Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｉｓｉｏｎ 建筑与工程 科技视界 ２０１２年９月第２６期 闸坝扬压力监测分析数学模型及工程应用 高文学 （四川华电木里河水电开发有限公司 Ｉ￣）１１ 西昌６１ ５０００） 【摘要】在对影响混凝土闸坝扬压力的主要因素进行分析基础上，建立了闸坝扬压力监测资料分析的数学统计模型，分析 了某实际工程闸坝的实测扬压力变化规律，为评价大坝运行性态提供了依据。 【关键词】闸坝；扬压力；监测；数学模型 Ｏ引言 ｙ ２［日下（ ）】＝６Ｉ［Ｈ下Ｉ—Ｈ下（ｔｏ）］＋６２【日下５一日下（ｔｏ）］ 扬压力监测是闸坝安全监测的重要项目之一，影响扬压 ＋６３［圩下ｌ０一日下（￡ｏ）】＋６４［Ｈ￣ｚｏ－Ｈ下（ ）】 （３） 力大小的因素有上、下游水位、帷幕的工作状态、排水系统及 式中， ，ｂｉ——待定回归系数。 库内泥沙淤积对基岩裂隙的堵塞、降雨及渗透作用等，而温 （２）温度分量 度则通过影响基岩裂隙张开度而间接影响扬压力大小。这些 扬压力与温度变化并无直接关系，但由于温度变化会引 影响因素除有周期性变化规律以外，还受随机性因素的影 起基岩裂隙张开度的改变而间接影响扬压力的测值，一般情 响．且大坝扬压力监测亦存在观测误差。因此，本文通过建立 况下温度因素对扬压力测值的影响较小，特别是对于处在水 扬压力分析数学模型来反映上述因素对大坝扬压力的影响， 位较深处的扬压力测点，测值影响更是如此，因此，本文按温 并从中找出规律。从而对大坝扬压力状态作出预估和监控。 度周期变化特点考虑其对扬压力测值的影响，并构造如下分 １数学模型构建 量函数： Ｙ ３［ （￡）】＝ｃ１ ｓｉｎＧ＋ｃ２ ｃｏｓＧ＋ｃ３ ｓｉｎ‘Ｇ＋ｃ４ ｃｏｓＧｓｉｎＧ （４） 影响坝基扬压力大小的因素有上、下游水位、帷幕的工 作状态、排水系统及库内泥沙淤积对基岩裂隙的堵塞、降雨 式中，Ｇ＝ ｝；ｔｉ为观测时刻距初始时刻的天数；Ｃｉ为待 及渗透作用等。因此在统计分析中，模型的因子初选是极为 定回归系数。 复杂的。通常可按以下形式构造扬压力分析数学模型： （３）时效分量 Ｙ （￡）＝ｙ 。【日上（ ）】＋ｌ， ２ 下（￡）】＋ｙ ，【 （ｔ）】 泥沙的淤积情况是越靠近坝踵、颗粒越细小．这是由于 ＋ｙ 【 （￡）】＋Ｃ （１） 水流速度由库尾至坝前逐渐减慢的缘故。随着泥沙的不断淤 式中，】， （ｆ）——扬压力监测值在时间ｔ的统计估计值； 积，使坝基附近的上游面铺盖层逐年增厚，影响坝基渗流场， Ｙ ，［Ⅳ （￡）］——扬压力的上游水压分量； 这种作用实际上与时间有关，因此，分析中采用如下的模式 ｙ （￡）卜—一扬压力的下游水压分量； 考虑其时效分量： Ｙｗ３［ （ ）卜—一扬压力的温度分量； Ｙｇ／４ （￡）】＝ｄ 击 吐１“击 （５） ｙ （ ）］——扬压力的时效分量； 式中，ｔｌ为观测时刻距初始时刻的天数； 为待定回归系 —＿｛寺定常数项。 数。 （１）库水位分量 根据坝基扬压力实际测值数据系列进行回归分析。可获 根据理论和实测资料分析可知，坝基各测压管的测值随 得其相应的模型参数。 