靳瑋濤 補忠琴
作者簡介:靳瑋濤(1983-),男,陜西西安人,高級工程師,研究方向為水工結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測與控制。
摘 要: 本文對寶興河銅頭水電站監(jiān)測預(yù)警值進(jìn)行了分析研究,對類似工程具有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞: 銅頭水電站;安全監(jiān)測;預(yù)警值;回歸分析
【中圖分類號】U214.7+5 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.37.132
1 概述
四川華能銅頭水電站為青衣江支流寶興河梯級開發(fā)最后一級,距離雅安市45km,距離蘆山縣9km。由混凝土雙曲拱壩、泄洪隧洞、引水建筑物和廠房等建筑物組成,總庫容2250m3,裝機8萬kw。壩體體形采用等截面三心圓弧雙曲拱壩加拱端墊座體型方案。其基礎(chǔ)處理高程686.5m,起拱高程694.0m,壩頂高程761.5m,最大壩高75m(其中墊座高6.5m),壩頂厚3.50m,壩底厚15.30m,墊座寬22.50m。頂拱中心角94.60°,最大中心角95.72°,最小中心角70.02°,對稱布置。
銅頭拱壩是國內(nèi)著名的軟基上修建的薄拱壩,全面總結(jié)拱壩運行規(guī)律,確定拱壩當(dāng)前工作性態(tài),對大壩安全運行、提高軟基上拱壩筑壩水平具有重要意義。
2 重點監(jiān)測區(qū)域及監(jiān)測預(yù)警值分析
重點對壩體外部變形觀測資料(C01-C16的X橫河向、Y順河向、Z垂直向)進(jìn)行多元回歸分析,對每個觀測點的三個觀測方向均建立了回歸模型。回歸自變量選用水位、等效溫度以及時效分量等,回歸效果評價用復(fù)相關(guān)系數(shù)表示,預(yù)警值分析采用含有觀測量標(biāo)準(zhǔn)差的置信區(qū)間估計法,回歸結(jié)果給出了各模型的自變量的系數(shù)、復(fù)相關(guān)系數(shù)以及觀測值標(biāo)準(zhǔn)差,用于評價回歸效果和進(jìn)行預(yù)警值預(yù)測。、
2.1 銅頭拱壩外部變形觀測資料回歸分析
2.1.1 壩體位移測值統(tǒng)計分析
通過分析,對于拱壩來說,其位移主要由三方面因素造成:水壓變化、溫度變化、時效。水壓位移變化分量分別與水位變化H的1~4(或5)次方成線性關(guān)系,即:δH=∑biHi。溫度位移變化分量與溫度變化Ti呈線性關(guān)系,即δT=∑ciTi。時效位移變化分量的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)很多工程經(jīng)驗選用對數(shù)函數(shù)模型:δθ=d1θ+d2lnθ。(bi、ci、di均為系數(shù))
式中:
a1、a2……a13——為回歸模型各自變量的系數(shù);
T720、T730、T740、T750、β720、β730、β740、β750——為720、730、740、750高程的等效平均溫度和等效溫度梯度。
t——為時間,每100天增加1.0。
H——為壩上游水深。
2.1.2 位移觀測點C01-C16Y向(順河向)測值變化回歸分析
壩體各高程位移測點Y向測值分析。
(1)C01Y、C10Y、C16Y、C5Y、C9Y(靠近壩底、壩肩)數(shù)據(jù)較分散,回歸效果較差。但基本上可看出所在處位移受壩體溫度變化影響較大。
(2)其它壩體各點回歸效果較好,其所在處位移表現(xiàn)出與溫度變化很強的相關(guān)性。
(3)由于水位變化不大,其所引起的位移量變化很小,時效所引起的位移變化也趨于收斂。位移的變化主要受壩體溫度變化的影響,壩體夏季溫升時向上游移動,冬季溫降時向下游移動。與實際規(guī)律相符。
(4)壩體順河向位移的變化規(guī)律是拱冠附近最大(4~9mm),至兩岸拱端逐漸減小(1~1.5mm)。位移的變幅隨高程增加而增加,(從C01的4.5mm到C13、C14的9mm)。拱冠梁至壩肩的位移變化規(guī)律性逐漸減弱,從與溫度很強的相關(guān)性到無明顯的變化規(guī)律。
2.1.3 位移觀測點C01-C16Z向(垂直向)測值變化回歸分析
壩體各高程位移測點Z向測值分析。
(1)C01-C05(壩體下半部分)回歸效果較差。所在處Z向位移變化受時效、壩體溫度變化影響均較大。
(2)C06-C16(壩體上半部分,除C07外)回歸效果很好,其所在處Z向位移主要與溫度變化相關(guān),時效、水位的影響很小。
