土坝变形观测研究

杨 树

(昌吉回族自治州呼图壁河流域管理处，新疆 呼图壁 831200)

土坝变形观测研究

杨 树

(昌吉回族自治州呼图壁河流域管理处，新疆 呼图壁 831200)

为确保大坝在施工、运行和使用中的安全，同时也是为大坝的设计、施工、管理和研究提供科学可靠的资料，针对土坝施工及运营中必须要对其进行观测，该种观测被称为是土坝的变形监测。土坝变形观测主要内容是：垂直位移的观测、水平位移的观测、裂缝观测和渗透观测。

土坝变形观测；水平位移；垂直位移；渗透；裂缝

1 垂直位移

土坝的垂直位移观测也叫沉降观测，其主要是采用水准测量法，按照一定的周期对沉降的观测点和水准基点高度差展开观察、测量。

水准基点是沉降观测基准，因此水准基点布设要满足下面的几个要求：必须要十分稳定，水准基点要设在沉降影响不到的范围内，最好是设置在基岩上，在冰冻区域，水准基点最好埋设在低于冻土线0.5m的位置[1]。为了保障水准基点有着正确的高程，最好是布置3个以上的水准基点，这样对测量结果的核对就变得很方便。水准基点和观测点距离适中，若是距离过远将会导致观测精度降低，设置范围通常是100m以内。

设置沉降观测，在观测土坝的沉降变化中也要设置相应的观测点，沉降观测点的布置要满足：测点位置必须设置于可以全面反映土坝沉降，最好是设置在大坝高处、坝基地质、坝底地形会出现比较大变化处。

在设置沉降观测点时，要将个点设置均匀分布，而且观测点的最佳布置是沿着坝轴方向，自大坝高处向两边设置，两点间隔距离通常是40-80m[2]。

观测周期，土坝竣工后，一般测量频率是1个月1次，若是沉降的速度减缓，则可以延长至2-3个月观测1次，指导沉降稳定以后停止。这一依据日历计划观察变形的情况是正常系统观测。除此之外，有的时候还有紧急观测，通常是在出现紧急情况的前后均实行。

观测过程中要后视水准基点，按照前视各沉降观测点，最终再一次观测后视水准基点，两次的视读数变化是±1mm[3]。

观测沉降工作具有长期性及连续性的特点，为保证测量结果正确，下面4个方面必须是固定的，其中有观测人员、水准仪和水准尺、水准基点、实测路线和测站。

在结束每1次的观测后，对数据的记录和计算准确性展开确认，保证具有合格的精度，之后对高差闭合差进行调整，将各沉降的观测点高程实现计算得出，将其记录在沉降观测表。

各沉降观测点本次沉降量计算法为：本次沉降量=观测高程-上次测量高程。

累计的沉降量：累计沉降量=本次沉降量+上次累计沉降量[5]。

将计算得到的沉降观测点、该次沉降量、时间、荷载等录入沉降观测表。

纵轴为沉降量s，时间t是横轴，构建直角坐标系。以每次累计沉降量当成纵坐标，横坐标位观测日期，标记沉降观测点具体地理位置；用曲线连接各个标记处的点，并且在曲线一端标出沉降点的观测号，绘制出时间沉降量关系曲线。

2 观测水平位移

依据控制点的大坝平面位置伴随时间移动方向和程度展开测量，以上过程被称为位移观测。位移观测中要在大坝周围设置测量控制点，随后在大坝上设置位移观测点，其中主要包含了2个位移观测法：①基准线法；②角度前方交会[6]。

基准线测量法主要是依据通过大坝轴线河水和大坝轴线平行的铅直平面当成基准平面，从而将水平位移测量得出。

准线法误差主要是照准方面的误差。为降低仪器和站牌等安置过程中出现的误差，在对墩顶面观测中通常会埋设固定强制性对中设备[7]。

使用精密经纬仪测量基准线以及置镜点到观测点视线夹角，依靠公式计算出偏离值。偏离值计算方法：

L=a/p×s，对距离s精度方面，一般采用1/2000精度丈量边长是满足精度要求的，只需要对边长进行一次丈量就可以，然后在各周期内进行观测，该值被认为是不会发生改变的；观察小a精度。

小角度测量中，每1次每半测回测量内必须要观测到每1个方向，都要在瞄准目标后于测微器下读数，随后通过瞄准目标后读第2个读数。如此每半测回内每个方向都需要2次照准，进而提升小角微测精度[8]。

3 裂 缝

土坝裂缝可以按照具体情况，观测全部的或是较为重要的裂缝；或者是选择比较典型的裂缝来观测。对分裂缝宽度>5mm，或者缝的宽度<5mm，但是长度比较长的裂缝，弧形裂缝和明显的垂直错缝等都要实行观测[9]。

观测的次数主要依据具体情况来定，一般裂缝刚开始出现时要每天观测1次，若是裂缝由于继续发展和库水位波动大，要适当增加观测次数，暴雨后要增加1次；裂缝发展缓慢后逐渐减少观测次数。对于必须长时间进行观测的裂缝，则需要考虑保持同土坝位移观测次数的相同。

4 分析变形监测的具体措施

4.1 柴水河水库大坝外部监测资料

柴河水库在辽河左侧中游的柴河支流上面，该水库具有灌溉、防洪、发电等多种功能，是综合性大型水利枢纽工程。主要组成部分为：土坝、输水道、水电站等，总库容量为6.36亿m3，洪水水位112.00m。该大坝主要采用黏土薄芯墙砂壳坝型，坝顶高117.30m，最大坝高42.3m，长度982m，上游坝坡坡度1∶2.5和1∶3.0，下游坝坡坡度1∶2.25,1∶2.25和1∶2.5。

柴河水库从1976年建设完成以后立即开始实行观测，大坝外部的变形观测主要内容有沉降观测和水平位移观测。大坝变形观测具体是沿坝轴线方向，共设6个观测断面，每一断面两端都要设置1个观测点，一共16个，另外还要设置4个校核点，每个断面由于存在长度差异，观测标点的数量设置是不同的，沉陷和水平位移观测标点均在统一基座上，同时使用1个点号，共62个位移标点。

4.2 大坝沉降量

按照实际测量的资料数据折线统计图，见图1-2，该大坝的年最大沉降量值一般出现于河谷中部，最小值在两岸坝体较低的位置。沉降量主要体现于中部和两端较小的趋势，这一现象符合土石坝的基本变形规律。

图1 三断面相对沉降量

图2 三断面相对沉降量过程线

库水位会影响沉降量，库水位影响坝体沉降量主要体现于随库水位升高而增大。分析五断面1989年的资料，断面在本年度的5月沉陷量最大见图3和图4进行对比分析得知，主要是该年的4月份水位达到最高点。针对每1个柴水库大坝的测点断面都展开对比分析，可知，沉陷量最大值基本上会出现于库水位最高点，水位的变化并不明显的时候，沉陷量的变化通常都会逐渐的趋向于稳定。

图3 五断面沉降量过程线

图4 1989年库水位过程线

时效对沉降量的影响是很明显的，其影响要比水位影响大很多。伴随大坝继续运行，沉降量整体上升趋势，但上升幅度逐渐放缓平缓。观察图5，出现上述情况的主要原因是遭受土体固结的影响，土体内颗粒骨架在不断的荷载下发生了蠕变，进而出现了这一中土坝结构逐渐稳定，不断收敛的规律。

图5 三断面沉陷量的过程线

对沉降量疑点展开分析，历史数据资料中，4-3断面位移的变化曲线要显著高于其他断面通过分析可知，其水位变化规律是很正常的，随后综合分析大坝的情况，4-3断面的沉降量很可能是因为该处岩石的透水性较强，大坝建设过程中，处理不够妥当，在大坝的运营中出现了渗流，伴随着时间的延续，坝体出现了向下的唯一，并且沉陷量也逐渐在增加。

5 总 结

综上，文章具体对大坝的变形过程、影响因素、变形的幅度及规律都做出了详细的分析，此外还阐述了变形值与相关影响因素之间的联系，同时找出了两者之间的函数关系式，进而实现对大坝的工作状态做出科学的观测和评判。在积累了大量的数据以后，对大坝变形的内在因素和规律展开分析，提出修正设计理论，同时针对使用的经验数据做出修正。

[1]刘战江,张立刚.基于土坝的变形观测[J].黑龙江水利科技,2011(03):100-101.

[2]任广,王连卿.柴河水库大坝运行状况的观测与分析[J].吉林水利,2007(06):32-34.

[3]邹离湘,明海燕.地震强度对UpperSanFernando土坝流动变形的影响[J].河海大学学报(自然科学版),2003(03):285-290.

[4]赵中原.基于ARMA混合回归模型的土坝变形分析[J].水电能源科学,2009(03):74-76.

[5]白永年.第三讲:用土坝坝体劈裂灌浆技术代替混凝土防渗墙[J].中国水利,2009(14):60-64.

[6]陈海文,黄盛彬.澄碧河水库土坝坝顶不均匀沉陷与安全运行分析[J].大坝与安全,2009(03):15-19，22.

[7]黄明,蔡卫华.大广坝变形监测系统的改造与完善[J].大坝观测与土工测试,1997(02):21-23.

[8]李克绵,马洪亮,彭立斌,等.通过串接土体位移计监测哈达山均质土坝的沉降[J].大坝与安全,2013(01):13-16.

[9]陈继光,吕学昌.土坝观测数据的模糊人工神经网络分析[J].水利学报,2000(01):19-22.

ObservationandStudyonEarthDamDeformation

YANG Shu

(Hutubi River Watershed Management Department，Hutubi 831200，China)

In order to ensure the safety of dam construction，operation and usage，at the same time，to supply reliable information for the design，construction，management and research of earth dam，the earth dam construction and operation have to be observed，this kind of observation is called the observation of earth dam deformation. The main contents of earth dam observation include the observation of vertical displacement，observation of horizontal displacement，fissure observation and infiltration observation.

observation on earth dam deformation；horizontal displacement；critical displacement；infiltration；fissure

1007-7596(2017)10-0013-04

TV698.11

B

2017-09-22

杨树(1967-)，女，河南尉氏人，助理工程师，研究方向为水利管理和水利工程施工。