调水调沙期间小浪底水库稳定性分析

调水调沙期间小浪底水库稳定性分析

在沙子的处理和沙子的调节之间，小浪底水库的水位急剧上升，为水库的使用为研究水库变形提供了机遇。笔者通过研究坝体顺水流方向水平位移和垂直位移,探讨土石坝在库水位急剧升降过程中变形的一般规律。1坝体变形观测分析从2003年8月下旬开始,受华西秋雨的影响,小浪底水库水位快速上升,至10月15日上升到最高蓄水位265.48m,其后库水位持续在高水位运行,直至11月16日下降到259.62m,库水位持续在260m以上的时间达42d。到该年底,库水位为257.81m,年内库水位变幅为47.5m,日最大变幅为1.68m。上游坝坡在库水位快速上升期,向下游的水平位移明显加快,且坡体上部变形大于下部变形,说明上部土体经水位分量作用后固结加速且侧向膨胀。以小浪底水库上游坝坡B-B断面点为例,上游260号、283号视准线8月下旬至年底的变化量分别为93mm和124mm,占全年变化量的78.2%和71.7%。2004年年初库水位为257.62m,随后缓慢上升,4月4日上升至最高库水位261.99m,此后库水位开始缓慢下降。6月15日开始调水调沙后库水位急速下降,8月30日下降至全年最低库水位218.63m。此后受汛期影响,库水位缓慢上升,到年底上升至251.08m。年内库水位变幅为43.36m,日最大变幅为1.47m。调水调沙期间库水位快速下降,上游坝坡各监测点水平位移向上游回弹。以B—B断面点为例,2004年9月上旬水位降至最低时,水平位移达到年内最大回弹。上游坝坡各点位移变化受库水位变化影响明显。回弹是水压力减小后,土体固结密实的坝体保持惯性的表现。2005年上游坝坡各点水平位移与库水位变化关系(选取B—B断面点为例)见图1。由图1及观测成果可知,大坝上部监测点水平位移变化量要大于下部测点,位于主河床区的测点位移量较大。2005年6月下旬至7月中旬调水调沙期间,库水位快速下降,上游坝坡各测点发生朝向上游的水平位移,年内向上游最大位移量在25mm左右(与2004年相近)。2005年9月下旬库水位缓慢上升,位移变化逐步朝向下游。大坝上游坡顺水流方向水平位移与库水位有很好的相关性。2坝坡水平位移2003年下游坝坡向下游水平位移,受库水位升高的影响,下游283号、250号、220号、155号视准线年内水平位移月均变化量与2002年相比有所增大,如B—B断面2002年这4条视准线水平位移分别为0.4、2.8、7.5、14.9mm,2003年分别为0.4、7.5、15.6、22.6mm,位移变化量主要发生在库水位快速上升期。4条视准线监测点在2003年8月下旬至10月底(10月15日最高蓄水位达265.48m),水平位移变化量分别为2.4、66.4、129.7、179.1mm,分别占全年变化量的44.4%、73.6%、69.4%、66.0%。库水位突升,对下游坝坡水平位移影响很大,这说明水位分量对位移变化起主要作用,时效的影响在逐步减弱。2004年下游坝坡4条视准线监测结果显示,下游坝坡向下游水平位移,受调水调沙影响,坝顶及下游侧视准线主河床区有微量向上游位移现象,最大值为12mm。4条视准线年内水平位移月均变化量比2003年有明显减小,如B—B断面2003年分别为0.4、7.5、15.6、22.6mm,2004年分别为0.26、2.74、4.84、5.36mm。向上游位移现象是水压力减小后,土体固结密实的坝体保持惯性的表现,与上游坝坡一致。2005年下游坝坡各点水平位移与库水位变化关系(选取B—B断面为例)见图2。由图2及资料可知,下游坝坡向下游水平位移,下游220号视准线以下位移变化量已很小,大坝顶部位移变化量较大。所有监测点位移过程线均呈持续性变化,未发生突异变化。受调水调沙影响,坝顶下游侧视准线主河床区有微量向上游位移现象,最大值为16mm。下游283号、250号、220号、155号视准线年内水平位移平均月变化量与2004年比略有减小或相近。3大坝垂直位移2003年上游坝坡垂直位移变化特点为持续下沉。从8月下旬开始库水位快速上升,垂直位移变化速率加大,以B—B断面为例,上游260号、283号视准线9月下旬至年底沉陷量分别为67、92mm,分别占全年变化量的59.8%、55.4%。2003年1～9月下游坝坡283号、250号、220号、155号视准线垂直位移月均变化量分别为0.2、2.8、5.8、10.4mm,明显小于2002年的月均变化量(0.3、4.2、8.6、18.9mm);9～12月垂直位移变化量分别为0、61.0、129.0、91.0mm,分别占全年变化量的0%、72.6%、73.7%、52.3%,这说明土体经过水位分量作用固结加速。2004年大坝垂直位移变化特点为持续下沉。2004年6月开始调水调沙后,库水位快速下降,上游坝坡各点垂直位移变化加快,上游坡260号、坝顶283号视准线垂直位移速度加快。大坝垂直位移变化与时效和库水位变化关系密切。从变化速度上看,初期变化速度快,后期变化速度逐渐变慢;库水位变化时,垂直位移速度加快,但明显小于水平位移。2005年各条视准线B—B断面观测点年内多呈递增变化,在2005年6～7月调水调沙期间上游260号、283号、下游283号视准线均有明显位移变化。4坝体变形规律调水调沙运用是黄河小浪底水利枢纽独特的水库运用方式。通过研究,揭示了其库水位与土石坝变形的一般规律:①顺水流方向水平位移在库水位急剧下降时,坝体受水压力作用减小,坝体的惯性作用使上游坝坡各测点向上游位移;库水位上升时,受水压力作用,上游坝坡各测点向下游位移。②坝顶、下游坝坡与上游坝坡位移具有相同规律,反映了土石坝土体结构均匀密实。③向上游的位移上游坝坡大于下游坝坡(14～30mm),反映了土石坝土体结构特性。在时效分量的作用下,坝体结构逐步稳定,库水位在相同或低水位运行时,上、下游坝坡的位移量逐渐接近,且逐渐减小。④一般来说,土石坝的变形受温度影响很小,不具有周期性。其顺水流方向水平位移规律服从于时效分量和水位分量的作用。⑤一般来说,沉降是土石坝土体固结的结果,土体土层固结是时间的函数,时效分量的作用占主导地位,具有非弹性。但库水位急剧升降时,受水位分量作用,土体固