緊水灘大壩徑向位移安全監(jiān)控指標擬定

邵廣俊，陳 俊，魏景新

（國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

緊水灘大壩徑向位移安全監(jiān)控指標擬定

邵廣俊，陳 俊，魏景新

（國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

根據(jù)緊水灘大壩原型監(jiān)測資料，以拱冠11壩段為典型壩頂，選取每年上下游方向徑向位移極值作為樣本空間，采用典型小概率法擬定11號壩段壩頂徑位移安全監(jiān)控指標。并結(jié)合2016年的大壩實測值，分析大壩運行狀態(tài)。結(jié)果表明，監(jiān)控指標符合實際，可以為分析判斷大壩運行狀態(tài)提供決策依據(jù)。

小概率法；安全監(jiān)控指標；徑向位移；緊水灘大壩

1 引言

緊水灘大壩在浙江省云和縣境內(nèi)，位于甌江上游大溪支流龍泉溪上。控制流域面積2 761 km2，總庫容13.93億m3。大壩為三心雙曲混凝土拱壩，最大壩高102 m，壩頂高程194 m，壩頂弧長350.6 m，壩頂厚5 m，共分20個壩段。拱壩壩體中布置了5組正、倒垂線監(jiān)測壩體撓度，分別設(shè)置在接近左壩肩的4號壩段、左1/4拱處的7號壩段、拱冠11號壩段、右1/4拱處的13號壩段和接近右壩肩的17號壩段。

目前，大壩運行單位評判大壩的運行性態(tài)，主要是通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，并結(jié)合日常巡視檢查情況，綜合判斷大壩變形是否符合混凝土壩一般變形規(guī)律。但未設(shè)有大壩安全監(jiān)控指標值，缺少大壩安全監(jiān)控運行警戒值，不便對大壩的安全性進行定期評估。

典型小概率法主要適用于有較長時間序列的大壩原型監(jiān)測安全監(jiān)控指標擬定，在實際中也有較多應(yīng)用。緊水灘大壩運行時間較長，大壩原型監(jiān)測資料保存完好，適用典型小概率法。

2 典型小概率法

在已有的大壩原型監(jiān)測資料里，選取不利荷載組合時的監(jiān)測效應(yīng)量Xmi（如大壩的徑向位移），顯然Xmi為隨機變量，每年有一個極值，即一個子樣，由此可得一個樣本空間：

因為樣本數(shù)量有限，通常X為小子樣樣本空間，用下式估計其統(tǒng)計特征值：

圖1樣本空間X正態(tài)分布概率密度圖

令Xm為監(jiān)測效應(yīng)量的安全監(jiān)控指標，大壩將要發(fā)生險情或出現(xiàn)異常時，即可表示為X＞Xm，其概率為

3 緊水灘大壩徑向位移安全監(jiān)控指標擬定

3.1 子樣的選取

影響混凝土拱壩徑向位移的荷載主要為溫度荷載和水壓荷載，溫度升高、水位下降壩體向上游位移，反之壩體向下游位移。緊水灘大壩垂線實測資料顯示，一般在每年的2～3月向下游位移至最大，每年8～9月向上游位移至最大。本次選定拱冠11號壩段為典型壩段進行計算，實測資料選取1992年1月1日～2015年12月31日的壩頂徑向位移數(shù)據(jù)，統(tǒng)計其年內(nèi)極值（見表1）。

表1 11號壩段壩頂徑向位移極值統(tǒng)計表（mm）

3.2 分布檢驗

使用K-S法，對11號壩段壩頂徑向位移上游及下游兩個方向極值分布進行檢驗，可知其位移上游方向每年極值δ1、下游方向每年極值δ2服從正態(tài)分布，即δ～N（）。因此當位移δ大于其極值δm時，其概率為：