该点到上游面的距离不同而滞后的时间也不尽不同．因此水 位因子的选择中可加人观测日水位、前５天的平均水位 、 ２模型的工程应用 前１０天的平均水位口 。以及前２Ｏ天平均水位日：。等作为初 ２．１工程概况 选因子进行分析处理，如此则有扬压力水位分量函数： 某混凝土闸坝位于大渡河右岸一支流上，坝顶高程 ｙ ［ ｒ上（ ）］＝０ 上ｌ—日上（ｔｏ）】＋ ［日上５－Ｈ上（ ）】 １６７９．００ｍ，最大坝高３５．５０ｍ，坝顶长１８１．５ｍ，从左至右依次布置 【 。。一 （ｔｏ）］ 【 ２０一日 （ 。）】 （２） 有８个挡水坝段、３孔泄洪闸、１孔冲砂排污闸和右岸侧向发电 作者简介：高文学（１９７３一），男，湖北荆门人，本科毕业于三峡大学，现在四川华电木里河水电开发有限公司卡基娃建设分公司工作，工程师。 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＶＩＳＩＯＮ科技视界Ｉ ３２１ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｉｓｉｏｎ ２０１２年９月第２６期 科技视界 建筑与工程 取水闸；坝前正常蓄水位为１６７８．０ｍ，死水位为１６６￣Ｏｍ，总库容 而与上游水位相关密切。 、 １６２．１万ｍ 。电站总装机１３２ＭＷ，年发电量６．９１亿ｋＷ・ｈ。 为监测防渗帷幕的防渗效果和闸基的扬压力，分别在排 污、冲砂、泄洪及挡水坝段各设有一个扬压力观测断面，共有 （２）由扬压力实测值和回归分析结果可知。扬压力的变 化呈现较好的规律性，并趋于收敛。ＵＰ３、ＵＰ７测值中个别点 出现有较大的跳动，主要是测点靠近冲砂闸受冲库的影响。 运行中的冲库时间分别为：２００２年５月２３日。２００２年１０月 ５日，２００３年５月５日，２００３年７月５日，２００４年１０月１日。 ｌ６个测压管。除ＵＰ２、ＵＰ３、ＵＰ６、ＵＰ７、ＵＰＩ５、ＵＰ１６埋设在坝 体内，引至坝顶外，其余测压管均引至基础灌浆廊道内，基本 上每个坝段都有一个测点。所有测压管均采用￣６３ｍｍ镀锌 铁管深入建基面一下１ｍ。灌浆廊道内测压管采用压力表测 量。引至坝顶的测压管采用ＤＧＫ一１ １０型电测水位计测量。 对该混凝土闸坝进行渗流分析时，时效分量的初始时刻 取２００２年１月１日，Ｈ（ｔ ）取建基面高程１６４３．５ｍ。 ２．２扬压力分析 几次冲库都引起扬压力的突然增大，表明冲库对扬压力的影 响比较明显。 ３结论 本文对混凝土闸坝坝基扬压力建立了适当的观测资料 分析数学模型，某混凝土闸坝扬压力原型观测资料的数学模 型分析表明，该工程坝基扬压力与下游水位、温度和时效的 关系很小，而与上游水位相关密切，冲库对扬压力的影响比 在所埋设的１６个测压管中，ＵＰ２（１６６８．００ｍ高程）已堵 塞；ＵＰ１６被埋，因而这两个测压管无法观测。由于采用压力 表测扬压力，一些测孔的水位没有达到压力表高程．无法测 量其值，只有ＵＰ５、ＵＰ８、ＵＰ９、ＵＰ３、ＵＰ６、ＵＰ７、ＵＰ１５七个测点 的监测值，故本文只对这些测点进行了分析。 根据扬压力监测分析模型（式１ 式５），对２００２—２００５年 系列资料进行了回归分析，在７个测点的扬压力回归方程 较明显。