水库上游坝坡沉陷位移点的安装与作用
来源:四川葛南仪器有限公司
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作者:四川葛南仪器 13990288886
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发布时间: 2019-11-01
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对土质堤坝，沉陷量的大小往往可以作为衡量填土密实性和施工质量优劣的一个主要指标。要防止土坝的裂缝，主要的措施就是设法减小不均匀沉陷，而若能减小各部位沉陷量的绝对值，则相对不均匀沉陷也能相应减小。因此，沉陷量也是衡量土坝运行安全的基本指标。分析沉陷量可以从两方面着手：一是究竟能允许有多大的累计沉陷量而不至于危及坝的安全；二是竣工初期的沉陷速率应在多大的范围内。由于填土高度的不同，沉陷量的绝对值差异很大，故通常用相对沉陷率(即坝的沉陷量占坝高的百分数)来表示。
一、土质堤坝水平位移观测资料的定性分析
（一）产生横向水平位移的原因
一般情况下，产生横向水平位移的原因可概括为两个方面：
1. 坝身自重压缩引起的侧向膨胀，其作用相当于如图1所示的一个顶部自由、底部受约束的弹性体受到竖直荷载作用下产生侧向变形的情况。由于坝底受基础的约束，侧向变形为零；而侧向变形最大通常在离坝顶1/2～1/3坝高处。
2. 承受水荷载引起的水平位移。有相当一部分坝，由于受上游坝面上水荷载的作用，坝上游面及坝基面受力后产生向上游转动的弹性挠曲，这种作用尤其在水库首次蓄水时较为明显，其作用有如悬臂梁的受力，见图2。但此种变形往往在水库水位降落后又逐渐恢复原状；此后，在长期高水位下坝体受水平压力的作用，坝顶逐渐产生向下游偏侧的位移。
（二）产生纵向水平位移的原因
纵向水平位移主要是由于岸坡土柱高度不等而产生的不均匀沉陷所产生的。由于河谷的横断面形状通常为V形或U形，故可将坝体视为斜面上的物体，由自重产生一个平行斜面指向河谷的分力，此分力使坝体产生指向河谷的纵向位移。
（三）水平位移的一般规律
1. 横向水平位移。一般情况下，坝的上游坡向上游位移，下游坝坡向下游位移。对于坝顶，由于受库水位的影响比较强烈，相当一部分坝在蓄水初期坝顶向上游位移，随着蓄水时间的推移，坝顶逐渐向下游位移。
基线在竣工后蓄水以前的位移起始位置。6月15日蓄水，6月23日坝顶已向上游位移14cm，而心墙下部1/3仍然未动，随着厍水位上升，心墙便向下游位移，最大变形发生在下部三分点处，而坝顶位移极小，直至8月24日，坝顶净位移仍向上游，在库水位大致不变的情况下，心墙的挠曲也随时间的推移而增长。2月，坝顶又回到原位，而心墙中部的1/3却已向下游位移达26cm之多，2月16日，坝顶已向下游位移23cm，而最大位移量在坝中点处达46cm。
2. 纵向水平位移。一般发生在坝两端岸坡坝段部位，岸坡愈陡，纵向位移愈大，纵向水平位移与沉陷组成的合向量指向河谷中心。图4反映了纵向位移沿高程的分布规律，施工期在填土厚度约1/2处位移量最大，竣工后的水平位移在坝顶处或坝顶下1/3坝高处最大，坝底为零。
综上所述，水平位移的一般规律是各种作用的综合反映，其表现形式为：
（1）横向水平位移主要发生在河谷中部坝的最大断面处，而向两岸逐渐减小。
（2）在坝的横断面上，低高程的坝坡分别向上下游位移，坝顶位移方向则视具体条件而定。
