水闸水平位移监测数学模型及应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 水闸水平位移监测数学模型及应用 【摘 要】建立了包含水位、温 度和时效分量的水闸水平位移监测数学 模型。对某水闸闸顶水平位移监测数据 进行了分析，研究表明闸顶水平位移主 要受气温影响，即随气温呈规律性明显 的年周期变化，气温降低时测点向下游 变位，气温升高时向上游变位。闸顶水 平位移的变化幅度基本在 5mm 以内， 各测点向下游最大位移为 6.03mm，向 上游最大位移为-5.18mm。监测数学模 型表明，闸顶水平位移主要受水位的二 次方、观测日前 60 天平均气温和时效 因子的影响。总体来看，闸顶水平位移 的变化比较稳定，量值较小，变幅及年 变化率也较小，各测点无持续向下游或 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 向上游变位的趋势。 中国论文网 /8/view-12936547.htm 【关键词】水闸；位移；监测； 数学模型 中图分类号： TV698.11 文献标 识码： A 文章编号： 2095- 2457（2018）04-0151-002 0 引言 建立监测值（称为效应值）和各 影响因素（称为原因量）之间的数学模 型是监测资料定量分析的重要手段，常 用的监测资料分析数学模型是统计回归 模型。水闸在自重、静水压力、淤沙压 力和温度等荷载作用下将产生水平位移， 静水压力和温度一般呈周期变化，其对 混凝土结构外部变形的影响也呈周期性 变化1-2 。混凝土建筑物表层温度随气 温呈周期性变化，但滞后于气温变化。 而在自重、材料老化等内外因素长期作 用下建筑物和地基产生的压缩、剪切等 变形则表现为随时间推移而逐渐增长的 不可逆变形，亦称为时效变形。水位、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 气温除有周期性变化规律而外，还受随 机性因素的影响，且水闸变形观测及环 境因子监测客观上亦存在观测误差。因 此，建立水闸水平位移监测数学模型需 要合理反映上述因素的影响规律，才能 对水闸的水平位移进行准确的预测，为 建筑物安全监控提供参考。 1 水平位移监测数学模型 水闸水平位移主要受水位、温度 及时效变形等因素影响，因此，建立水 闸水平位移的监测数学模型如下： Y（t）=FH（t）+FT（t） +FQ（t ）+C（1） 式中，Y（t）水闸水平位移 测值在时间 t 的估计值； FH（t）水平位移的水位分 量； FT （t ）水平位移的温度分 量； FQ（t）水平位移的时效分 量； C常数项。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 （1）水位分量 根据力学分析，水位分量可按如 下函数形式构造： FH（t）=aHi （t） -H（t0） （2） 式中，Hi（t）水平位移观测 日的平均水位； H（t0）基准水位，可以取 首次观测时的平均水位，也可取坝底高 程； ai待定系数。 （2）温度分量 考虑建筑物温度变化相对于气温 变化的滞后特性，同时考虑建筑物内部 温度分布的非线性，按如下函数形式构 造温度分量： FT （t ）=biTi+bi+6Ti2（3） 式中，Ti 不同时段的平均气 温，i 代表滞后的月份，如 i=1 表示一 个月前的气温； bi 待定系数。 （3）时效分量 水平位移的时效分量具有初期较 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 大、后期渐小的特点，因此，时效分量 取如下函数形式： FQ（t）=c1+c2ln（4） 式中，ti观测时刻距初始时 刻的天数； c1、c2待定系数。 2 工程应用 某水电站位于四川岷江上游，采 用低水闸引水发电，由首部枢纽、引水 系统和厂房枢纽等建筑物组成。电站装 机容量 100MW，属三等中型工程。其 挡水、泄洪、引水及发电等永久性主要 建筑物为 3 级，次要建筑物为 4 级。水 库总库容 103 万 m3，正常蓄水位 1043.00m，设计洪水位 1043.60m，校 核洪水位 1046.67m。首部枢纽从左到右 主要由取水口、拦河闸、挡水坝等建筑 物组成。拦河闸宽 176m，顺河长 28m，最大闸高 24m，设有 5 孔泄洪冲 沙闸，闸室净宽 12m14m。闸基覆盖 层最大深度 35m，基础防渗采用混凝土 铺盖加防渗墙。该工程采用视准线法进 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 行闸顶水平位移监测，共布置 12 个测 点，编号为 SP1SP12 。本文分析采用 的测值序列时段为 2010 年 1 月2016 年 12 月，测值精度和可靠性较好。水 平位移测值以向下游为正，向上游为负。 测点 SP1、SP2、SP3 、SP6、SP10、SP11 和 SP12 的水平位移在 2010 年2016 年期 间一直呈比较稳定的周期性波动，SP1 和 SP12 测点水平位移的变化范围大致 为 05mm，SP2 测点大致为- 22mm，SP3 测点大致为- 2.52.5mm，SP6 测点大致为- 50mm，SP10 测点大致为- 14mm，SP11 测点大致为-32mm。 测点 SP4 和 SP5 的水平位移在 2010 年2013 年期间大致在-50mm 范围 内波动，2014 年2016 年期间分别在 03mm 和-12mm 范围内波动。2010 年2013 年期间，测点 SP7 的水平位 移大致在-2.52.5mm 范围内波动，测 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 点 SP8 和 SP9 的水平位移大致在 05mm 范围内波动，2014 年2016 年期间，三个测点的水平位移大致在- 50mm 范围内波动。各测点向下游最 大位移为 6.03mm（测点 SP3，2014 年 5 月 13 日） ，向上游最大位移为- 5.18mm（测点 SP10，2015 年 10 月 14 日） 。闸顶水平位移主要受气温影响， 即随气温呈规律性明显的年周期变化， 气温降低时测点向下游变位，气温升高 时向上游变位。各测点水平位移的极大 值基本发生在低温月份，极小值基本发 生在高温月份。相对于低温月份，各测 点在高温月份基本都向上游变位。闸顶 水平位移沿坝轴线的分布不均匀，相邻 闸室的水平位移最大相差 6.28mm，同 一闸室的水平位移最大相差 6.53mm。2010 年2014 年期间，水平 位移沿坝轴线的分布形态基本相似，最 大水平位移位于 3#闸室，2014 年以后 水平位移分布形态发生变化，最大水平 位移位于 2#闸室。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 根据公式（1）公式（4）表达 的水平位移监测数学模型，对 2010 年2016 年的闸顶水平位移测值序列进 行了统计回归分析。各测点回归方程的 相关系数在 0.50.9 之间，剩余标准差 在 0.60mm1.40mm 之间。从水位、温 度和时效分量的系数来看，闸顶水平位 移主要受水位的二次方、观测日前 60 天平均气温和时效因子的影响。通过回 归模型剔除水压和温度引起的弹性变形 后，目前测点 SP1SP12 水平位移的年 变化率分别为 0.11mm/年、0.07mm/年、 0.33mm/年、0.81mm/年、0.60mm/年、 0.53mm/年、-1.22mm/年、-1.53mm/年、 -1.42mm/年、-0.55mm/年、0.03mm/年、 -0.29mm/年。该水闸水平位移测值的变 化总体比较稳定，量值较小，变幅及年 变化率也较小，各测点无持续向下游或 向上游变位的趋势。 3 结论 闸顶水平位移主要受气温影响， 即随气温呈规律性明显的年周期变化， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 气温降低时测点向下游变位，气温升高 时向上游变位。闸顶水平位移的变化幅 度基本在 5mm 以内，各测点向下游最 大位移为 6.03mm，向上游最大位移为- 5.18m