岳城水库进水塔伸缩缝监测数据分析评价

于江怀，蔡秀峰

（漳卫南运河管理局岳城水库管理局，河北 邯郸 056001）

1 工程简介

岳城水库位于河北省磁县与河南省安阳县交界处，是漳河上一个主要控制工程，控制流域面积18 100 km2，占漳河流域面积的99.4%。水库是一个以防洪、灌溉为主兼顾供水、发电的综合利用工程，总库容13.0 亿m3，工程等别属Ⅰ等大（1）型水库。水库枢纽由拦河坝、溢洪道、泄洪洞、电站及渠首工程等组成。

本次分析进水塔处10 条伸缩缝的开合度变化，10 条伸 缩 缝的编号 分别为211#、212#、213#、214#、221#、222#、老墩1、老墩2、新墩1、新墩2。

2 工程地质概况

工程地处华北地台的山西台背斜与河淮台向斜的过渡地带，地质构造较为复杂，以褶曲为主，并伴随有高角度正断层发育，规模较大；同时，新构造较为发育，对工程有一定的影响。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）以及历次地震烈度复查成果，确定工程区地震反应谱特征周期为0.35 s、地震动峰值加速度为0.15 g，对应的地震基本烈度值为Ⅶ度。

3 伸缩缝监测情况

在伸缩缝附近布置相关测点，使用游标卡尺监测伸缩缝的开合度，数据监测为人工监测，监测资料系列的起止时间为2004—2018 年。每年监测的次数为3～4次，时间不固定，多数集中在每年的3、6、9和11月。伸缩缝开合度监测资料符号规定：张开为正，闭合为负。

4 监测数据分析

4.1 可靠性分析

2004—2018 年，每年监测各伸缩缝开合度值的时间均不相同，在同一年，测量不同伸缩缝开合度值的时间基本相同。伸缩缝每年的监测次数为3～4次，但2010年所有伸缩缝的开合度仅有1个测值，时间为1月27日；2018年伸缩缝的开合度有2个测值，时间为5 月23 日和11 月22 日。从伸缩缝开合度实测过程线可以看出，除214#、221#和222#伸缩缝外，其余伸缩缝的测值均呈平稳、周期性变化，无明显突增和骤降现象。下面对测值存在突增和骤降现象的3条伸缩缝进行说明。

4.1.1 214#伸缩缝

2004—2015 年测值基本在1.90 mm 上下平稳地浮动，无明显突变。但在2015年9月20日—2016年3 月16 日，测值先是向上突增，伸缩缝开合度由2.37 mm突增到38.35 mm，进而又在2016年3月16日—6 月30 日向下骤降，伸缩缝开合度由38.35 mm 骤降到2.36 mm，之后趋于平稳，测值在2.20 mm 上下浮动。查阅当年的上游水位和降雨量，发现在214#伸缩缝发生突跳的时间段内，上游水位和降雨量均没有明显的突增和突减现象。结合214#裂缝所处的位置及附近伸缩缝开合度的变化，认定2016 年3 月16 日测值为数据异常点，本次监测资料特征值分析删除了该点的测值。214#伸缩缝在删除该测点测值前后的实测过程线,如图1—2所示。

图1 删除突跳点前214#伸缩缝开合度实测过程线

图2 删除突跳点后214#伸缩缝开合度实测过程线

4.1.2 221#和222#伸缩缝

221#和222#伸缩缝的开合度实测过程线呈台阶状，如图3—4所示。

由图3 可知，221#伸缩缝在2004—2013 年3 月29 日测值基本在0.26 mm 上下浮动，在2013 年3 月29 日—6 月30 日测值发生骤降，伸缩缝由开合度为0.52 mm 的张开状态变为开合度为-30.47 mm 的闭合状态；此后至2018 年伸缩缝一直呈闭合状态，开合度在-27.80 mm 上下浮动。由图4 可知，222#伸缩缝在2004—2014年9月21日测值基本在0.62 mm上下浮动，在2014年9月21日—2015年4月14日测值发生骤降，伸缩缝由开合度为2.07 mm 的张开状态变为开合度为-20.06 mm 的闭合状态；此后至2018年伸缩缝一直呈闭合状态，开合度在-20.25 mm 上下浮动。