(3)大壩運行期壩體位移點普遍處于沉陷狀態(tài),沉陷量在1~4mm之間,同時位移點隨溫度做周期變化(特別對于壩體上部的測點),年波動幅度在1.5~4.5mm之間。夏季溫升時壩體膨脹向上發(fā)展,冬季溫降時壩體收縮沉陷。
2.1.4 位移觀測點C01-C16X向(橫河向)測值變化回歸分析
壩體各高程位移測點X向測值分析。
(1)C06、C11、C12、C14、C15、C16(靠近或位于壩頂)回歸效果較好。所在處X向位移變化主要受壩體溫度變化影響。
(2)其它壩體、壩肩各點回歸效果較差,但基本上可看出其所在處X向位移與溫度變化有一定的相關(guān)性。
(3)水位、時效所引起的位移變化很小(均為0.5mm左右)。
(4)壩體橫河向位移普遍較小(1~3mm)。壩頂拱冠梁附近稍大(3~5mm)
2.2 主要結(jié)論
本文主要依據(jù)銅頭拱壩的水位、溫度觀測資料,結(jié)合時效影響,對壩體位移測值進(jìn)行多元回歸計算和分析,得出各觀測項的回歸模型和預(yù)警值區(qū)間,并根據(jù)回歸結(jié)果,對測值變化規(guī)律進(jìn)行了分析,得出壩體運行狀態(tài)與水位、溫度、時效變化的關(guān)系。
(1)銅頭拱壩壩體16個位移測點測值變化總的回歸結(jié)果是Y向(順河向)和Z向(垂直向)效果較好,X向(橫河向)效果較差。測點高程越高,越接近拱冠梁,位移的變化越有規(guī)律,回歸結(jié)果越好。壩體位移測點測值變化無論在哪個方向上,都與壩體溫度的變化有很強的相關(guān)性。夏季溫升時壩體向上游移動,且膨脹向上發(fā)展,冬季溫降時向下游移動,且向下收縮沉陷。順河向位移的變幅拱冠附近最大(4~9mm),至兩岸拱端逐漸減?。?~1.5mm),且隨高程增加而增加(從715高程C01的4.5mm到761.5高程C13、C14的9mm)。垂直向位移年波動幅度在1.5~4.5mm之間,主要隨溫度做周期變化(特別對于壩體上部的測點)。由于拱壩上游水位的變幅很小,壩體位移變化的水位分量很小,由于位移量普遍較小,故可認(rèn)為壩肩岸坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。
(2)從各高程位移觀測點測值變化可以看出,761.5、750高程拱冠梁附近位移變化較大,兩岸壩肩處較小;735高程處C2、C3、C4測值變化幅度較接近,即拱冠梁、壩肩位移均較大。
(3)由于壩體沿不同高程的位移分布規(guī)律性不強,735高程以下拱冠梁和壩肩位移變化數(shù)值接近,對拱壩受力不利,因此以后的重點監(jiān)測區(qū)域除拱冠梁測點外,還應(yīng)注意壩肩和低高程處的位移測點,尤其應(yīng)注意735高程以下拱冠梁和壩肩處的位移變化值是否接近。
(4)優(yōu)化參數(shù)計算位移相對于設(shè)計參數(shù)計算位移:拱冠最大順河向位移均有所減?。p小值分別為1.8mm);左右拱端最大順河向位移均有所減小(左拱端減小值分別為0.5mm,右拱端增減小值0.3mm)。右拱端在壩頂附近位移稍有增加,這與實際觀測位移相符。優(yōu)化參數(shù)計算位移相對于設(shè)計參數(shù)計算位移左拱端橫河向位移均有所減小;右拱端位移在壩頂處稍有增加,這與實際觀測位移相符。橫河向位移整體趨勢是大壩整體左岸偏移。拱端順河向位移較大,在720高程,拱端位移和拱冠梁位移已基本相當(dāng)。優(yōu)化參數(shù)對順河向位移擬合較好,對橫河向位移較差。
(5)對銅頭位移測點測值變化均進(jìn)行全面的回歸分析,其回歸方程即為監(jiān)測值預(yù)警值的基礎(chǔ)。銅頭拱壩壩體16個位移測點測值變化總的回歸結(jié)果是Y向(順河向)和Z向(垂直向)效果較好,X向(橫河向)效果較差。測點高程越高,越接近拱冠梁,位移的變化越有規(guī)律,回歸結(jié)果越好。壩體位移測點測值變化無論在哪個方向上,都與壩體溫度的變化有很強的相關(guān)性。由于拱壩上游水位的變幅很小,壩體位移變化的水位分量很小,位移的時效分量較小。
結(jié)束語:在強調(diào)水電站全壽命周期安全管理的今天,安全監(jiān)測作為大壩安全管理的重要組成部分,其重要性日益凸顯。監(jiān)測資料整編分析是大壩安全監(jiān)測工作的最后一環(huán),是評價大壩安全狀況的重要技術(shù)資料。在保證監(jiān)測儀器埋設(shè)埋設(shè)質(zhì)量和及時觀測的基礎(chǔ)上,還應(yīng)加強監(jiān)測資料整編和分析,加強監(jiān)測預(yù)警值的分析研究,使安全監(jiān)測真正發(fā)揮工程“耳目”的作用。
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