汤河水库坝体水平位移与库水位关系分析

朱化平

(辽宁省汤河水库管理局，辽宁 辽阳 111000)



汤河水库坝体水平位移与库水位关系分析

朱化平

(辽宁省汤河水库管理局，辽宁 辽阳 111000)

汤河水库是一座以防洪、城市和工业供水、农业灌溉为主，结合发电、养鱼等综合利用的大(2)型水利枢纽工程。主要的枢纽建筑物有大坝、泄洪洞、溢洪道、发电厂。大坝为黏土斜墙砂壳坝。坝体水平位移是反映坝体运行情况的重要指标。通过对汤河水库多年的水平位移观测资料进行分析，结果表明，大坝坝体水平位移与库水位相关性较好，变化规律符合黏土斜墙坝运行一般规律，坝体运行状态正常。

汤河水库；水平位移；数据分析；黏土斜墙坝

1 工程概况

汤河水库是一座以防洪、城市和工业供水、农业灌溉为主，结合发电、养鱼等综合利用的大(2)型水利枢纽工程。主要的枢纽建筑物有大坝、泄洪洞、溢洪道、发电厂。大坝为黏土斜墙砂壳坝。为监测坝体在水库蓄水运行过程中可能发生的变形稳定情况，分别在防浪墙布设8个标点，即C1-C8；在坝体下游坡面分别于桩号0+100、0+220、0+340坝段布置3个观测断面，共计9个标点，即B1-B9，用以监测坝体的变形情况，详见图1。

图1 汤河水库大坝变形监测布置图

2 影响坝体水平位移的因素分析

汤河水库坝体为黏土斜墙砂壳坝，自1970年开始观测以来，每年观测坝体水平位移两次，汛前汛后各一次。通过多年的观测资料来看，坝体顺水流方向水平位移随着库水位的升降变化而变化，库水位降低压力减小，坝体向上游运动；库水位升高压力增大，坝体向下游运动。在建坝初期，坝体在顺水流方向水平位移呈周期变化，坝体具有“弹性”，说明坝体密实均匀。坝体沿水流方向水平位移的振幅减小，说明坝体结构趋于稳定，坝体与基础及两岸山体的连体内力增强且趋于稳定[1]。

坝体建成蓄水运行后，坝体自身的沉降与固结，水的荷载，温度变化等因素都能影响坝体的水平位移。

2.1 沉降和固结对坝体水平位移的影响

土体在荷载作用下，孔隙水缓慢渗出，体积逐渐压缩，土体中有效应力逐渐增大，超静孔隙水压力逐步消散直至完全消失，这一过程称为固结。固结过程中，孔隙水压力消散，导致土体被压缩产生沉降。

汤河水库坝体由砂砾料和黏土填筑，坡面垒砌块石护坡。建坝初期，由于坝体砂砾料和黏土自身的固结和沉降，坝体水平位移量及垂直位移量均较大，通过整理历史观测资料发现，位移量逐年减小，说明坝体内部填筑材料逐渐密实，内部结构逐渐趋于稳定，坝体自身的沉降和固结对坝体水平位移的影响越来越小。

2.2 水的荷载和温度对坝体水平位移的影响

坝体建成竣工后，蓄水运行，坝体在水压力的作用下，产生沿水流方向的水平位移。受库水位及温度的影响，坝体向上游或向下游移动。通过查阅历史观测资料，库水位升高，水压力增大，坝体向下游移动。反之，库水位降低，水压力减小，坝体向上游移动。

同时由于黏土斜墙的防渗系数较大，水流渗过黏土斜墙，在坝体内形成浸润线，因此坝体各部位受库水位影响也不相同。为了进一步研究库水位与坝体各部位水平位移的关系，选取2014年10月至2015年10月的观测数据进行详细分析。

2014年10月至2015年10月，水平位移观测成果表1、表2。

表1 水平位移观测成果

表2 2015年5月—2015年10月观测成果

通过以上表格数据发现，坝体防浪墙上变形观测点C1-C8点均呈向上游移动趋势；坝体背水坡各观测点均呈向下游移动趋势。

通过查阅库水位资料，发现自2014年初起，至2015年10月水平位移观测时，库水位一直呈持续下降趋势。当库水位下降时，坝体上游水压力减小，导致上游坝坡产生被动土压力，防浪墙各观测点径向水平位移小幅度回弹，各观测点均向上游移动。坝体背水坡各观测点由于受坝体基础的约束作用，且由于黏土斜墙的防渗作用，背水坡各点受库水位下降的影响较小，坝坡整体受力仍向下游移动。

3 结 语

1)汤河水库坝体竣工蓄水初期，受坝体填筑材料以及坝基地质构造的影响，坝体产生了较大的水平位移变形，且为不可逆变形。之后，随着时间的推移坝体位移逐渐减小，逐步进入弹性变化状态，说明坝体构造逐渐趋于稳定。

2)汤河水库坝体防浪墙各观测点沿水流方向的水平位移受库水位影响较大。通过多年的观测资料发现，防浪墙各点沿水流方向的水平位移随库水位的变化呈明显的周期性变化，库水位升高，防浪墙各点向下游移动；库水位下降，防浪墙各点向上游回弹。水平位移与库水位正相关，同时，持续高水位作用时间越长，防浪墙各点沿水流方向的水平位移量越大。

3)汤河水库坝体背水坡各观测点沿水流方向的水平位移同样受库水位影响。坝体蓄水运行后，库水位升降呈周期性变化，降至低点时仍高于坝体浸润线，坝体背水坡各观测点始终受库水位的水压力，缓慢向下游移动。

4)通过汤河水库多年观测资料可得，大坝整体呈向下游缓慢移动的趋势，且位移量很小，符合坝体运行规律，坝体结构稳定，运行正常。

[1]闵四海.二滩拱坝运行期坝体水平位移分析[J].四川水利发电，2014，33(4)：94-101.

1007-7596(2017)03-0033-03

2017-02-24

朱化平(1981-)，男，辽宁营口人，工程师，从事水利工程管理工作。

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