实际工程应用验证了本文模型的适用性。ｅ 【参考文献】 ［１］刘子方．堤坝非稳定渗流观测资料分析方法［Ｊ】．岩土工程学报， ２Ｏ１１，１１． 中，引至坝顶的ＵＰ５、ＵＰ８、ＵＰ９三个测点的复相关系数Ｒ全 部小于０．５．廊道内的ＵＰ３、ＵＰ６、ＵＰ７、ＵＰ１５四个测点的复相 ［２］任慧丽．某水库大坝渗流观测资料对比分析及成果Ⅲ．内蒙古水 利，２００９，５：１２—１３． 关系数Ｒ大于０．７的有３个，小于０．７的有１个，回归效果总 体较好。从回归结果可以得到以下认识： （１）测孔扬压力值与下游水位、温度和时效的关系很小， ［３］郑晓红，李东升．温度因子对混凝土坝渗流监测模型影响的对比研 究［Ｊ］．中国农村水利水电，２０１０，９：７７—７９． ［责任编辑：王洪泽】 （上接第２８３页）对封闭，不渗进低压腔，另一种结构的受油 节容积的一个因数。在实际安装过程中，由于高位油箱的调节 容积小于总进油量，在机组调试过程其正常运行过程中，轮毂 高位油箱就会出现溢油现象。溢油现象还与高位油箱的溢油 器是高压油经浮动瓦间隙渗进低压腔，两种结构的受油器在 功能上没有区别。轮毂高位油箱的功能是向转轮体提供稳定 的恒压油及作为调速器漏油箱和回油箱之间的中间油箱，要 求其具有足够的容积，满足系统的正常运行。不同结构的受 管是否溢油顺畅有关，当机组轮毂高位油箱布置远离自身机 组．设计布置较长水平管线，使回油过程出现气堵现象，减缓 油器及不同操作结构的转轮，在确定轮毂高位油箱调节容积 时考虑的因素不同，在确定油箱的调节容积，其大小应容纳 几个地方的总进油量。 了管内回油的流速，降低了高位油箱的排油能力，占用了高位 油箱的调节容积，出现油箱顶部溢油现象。解决此现象的办法 是在油管截面足够正常排油的前提下，在管路的水平段与垂 直段的弯头顶部加装排气阀，消除气塞现象，使管内排油时形 成的带压气体能够尽早排出管内，加快油的流速。 ６．２．１轮毂高位油箱作为调速系统回油箱和漏油箱之间的 中间油箱。当漏油箱油位过高时，需要向高位油箱输送，漏油 箱起泵油位到停泵油位之间的容积，是决定轮毂高位油箱调 节容积大小的一个参数。 ７调试及试运行 湘祁水电站机组静态调试过程中先将调速系统、润滑油 ６．２．２机组调节时．操作油压高于恒压油压力，受油器浮动瓦 的渗漏油向高位油箱集中在桨叶设计开、关机时间内，一个全 行程受油器浮动瓦向高位油箱注油的体积也是确定轮毂高位 油箱调节容积大小的一个因数。桨叶动作时，由于活塞（活塞 缸１移动引起活塞杆在转轮低压腔内体积的变化引起腔内压 系统、高压油顶起系统、轮毂恒压油系统、冷却系统、励磁系 统、监控及保护系统全部调试完成后，再进行动态调整对系 统进行再次整定。经过仔细调整，机组各部位振动、瓦温正 常，２０１１年１２月１５日首台机组顺利并网发电。ｅ ［责任编辑：王洪泽］ 力超过恒压油压力，使转轮体内油体向高位油箱集中，活塞一 个全行程转轮低压腔容积的变化量也是决定轮毂高位油箱调 ３２２ Ｉｌ 科技视界ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＶＩＳＩＯＮ