土石壩變形觀測資料分析

水利行業(yè)工種培訓(xùn)包——水工監(jiān)測工土石壩變形觀測資料分析

主講人：佟欣遼寧水利職業(yè)學(xué)院2014.0912目錄3一、土石壩變形的原因及其規(guī)律沉陷變化過程的主要影響因素是“時間”除此之外，土石壩的沉陷變化還收運用過程中一下因素的影響水庫水位因素。由于沉陷與孔隙體積的變化和含水量有關(guān)，當(dāng)蓄水之后，水從上游通過壩身、壩基向下游滲透，這就改變了土體在自重作用下產(chǎn)生壓縮的條件，因而影響土壩的沉陷，表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）由于水庫蓄水，滲透水不斷通過浸潤線以下的土體，土中孔隙的水被擠出的數(shù)量相對減小，擠出的速度變慢，因而土石壩蓄水后的總沉陷量將比其在自重壓力下的壓縮量減小。（一）土石壩沉陷的原因及影響因素（2）庫水位的變化將使壩的沉陷量發(fā)生相應(yīng)的變化。庫水位的升降相當(dāng)于土體經(jīng)受相同荷載重復(fù)的加荷、卸荷作用，隨著每一次庫水位升降循環(huán)，壩體必然出現(xiàn)彈性變形和殘余變形（永久性變形）。（3）施工荷載的影響。施工荷載引起的附加沉陷量，是由于維修等原因在壩上進行某些施工，如在壩身鉆孔（特別是循環(huán)水鉆孔）、壩體灌漿、加高壩時的施工碾壓或某些機械振動，都可能使壩體沉陷量突增。（一）土石壩沉陷的原因及影響因素（1）沉陷的平面分布規(guī)律

一座已建土壩，在壩基各處地質(zhì)條件相同時，其表面測點的累計沉陷量在平面上一般可以連成以河谷段為中心的閉合等值線圖。位于河谷中心最大斷面處的沉陷量最大，說明土石壩沉陷量主要取決于可壓縮土層的厚度和上覆荷載的大小此外在岸坡陡峻的地段等值線較密，這反映把體育岸坡毗鄰處應(yīng)變的劇烈變化。（二）沉陷的一般規(guī)律性（2）沉陷沿高程的分布土石壩沉陷量沿高程的分布在施工期和竣工后有著不同的特點：1）施工期沉陷量沿高程的分布。2）竣工后沉陷量沿高程的分布。（二）沉陷的一般規(guī)律性（3）多種土質(zhì)壩的沉陷特點由于多種土質(zhì)壩各分區(qū)土料沉陷隨時間變化各不相同，決定了多種土質(zhì)壩必然存在不均勻沉陷的特點。因此，不均勻沉陷是多種土質(zhì)壩的一個特點，也是沉陷觀測資料分析中特別要注意的一個問題。（二）沉陷的一般規(guī)律性（1）橫向水平位移的原因1）壩身自重壓縮引起的側(cè)向膨脹。其作用相當(dāng)于圖7-7所示的一個頂部自由、底部受約束的一個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，其側(cè)向變形為零，而側(cè)向變形量以離頂部1/2~1/3壩高處最大。（三）水平位移的原因及一般規(guī)律性2）承受水何在引起的水平位移。有相當(dāng)一部分壩，由于受上游面的水荷載的作用，壩的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，其示意圖如圖7-8所示。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，在長期高庫水位下壩體受水平水壓力的作用，壩頂逐漸產(chǎn)生向下游側(cè)的位移。（三）水平位移的原因及一般規(guī)律性（2）縱向水平位移的原因縱向水平位移主要是由于岸坡土柱高度不等而產(chǎn)生的不均勻沉陷所引起的。如果把岸坡作為一個斜面，沿壩軸方向截取單寛壩體，則壩體可視為斜面上的物體，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）水平位移的原因及一般規(guī)律性上述的水平位移中由壩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，所以壩的某觀測點沉陷量與橫向水平量有近似的線性關(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。（三）水平位移的原因及一般規(guī)律性（3）水平位移的一般規(guī)律1）橫向水平位移。在一般情況下，壩的上游壩破向上游位移，下游壩坡向下游位移。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?？v向水平位移與沉陷組合的合向量指向河谷中心。（三）水平位移的原因及一般規(guī)律性二、土石壩沉陷量及沉陷過程線的分析土石壩壩頂沉陷量的大小，往往可以作為填土密實性和施工質(zhì)量優(yōu)劣的一個主要指標，要防止壩的裂縫，主要措施是設(shè)法減少不均勻沉降，而各部位沉降量絕對值小，相對不均勻沉陷也就相應(yīng)的減小。因此，沉陷量也是衡量壩安全運行基本指標。分析沉陷量可以從兩部分著手：一是究竟能容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)。亦即探討可能造成危害土石壩安全的“過大沉陷”的參考指標。由于填土的高度不同，沉陷量絕對值大小的差異很大，通常用相對沉陷率表示，即壩的沉陷量與拔高的比率。(一)土石壩沉陷量的分析（1）沉陷過程的特點填土在外力作用下，需要經(jīng)過一定時間后才能完成壓縮過程。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，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)。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。粘性土壓縮性大，孔隙水排出較困難，沉陷過程相當(dāng)長。飽和粘性土料的壓縮過程可分為滲透固結(jié)和次固結(jié)兩部分，由孔隙水?dāng)D出的速度決定的固結(jié)過程叫滲透固結(jié)，由土料骨架蠕變速度決定的過程叫次固結(jié)。（二）土石壩沉陷過程的分析2.沉陷過程線的建立和選擇根據(jù)沉陷過程的特點，可選擇下列四種基本曲線建立經(jīng)驗公式：（1）對數(shù)曲線

（2）雙曲線

（3）冪函數(shù)曲線（4）指數(shù)函數(shù)曲線（二）土石壩沉陷過程的分析通過已有的沉陷觀測資料，能否對今后的沉陷過程作出預(yù)報呢？如果獲得的數(shù)據(jù)是連續(xù)的，所建立的經(jīng)驗公式是附和壩的變形規(guī)律的，水庫在運行中又沒有引起沉陷突變的其他因素的影響的話，預(yù)報一定時段的沉陷是可以的，用一些實測資料進行了驗證，其成果列于表中。（三）沉陷過程的預(yù)報三、沉陷與水平位移的相關(guān)分析壩身自重引起的橫向水平位移與沉陷存在近似的線性關(guān)系，因此可以用一元線性回歸分析建立其近似函數(shù)關(guān)系式。(一)經(jīng)驗公式的建立由于大壩位移觀測比沉陷觀測困難，因此某