（3）横向最大位移量施工期发生在坝的1/2坝高处，竣工后发生在坝顶或坝顶以下1/3坝高处附近。
（4）纵向水平位移主要发生在岸坡坝段，位移方向指向河心，位移量自岸坡坝段向河心逐渐减小，至河谷中心为零。岸坡越陡，纵向位移越大。
二、土质堤坝沉陷观测资料的定性分析
（一）土质堤坝沉陷量的分析
对土质堤坝，沉陷量的大小往往可以作为衡量填土密实性和施工质量优劣的一个主要指标。要防止土坝的裂缝，主要的措施就是设法减小不均匀沉陷，而若能减小各部位沉陷量的绝对值，则相对不均匀沉陷也能相应减小。因此，沉陷量也是衡量土坝运行安全的基本指标。分析沉陷量可以从两方面着手：一是究竟能允许有多大的累计沉陷量而不至于危及坝的安全；二是竣工初期的沉陷速率应在多大的范围内。由于填土高度的不同，沉陷量的绝对值差异很大，故通常用相对沉陷率(即坝的沉陷量占坝高的百分数)来表示。
我国及国外一些已建成土坝的沉陷观测成果和运行情况表明，凡是变形小的，竣工后相对沉陷率小于1％的坝都没有产生裂缝，大于3％的坝多数发生裂缝，而相对沉陷率在1％～3％之间的坝，有的出现了裂缝，有的没有产生裂缝，要看土料性质和其他条件而定。一般土坝在竣工后5～7年，沉陷基本稳定，一般把竣工后相对沉陷率为3％作为累计过大沉陷的判断指标。
所谓沉陷速率是指一年内坝的沉陷量占坝高的百分数，它反映沉陷过程的快慢。初蓄期沉陷增长较快，以后沉陷率很快减小，竣工后2～3年内如不产生裂缝，以后一般不会产生裂缝，因此竣工初期的沉陷速率对裂缝的产生影响很大。据实测资料统计，竣工后第一年内坝顶沉陷量占坝高的0.1％～0.4％，以后逐年减少，竣工后10年内累计沉陷量约为第一年的2～4倍。我们可以把竣工后第一年的沉陷速率作为参考指标，若超过此数值，说明可能“过大沉陷”，即说明起码填土质量差，抗裂抗渗性能低，往往有裂缝和渗漏。
综上所述，根据实测资料，用竣工后相对沉陷率为3％和竣工后第一年的沉陷速率为0.5％作为衡量“过大沉陷”的参考指标，虽然还不能全面反映变形情况，但若沉陷率在此范围内，则说明坝的碾压质量较好，其抗裂强度也不可能很低，水平位移也不会很大。若相反，则说明坝的质量差，安全程度低。
（二）沉陷，过程的特点
填土在外力作用下，需要经过一定时间才能完成压缩过程，所以，坝身和坝基的沉陷也要经过一段时间才能达到稳定，沉陷达到稳定所需的时间与土料性质、排水条件有关。
一般情况下，砂土的压缩过程很短，一般在施工结束后沉陷就达到稳定，而粘性土压缩性大，孔隙水排出较困难，沉陷过程相当长。另一方面，土坝在施工期和竣工初期固结过程很快，以后由于荷载不再增加，大部分孔隙水已排出，沉陷将变缓慢，但是达到沉陷终结，则还需要相当长的时间。
三、混凝土坝水平位移和挠度的基本规律
根据实测资料，混凝土坝的水平位移和挠度通常具有以下变化规律：
1. 水平位移一般受水荷载的影响，上游水位升高时向下游变形，变形随水位升高而加大。
2. 水平位移与坝体温度状况有关。位于坝顶的测点，一般高温季节向上游位移，低温季节向下游位移。对许多坝来说，这种温度影响比水压力影响更大一些，因此，虽然夏季水库水位高，但坝顶总的位移仍是向上游方向。图5所示丹江口大坝永久测点的水平位移就属于这种情况。
由于气温对坝体温度的影响有一个传播的过程，且愈向坝体深处影响幅度愈小，因此受温度影响的位移变化滞后于气温变化，且深部测点的温度位移年变幅比外部的要小。
