程马道中段最大沉降量为 368 mm，埋设在大坝 2 244.0 m 高程马道右岸最大沉降量为342 mm。
埋设在大坝 2 214.0m 高程马道左岸最大沉降量为 450 mm，埋设在大坝 2 214.0 m 高程马道右岸最大沉降量为 591 mm[2]。
根据图 1 沉降量过程线分析，大坝沉降量总体变化趋势没有改变，逐年沉降量呈减小和逐渐收敛的趋势，大坝沉降量受周期性变化的库水位影响小。
大坝内部沉降量分布如图 1 和 2 所示，水牛家大坝整体沉降量分布规律符合土石坝规范的要求。
水牛家大坝下游表面的沉降量分布规律很好。
在河床部位 2 214.0 m 高程沉降量是 50.7 mm，2 244.0 m 高程沉降量是 78.4 mm，2 274.0 m 高程沉降量是184.1 mm；低高程的沉降量小于高高程的沉降量，表明大坝沉降量没有出现“拱效应”现象。
在同一高程的沉降量分布规律是位于河床坝段的沉降量大，由河床向两岸的沉降量逐渐减小，相邻测点沉降量差不大，说明大坝沉降梯度变化小。
因此水牛家大坝的变形规律符合一般土石坝的变形规律。
水牛家大坝下游表面沉降量分布如图 3 所示。
“5.12”汶川地震影响分析：从图 4 沉降成果及过程线分析，地震前后大坝最大沉降量对比分析，与 2007 年底观测成果 373 mm 对比，2008 年全年左岸 2244 m 马道下沉 33 mm；与 2007 年底观测成果 470 mm 对比，2008 年全年左岸 2 214 m 马道下沉 29 mm；与 2007 年底观测成果 379 mm 对比，2008年全年坝中 2 244 m 马道下沉 39 mm；与 2007 年底观测成果 570 mm 对比，2008 年全年右岸 2 214 m马道下沉 21 mm；与 2007 年底观测成果 328 mm对比，2008 年全年右岸 2 244 m 马道下沉 29 mm。
2008 年沉降量总体情况与2007 年相似，“5.12”汶川地震对水牛家大坝沉降量影响较小[5]。
大坝沉降资料分析目的是用数理统计方法建立沉降量（称为效应值）和各影响因素（称为原因量）之间关系，进行沉降量的定量分析；从大量的观测数据中寻找出大坝沉降变形的变化规律。
针对水牛家大坝沉降量变化规律比较复杂，影响因子较多，为了对资料进行有效分析，本文采用多项式回归、逐步回归、参数的岭估计等有机集成，并引进累进变换；有机集成后的方法称之为分层变换筛选拟合法。
在建立数据模型时主要考虑的影响因子如下：1）库水位因子。
坝上下游水位差 H 是影响位移的重要因素。
根据坝工理论，剪力引起的剪切位移和 H2有关，由水重造成库底沉陷而导致坝体向上游倾斜的转角则与 H 有关，因此坝顶水平位移的水位因子可选取 H，H2。
同时考虑的水位变化对位移影响，加入另一个影响因子△H 为前后两次观测之间的水位差；H 表示上下游水位差值，H2表示上下游水位差值的平方。
式中：B1，B2，B3为统计方程系数。
2）温度因子。
本工程对坝体作全面观测，已知各测点处的温度 T，采用一阶温度项，考虑到热膨胀系数的非线性关系，再选择温度的平方项 T2。
式中：B1，B2为统计方程系数。
3）时效因子。
表征坝体产生不可逆变化的因素，本模型采用直线型时效因子τ及它的对数，时效分量YD= B1τ + B2In (τ)，式中：τ 为从起始监测日算起至当前观测日的累积天数/100；B1，B2为统计方程系数。
4）交叉影响。
由于存在温度和水位的交互作用下产生的坝体位移，这里对于这种交互作用引入温度和水位的耦合项，即它们的交叉项。
交叉影响项YC= BT • H，式中：T 为测点处温度，H 为坝上下游水位差，B 为统计方程系数。
式中：t 为从起始监测日算起至当前观测日的天数。
B1，B2，B3，B4为系数。
利用同样方法，针对沉降量进行统计分析。
经过分析，最后建立模型为[3]式中：Y 表示水牛家大坝的预测沉降量。
最大沉降量实测值与拟合值对比图如图 5 所示，水牛家大坝沉降量资料通过上述的拟合得到数据模型反映大坝沉降变形规律，拟合的复相关系数绝大多数达到0.98 左右，说明数据模型能够反映大坝沉降变形的客观变化规律，拟合效果良好。
通过资料拟合分析建立了水牛家大坝沉降变形的数据模型，预测值与实测值吻合程度良好，预测模型有效反映了大坝沉降变形的时程变化趋势。
水牛家大坝沉降变形拟合过程中，误差较大的点出现在 2008 年 5 月 12 日前后，这是由于突发地震造成沉降量有小幅度阶跃，随后误差逐渐减小，表明“5.12”地震对坝体沉降量影响较小。