水壩變形觀測資料的定性分析

1、水壩變形觀測資料的定性分析摘 要 由壩體自重壓縮引起的橫向水平位移是 主要的。由于自重壓縮量與側(cè)向膨脹量有一定的線性關(guān)系， 所以壩體某觀測點的沉陷量與橫向水平位移量有近似的線 性關(guān)系?？v向水平位移量一般不大，但對壩的安全不利，過 大的縱向水平位移可能引起壩頭的橫向裂縫。關(guān)鍵詞 水壩變形；觀測；定性分析作者簡介 趙敏杰，廣西德新工程管理咨詢有限公 司，廣西 南寧， 530001中圖分類號 TV871.4 文獻標(biāo)識碼 A 文章 編號 1007-7723 （2011） 08-0089-0003一、土質(zhì)堤壩水平位移觀測資料的定性分析（一）產(chǎn)生橫向水平位移的原因 一般情況下，產(chǎn)生橫向水平位移的原因可概括

2、為兩個 方面：1. 壩身自重壓縮引起的側(cè)向膨脹，其作用相當(dāng)于如圖1 所示的一個頂部自由、底部受約束的彈性體受到豎直荷載 作用下產(chǎn)生側(cè)向變形的情況。由于壩底受基礎(chǔ)的約束，側(cè)向 變形為零；而側(cè)向變形最大通常在離壩頂1/21/3壩高處。2. 承受水荷載引起的水平位移。有相當(dāng)一部分壩，由于受上游壩面上水荷載的作用，壩上游面及壩基面受力后產(chǎn) 生向上游轉(zhuǎn)動的彈性撓曲，這種作用尤其在水庫首次蓄水時 較為明顯，其作用有如懸臂梁的受力，見圖2。但此種變形往往在水庫水位降落后又逐漸恢復(fù)原狀；此后，在長期高水 位下壩體受水平壓力的作用，壩頂逐漸產(chǎn)生向下游偏側(cè)的位 移。（二）產(chǎn)生縱向水平位移的原因 縱向水平位移主要是

3、由于岸坡土柱高度不等而產(chǎn)生的 不均勻沉陷所產(chǎn)生的。 由于河谷的橫斷面形狀通常為 V 形或 U 形，故可將壩體視為斜面上的物體，由自重產(chǎn)生一個平行 斜面指向河谷的分力，此分力使壩體產(chǎn)生指向河谷的縱向位 移。（三）水平位移的一般規(guī)律1. 橫向水平位移。一般情況下，壩的上游坡向上游位 移，下游壩坡向下游位移。對于壩頂，由于受庫水位的影響 比較強烈，相當(dāng)一部分壩在蓄水初期壩頂向上游位移，隨著 蓄水時間的推移，壩頂逐漸向下游位移。圖 3 是埃爾因菲尼羅壩竣工后最大斷面壩軸線上測斜 計測得心墻不同高程處水平位移的變化。圖中基線0-0 表示在竣工后蓄水以前的位移起始位置。水庫1964年 6月 15日蓄水，

4、6 月 23 日壩頂已向上游位移 14cm ，而心墻下部 1/3 仍然未動，隨著厙水位上升，心墻便向下游位移，最大變形 發(fā)生在下部三分點處，而壩頂位移極小，直至 1964 年 8 月 24 日，壩頂凈位移仍向上游，在庫水位大致不變的情況下， 心墻的撓曲也隨時間的推移而增長。 1966 年 2 月，壩頂又回 到原位，而心墻中部的 1/3 卻已向下游位移達 26cm 之多， 到 1968 年 2 月 16 日，壩頂已向下游位移 23cm ，而最大位 移量在壩中點處達 46cm 。2. 縱向水平位移。一般發(fā)生在壩兩端岸坡壩段部位， 岸坡愈陡，縱向位移愈大，縱向水平位移與沉陷組成的合向 量指向河谷中心

5、。圖 4 反映了縱向位移沿高程的分布規(guī)律， 施工期在填土厚度約 1/2 處位移量最大，竣工后的水平位移 在壩頂處或壩頂下 1/3 壩高處最大，壩底為零。綜上所述，水平位移的一般規(guī)律是各種作用的綜合反 映，其表現(xiàn)形式為：（1）橫向水平位移主要發(fā)生在河谷中部壩的最大斷面 處，而向兩岸逐漸減小。（2）在壩的橫斷面上，低高程的壩坡分別向上下游位 移，壩頂位移方向則視具體條件而定。（3）橫向最大位移量施工期發(fā)生在壩的 1/2 壩高處， 竣工后發(fā)生在壩頂或壩頂以下 1/3 壩高處附近。（4）縱向水平位移主要發(fā)生在岸坡壩段，位移方向指 向河心，位移量自岸坡壩段向河心逐漸減小，至河谷中心為零。岸坡越陡，縱向位

6、移越大。二、土質(zhì)堤壩沉陷觀測資料的定性分析（一）土質(zhì)堤壩沉陷量的分析 對土質(zhì)堤壩，沉陷量的大小往往可以作為衡量填土密 實性和施工質(zhì)量優(yōu)劣的一個主要指標(biāo)。要防止土壩的裂縫， 主要的措施就是設(shè)法減小不均勻沉陷，而若能減小各部位沉 陷量的絕對值，則相對不均勻沉陷也能相應(yīng)減小。因此，沉 陷量也是衡量土壩運行安全的基本指標(biāo)。分析沉陷量可以從 兩方面著手：一是究竟能允許有多大的累計沉陷量而不至于 危及壩的安全；二是竣工初期的沉陷速率應(yīng)在多大的范圍 內(nèi)。由于填土高度的不同，沉陷量的絕對值差異很大，故通 常用相對沉陷率 （即壩的沉陷量占壩高的百分?jǐn)?shù) ）來表示。我國及國外一些已建成土壩的沉陷觀測成果和運行情 況

7、表明，凡是變形小的，竣工后相對沉陷率小于1的壩都沒有產(chǎn)生裂縫，大于 3的壩多數(shù)發(fā)生裂縫，而相對沉陷率 在1 %3%之間的壩，有的出現(xiàn)了裂縫，有的沒有產(chǎn)生裂縫， 要看土料性質(zhì)和其他條件而定。一般土壩在竣工后57年，沉陷基本穩(wěn)定，一般把竣工后相對沉陷率為 3%作為累計過 大沉陷的判斷指標(biāo)。所謂沉陷速率是指一年內(nèi)壩的沉陷量占壩高的百分 數(shù)，它反映沉陷過程的快慢。初蓄期沉陷增長較快，以后沉 陷率很快減小，竣工后 2 3 年內(nèi)如不產(chǎn)生裂縫，以后一般 不會產(chǎn)生裂縫，因此竣工初期的沉陷速率對裂縫的產(chǎn)生影響 很大。據(jù)實測資料統(tǒng)計，竣工后第一年內(nèi)壩頂沉陷量占壩高 的0.1 %0.4%,以后逐年減少，竣工后10年

8、內(nèi)累計沉陷量 約為第一年的24倍。我們可以把竣工后第一年的沉陷速 率作為參考指標(biāo)，若超過此數(shù)值，說明可能“過大沉陷” ， 即說明起碼填土質(zhì)量差，抗裂抗?jié)B性能低，往往有裂縫和滲 漏。綜上所述， 根據(jù)實測資料， 用竣工后相對沉陷率為 3% 和竣工后第一年的沉陷速率為 0.5%作為衡量“過大沉陷” 的參考指標(biāo)，雖然還不能全面反映變形情況，但若沉陷率在 此范圍內(nèi)，則說明壩的碾壓質(zhì)量較好，其抗裂強度也不可能 很低，水平位移也不會很大。若相反，則說明壩的質(zhì)量差， 安全程度低。（二）沉陷，過程的特點 填土在外力作用下，需要經(jīng)過一定時間才能完成壓縮 過程，所以，壩身和壩基的沉陷也要經(jīng)過一段時間才能達到 穩(wěn)定，

9、沉陷達到穩(wěn)定所需的時間與土料性質(zhì)、 排水條件有關(guān)。一般情況下，砂土的壓縮過程很短，一般在施工結(jié)束 后沉陷就達到穩(wěn)定， 而粘性土壓縮性大， 孔隙水排出較困難， 沉陷過程相當(dāng)長。另一方面，土壩在施工期和竣工初期固結(jié) 過程很快，以后由于荷載不再增加，大部分孔隙水已排出， 沉陷將變緩慢， 但是達到沉陷終結(jié)， 則還需要相當(dāng)長的時間。三、混凝土壩水平位移和撓度的基本規(guī)律 根據(jù)實測資料，混凝土壩的水平位移和撓度通常具有 以下變化規(guī)律：1. 水平位移一般受水荷載的影響，上游水位升高時向 下游變形，變形隨水位升高而加大。2. 水平位移與壩體溫度狀況有關(guān)。位于壩頂?shù)臏y點， 一般高溫季節(jié)向上游位移，低溫季節(jié)向下游位移。對許多壩 來說，這種溫度影響比水壓