3.3 擬定安全監(jiān)控指標

由統(tǒng)計理論知，當α足夠小時，可認定其為小概率事件，此事件如發(fā)生則屬于異常。根據(jù)大壩的重要性確定失事概率α，緊水灘大壩取α=1%進行計算δm。緊水灘大壩建成運行已逾30年，運行期間未出現(xiàn)危及大壩安全的異常情況，原型觀測數(shù)據(jù)均為大壩運行的正常數(shù)據(jù)。從表1中可知，大壩所受荷載不同，年度極值差值較大。從大壩運行實際情況來看，緊水灘大壩在1995年、2010年、2012年遭遇了低溫高水位的典型工況，壩體也相應(yīng)出現(xiàn)較明顯的變形，年度極值有參考價值。為使擬定的安全監(jiān)控指標具有代表性，在表1中按數(shù)值從大到小選取12個數(shù)應(yīng)用小概率法進行計算（見表2）。

表2 11號壩段壩頂徑向位移極值篩選統(tǒng)計表（mm）

經(jīng)K-S法檢驗，上表中數(shù)據(jù)分布為正態(tài)分布。

確定δm值時，可轉(zhuǎn)化為下式計算：

可知，t分布為標準正態(tài)分布，即 t～N（0，1）。當α=1%，1-α=0.99。查標準正態(tài)分布表，知：

f（2.32）=0.9898 f（2.33）=0.9901

經(jīng)插值計算，可得tm=2.3267。將tm代入計算，求得δm。可得11號壩段壩頂徑向位移監(jiān)控指標（α=1%），上游方向為 21.369 mm，下游方向為27.195 mm。計算結(jié)果見表3。

表3 11號壩段壩頂徑向位移監(jiān)控指標（mm）

4 確定大壩運行狀態(tài)

對照擬定的安全監(jiān)控指標，分析2016年大壩安全監(jiān)測資料情況。11壩段壩頂徑向位移過程線見圖2。（注：緊水灘大壩以上游方向為正，由于設(shè)計原因，方向符號與規(guī)范符號相反）

圖2 2016年11號壩段壩頂徑向位移過程線

2016年緊水灘大壩所遭受的水位、溫度等荷載未超歷史最不利情況時的荷載。從圖中可知，2016年11號壩段壩頂徑向位移實測值向上游位移極值為14.329 mm，向下游位移極值為16.146 mm，均小于安全監(jiān)控指標，大壩性態(tài)正常。工程實際運行中日常巡查及年度詳查也未見異常情況。

5 結(jié)語

緊水灘大壩有較長系列的大壩原型監(jiān)測數(shù)據(jù)，大壩安全監(jiān)控指標采用典型小概率法確定是可行的。但在實際應(yīng)用時，因年際大壩所受荷載相差較大，年度極值相應(yīng)差值較大，長系列數(shù)據(jù)選用時，要優(yōu)先選用那些發(fā)生典型荷載年份的數(shù)據(jù)，以免在擬定安全監(jiān)控指標時出現(xiàn)指標值偏小或失真的情況。1992年～2015年間，緊水灘大壩運行時雖未經(jīng)受設(shè)計水位工況的檢驗，但大壩也經(jīng)受了建庫以來最大入庫流量、最高庫水位、低溫高水位等典型工況的考驗，大壩運行性態(tài)正常，擬定的監(jiān)控指標能夠符合實際，可以滿足實際使用需求。

下一步，典型小概率法還可逐步應(yīng)用到地下水、垂直位移等其他監(jiān)測項目的安全監(jiān)控指標擬定中，可以為大壩安全分析提供更加量化的決策依據(jù)。同時，隨著資料系列的延續(xù)，還需根據(jù)大壩的實際運行情況，動態(tài)修訂原有擬定的大壩安全監(jiān)控指標，并定期評價大壩安全狀態(tài)，確保大壩運行正常。

[1]吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]李曉晨，張毅，董龍根，等.典型小概率法在大壩徑向位移安全監(jiān)控指標擬定中的應(yīng)用[J].三峽大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，36（3）：43-45.

[3]馮甲林，方朝陽.飛來峽大壩壩頂水平位移安全監(jiān)控指標擬定[J].人民黃河，2012，34（7）：130-131.

TV642

A

1672-5387（2017）11-0053-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.020

2017-08-30

邵廣俊（1979-），男，高級工程師，從事水電廠水工技術(shù)監(jiān)督管理工作。