查阅水位和降雨资料发现，在此时间段内水位和降雨无异常变化，因此推测221#和222#伸缩缝监测资料异常，后期需要核查测点的监测情况，并要密切关注221#及222#伸缩缝的后续监测状况。本次监测资料特征值分析删除了这2个测点的测值。

图3 221#伸缩缝开合度实测过程线

图4 222#伸缩缝开合度实测过程线

4.2 变化规律分析

（1）伸缩缝所处的位置会影响其开合度变化特征，211#～214#、221#～222#伸缩缝与老墩和新墩伸缩缝的变化趋势相反。前者开合度到达本年极大值的时刻一般是后者开合度达到极小值的时刻，当前者开合度在某段时间内增加时后者开合度便在此时间段内减小。

（2）温度变化是影响伸缩缝开合度的主要因素，伸缩缝开合度变化具有较明显的年周期性。对于伸缩缝211#～214#、221#～222#而言，温度升高开合度增大，最大值一般发生在夏季6—8 月；温度降低开合度减小，最小值一般发生在冬季12 月—次年的2月。对于老墩和新墩伸缩缝而言，其开合度受温度影响的变化规律与伸缩缝211#～214#、221#～222#相反。

（3）库水位变化对伸缩缝开合度也有一定的影响。对于伸缩缝211#～214#、221#～222#而言，库水位升高开合度减小，库水位降低开合度增加。对于老墩和新墩伸缩缝而言，库水位升高开合度增加，库水位降低开合度减小。

4.3 特征值分析

岳城水库进水塔伸缩缝开合度特征值详见表1，2004—2018 水库进水塔伸缩缝开合度特征值分布如图5—7所示。

表1 进水塔伸缩缝开合度特征值 mm

4.3.1 极值

2004—2018 年，进水塔伸缩缝开合度极大值为2.81 mm（214#伸缩缝，2018年11月22日）～18.86 mm（老墩2伸缩缝，2010 年1 月27 日）变化，开合度极小值在-7.20 mm（新墩2伸缩缝，2004 年6 月29 日）～1.05 mm（214#伸缩缝，2004年3月18日）变化。

图5 进水塔伸缩缝开合度极值分布

4.3.2 年变幅

2004—2018 年，进水塔伸缩缝开合度最大年变幅在1.27 mm（214#伸缩缝，2006 年）～10.16 mm（新墩2伸缩缝，2005年）变化，最小年变幅为0。

图6 进水塔伸缩缝开合度年变幅分布

4.3.3 年均值

2004—2018 年，进水塔伸缩缝开合度最大年均值在1.76 mm（211#伸缩缝，2011 年）～18.86 mm（老墩2伸缩缝，2010 年）变化，最小年均值在-3.88 mm（新墩2伸缩缝，2015 年）～1.43 mm（214#伸缩缝，2004年）变化。

图7 进水塔伸缩缝开合度年均值分布

5 结论和建议

5.1 结论

进水塔伸缩缝开合度张开的最大值为18.86 mm（老墩2伸缩缝，2010 年1 月27 日），闭合的最大值为30.47 mm（221#伸缩缝，2013 年6 月30 日）。受温度影响，伸缩缝开合度呈周期性变化，趋势在张开与闭合之间变化，无持续张开或持续闭合的趋势，符合伸缩缝稳定变化规律。

5.2 建议

建议在近几年增加监测频次，保证监测资料系列的充实与完整。如果条件允许，对监测仪器进行改造，增设自动化监测项目，与当前的人工监测进行对比，进而建立起一套完整的水库监测系统。

为保证监测精度和减小测量误差，应对水平位移基点和水准测量基准点进行定期校核。同时，应改善水准测量路线，使其符合二等水准测量要求。

为及时地发现存在的问题，应对监测资料进行整编、处理和分析，若在监测中发现疑点或异常应及时进行成因分析，必要时需加强异常点处的监测。

水库在运行过程中，其工作状况在不断调整，因此建议3～5 a 以后再对水库进行一次全面的监测资料分析，及时解决水库在运行过程中遇到的其他问题。