江西江口水电站大坝变形监测资料分析

吴忠明，朱锦杰

（1.浙江华东工程安全技术有限公司，浙江杭州310014；2.国家电力监管委员会大坝安全监察中心，浙江杭州310014）

1 工程概况

江西江口水电站是一座以发电为主，兼有防洪、灌溉、供水、水产养殖、旅游等综合利用的工程。枢纽建筑物由大坝、进水闸、发电引水系统、左岸溢洪道、右岸溢洪道及八座副坝组成。电站设计装机容量4×8.8 MW。水库控制流域面积3 900 km2，原设计正常蓄水位 72.00 m，校核洪水位76.00 m，总库容8.9亿m3，为一座大（2）型水库。

大坝为碾压式均质土坝，全长467 m，坝顶高程78.37 m，坝顶宽度10.5 m，最大坝高33.37 m，防浪墙高0.6 m。上游坝坡为三级坡，在65.0 m和69.4 m高程分别设有1.5 m和1.0 m宽的马道，自上往下的三级坡坡度分别为1∶2.5、1∶3.0和1∶3.5。下游坝坡采用两级坡，坡度均为1∶3.0，在66.5 m高程处设有4.2 m宽的马道。大坝河床段54.0 m高程以下为顶宽2 m、坡度1∶1.5的排水棱体，46.0 m高程设有宽度为17～27 m的水平反滤。坝基岩层为泥质千枚岩，对建筑物有影响的断层主要有f36、f37和f56等三条。

工程于1958年8月1日开工兴建，1959年9月大坝拦洪蓄水，1961年各主体工程基本建成，1964年9月25日首台机组并网发电，1981年4月机组全部发电。工程自建成投运以来，由于设计标准几经变动，工程留有较多尾工和存在施工质量问题，虽经几次续建和补强加固处理，仍存在较多隐患。为确保工程安全运行，1987～1990年对工程进行了全面的补强加固处理。

2 变形测点布置

大坝共布置4条观测线来监测大坝水平和垂直位移，分别位于平行于坝轴线上游28.5 m（上游排）、上游6.55 m（坝顶排）、下游27.0 m（下游一排）及38.0 m（下游二排）处。每条观测线均布置6个测点，各测点按观测线＋测点断面桩号进行编号，见图1。水平位移测点位于观测墩顶部，垂直位移测点位于观测墩底部。上游排和下游一、二排测线分别于1974～1975年陆续投入正式使用，坝顶排测线于1998年投入正式使用，每季度观测1次。监测量的正负号规定：水平位移：向下游为正，向上游为负；垂直位移：下沉为正，上抬为负。

3 监测资料分析

3.1 水平位移

3.1.1 特征值分析

图1 大坝变形测点布置图Fig.1 Distribution of dam deformation monitoring points

（1）截至2011年4月，大坝向上游最大水平位移为20.3 mm（1＋146测点），向下游最大水平位移为79.2 mm（4＋386测点）。

（2）上游排、坝顶排、下游一排和二排各测点近三年平均变化速率分别在-0.23～0.50 mm/y、-0.77～1.27 mm/y、-0.60～1.57 mm/y 和-0.17～1.13 mm/y 之间。

3.1.2 过程线分析

典型测点的水平位移测值过程线如图2所示。

图2 典型测点水平位移过程线Fig.2 Graphs of the dam horizontal displacement measured by typical monitoring points

（1）在坝体自重、碾压及固结作用下，土体侧向压力导致土坝上游排各测点略向上游方向位移；下游一排和下游二排各测点向下游方向位移；运行期间，在上游水压力作用下，上游有的测点维持稳定状态，有的趋向下游位移，但量不大。坝顶各测点水平位移数值变化不大，在-10～10 mm之间变化，表明坝顶水平位移在向上游方向和向下游方向之间摆动。大坝坝体表面不同部位的水平位移符合土石坝的一般变化规律。

（2）除坝顶各测点的水平位移表现出一定的、不规则的周期性变化外，其余3条观测线上的测点，水平位移均无明显的周期性变化。气候变化对土坝水平位移有一定影响，但影响不大。

（3）水平位移存在较大时效位移，下游一排和下游二排的3＋266、3＋326、3＋386、4＋326、4+386测点的水平位移有向下游方向增大的趋势，2005年后已趋于稳定，见图3。其它测点的水平位移基本稳定。

3.1.3 空间分布分析

以2011年4月测值作水平位移分布图，如图4所示。由图可知：上游排的测点表现为向上游位移，最大位移为17.5 mm；坝顶各测点于1998年进行改造，重新取初值，位移量值较小，表现为两岸测点向上游位移，河床部位测点略向下游位移；下游一排、二排测点均表现为向下游位移，由于主河道位于右侧，大坝右侧沉降大，由沉降引起的水平位移右岸测点明显大于左岸测点，最大向下游位移为79.2 mm（4+386测点）。

图4 水平位移分布图Fig.4 Horizontal displacement distribution map

3.2 垂直位移

3.2.1 特征值分析

（1）截至2011年4月，大坝最大垂直位移为117.0 mm（3＋386测点）。

（2）上游排、坝顶排、下游一排和二排各测点近三年平均沉降速率分别在 0～0.56 mm/y、0.67～1.56 mm/y、0.11～1.33 mm/y和0.11～1.00 mm/y之间。

（3）大坝于1958年8月开工兴建，1959年9月大坝拦洪蓄水，1961年各主体工程基本建成。1987～1990年，对大坝进行了全面的补强加固处理，此时，大坝垂直位移已完成大半部分。上游排和下游一、二排各测点于1974～1975年陆续投入正式使用，故实测位移反映的是运行期的位移。实测最大垂直位移为117.0 mm，为坝高的0.35%；2002年1月～2011年4月累计最大沉降量为14.0 mm，与坝高比值不到0.05%；近三年的最大年平均沉降速率为1.67 mm。表明大坝经过近50 a运行，垂直位移虽仍有下沉的趋势，但已稳定。

3.2.2 过程线分析

（1）上游排各测点的垂直位移表现出一定的年周期性变化，年最大下沉量基本出现在低温季节，年最小下沉量基本出现在高温季节。

（2）坝顶各测点均表现出下沉趋势性变化，但下沉速率较小。

（3）下游一排和二排大部分测点的垂直位移变化较小，基本稳定，但3+266、3+326、3+386、4+326、4+386测点表现出明显的下沉趋势性变化，见图5，目前这些测点的下沉速率在逐年减小。

图5 部分测点垂直位移过程线Fig.5 Graphs of the dam vertical displacement measured by part monitoring points

3.2.3 空间分布分析

以2011年4月测值作垂直位移分布图，如图6所示。由图可知：上游排和坝顶排的沉降较小，由于主河道位于右侧，坝体沉降右岸略大于左岸，最大沉降量为37.2 mm（1+386测点）。下游一排、二排沉降分布规律一致，右岸测点的沉降量明显大于左岸测点，最大沉降量为117.0 mm（3+386测点）。

图6 垂直位移分布图Fig.6 Vertical displacement distribution map

3.3 回归分析

影响土坝坝体位移除内在因素外，主要受外在荷载或环境量影响，归结为水位、气温、降雨量变化及土坝固结的时效。为了进一步弄清这些因素对坝体位移的影响程度，掌握不可逆位移的变化趋势，尚需对部分测点建立数学模型，采用统计模型法进行定量分析。

根据统计回归模型，对3+386、4+386典型测点进行逐步回归计算，计算中取显著性水平α=0.05，回归计算精度成果见表1。由表1可知，各回归方程精度较高，复相关系数在 0.95～0.99，标准差在1.16～2.23 m之间，统计量F值大于临界F*值（等于4左右）。

表1 典型测点的回归计算精度成果表Table 1 :Regression calculation results of typical monitoring points

水位、气温和降雨分量对大坝水平和垂直位移影响不显著。

时效分量是影响大坝水平和垂直位移的主要因素。

（1）近三年，3+386、4+386测点的水平时效位移发展速率分别为0.95 mm/y、1.04 mm/y，变化速率较小，水平时效位移基本已趋稳定。

（2）3+386、4+386测点在各时段（1990～1995年、1996～2000年、2001～2005年、2006～2010年期间）的垂直时效位移量（下沉总量）及下沉速率见表2。由表可知，3+386测点的下沉速率由2.47 mm/y减小为 1.68 mm/y，4+386 测点的下沉速率由 1.98 mm/y减小为1.34 mm/y，表明3+386、4+386测点的下沉趋势明显减缓，随着时间的推移各测点下沉量逐年减小，并趋于稳定。

4 结语

（1）运行期间，在上游水压力作用下，上游坝坡有的测点维持稳定状态，有的趋向下游位移，但量不大。下游坝坡测点向下游位移，坝顶测点水平位移变化不大，在-10～10 mm之间变化。各测点的垂直位移均呈下沉变化，随时间增长有所增加，但速率逐渐减小。坝体不同部位的水平和垂直位移符合土石坝的一般变化规律。

表2 典型测点的垂直时效位移量和下沉速率Table 2 :Time-effect and rate of vertical displacement of typical monitoring points

（2）时效分量是影响大坝水平和垂直位移的主要因素。随着时间的推移，时效位移变化速率逐渐减小，各测点的时效位移趋于收敛，大坝变形趋于稳定。

（3）大坝实测水平、垂直位移数值在合理范围内，无异常突变，位移分布合理。目前大坝处于正常工作状态，工程安全运行。

[1]DL/T5259-2010,土石坝安全监测技术规范[S].

[2]吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用[M].北京:高等教育出版社,2003.