【摘要】本文通过真空激光长期观测结果分析表明，影响坝体变形的主要因素为温度荷载的变化，库水作用不明显。低温工况下，在坝型过渡区存在较明显变形差。本文的研究目的，就是对混凝土重力坝变形时空分布规律进行分析，从而为我国的基础建设工作更加顺利的开展。
【关键词】变形；混凝土坝；温度荷载；水荷载
近些年科学技术有了很大的进步，国家也加大对建筑材料的研究力度。而混凝土凭借材料的优越性，混凝土重力坝的建设规模也在不断发展壮大，特别是国内在建或已建的大型水利枢纽工程，混凝土坝已基本成为首选坝型。变形作为考量混凝土坝安全状态的重要指标之一，对它的关注渗透到设计、施工、运行等各个环节。
一、工程概况
本次研究选择的实例是太平湾水电站，鸭绿江流域水资源丰富，由中朝两国共享，已建的4个梯级电站中，太平湾水电站处在流域的最下游。坝址以上集水面积53576km2，与水丰大坝区间面积664km2，水库死水位28.8m，正常蓄水位29.5m，调洪库容1.29亿m3，调节库容0.18亿m3，为一日调节水库。混凝土重力坝由溢流坝、挡水坝、河床式厂房及变电站组成，坝顶全长1185.5m，共计68个坝段，坝顶高程36.5m，最大坝高 31.5m。
大坝左岸为朝方侧，右岸为中方侧，坝后式厂房布置大坝右侧，与右岸山体间用3个挡水坝段连接。溢流坝布置在主河床，右侧与厂房连接，共设置28个开敞式溢流孔，左岸共29个挡水坝段。
二、水平位移时空分布规律分析
（一）影响物理量
大坝在运行中受到上下游水压力、温度荷载、扬压力、泥沙压力、冰压力、时效因素等而产生变形，在上述因素中，水压和温度荷载是影响太平湾大坝变形的主要因素。通常认为水压力使坝体产生位移表现在3个方面，即库水压力使坝体变形产生的位移；水压力使坝基变形产生的位移；库水重使坝基面转动引起的坝体位移。温度荷载产生的坝体位移主要表现在气温及水温作用在大坝表面，使坝体混凝土产生温度梯度，坝体温度场分布状态发生改变，混凝土在热膨胀和冷收缩的效应下产生变形。
地处东北地区的混凝土重力坝，坝体混凝土结构、变形以及渗流更易受到低温、冰冻的影响。太平湾大坝水库为日调节形式，上库水位年变幅不大，上游水位和气温测值过程线见图1。
图1 上游水位和气温测值过程线
经对2007-2016年近10年的上游水位统计，其平均年变幅为0.6m最大年变幅仅为0.87m。坝址区气温平均值为9.58℃，平均年变幅为41.72℃，其中最大为44.7℃，最小为40.57℃。分析可知水压基本恒定，气温年均值低、年变幅大，坝体温度场在不同季节情况下分布状态差异性明显。
（二）历时分析
坝顶真空激光观测系统长期观测结果表明，沿坝轴线总体可分为3个区域，其水平位移年际变化规律各不相同(见图2、图3)。
图2 17、46和55号坝段水平位移测值过程线
图3 61号坝段垂线测值过程线
（1）0-45号坝段实测水平位移量随时间变化规律与气温呈负相关关系，即高气温工况下坝体向上游变形，7月或8月达到最小值；低温工况下坝体向下游变形，12月或次年1月达到最大值，基本与气温同步变化，无滞后作用。
（2）左岸51-59号挡水坝水平位移变化规律与右岸相反，即高温工况下坝体向下游变形，低温工况下坝体向上游变形，与气温呈正相关关系。这种变形随时间变化规律越靠近左岸岸坡周期性越明显。
（三）一维分布分析
为分析坝体水平位移沿坝轴线分布规律，特别是高温和低温2种工况下坝体变形的差异性，统计了2007-2016年近10年每年1月和8月水平位移观测量的平均值，其在坝轴线方向分布情况。
高温工况下，第一阶梯坝体向上游回弹变形明显，第二阶梯变化量小，第三阶梯大坝总体向下游变形，因此产生第一和第三阶梯向第二阶梯“靠拢效应”，各阶梯平均水平变形量接近，阶梯间的变形差变小，大坝水平变形在轴向趋于协调。
三、垂直位移时空分布规律分析
真空激光观测系统长期观测结果表明，大坝垂直位移随时间变化状态呈较为规则的年周期性变化，总体上，溢流坝垂直位移变化与气温基本同步，挡水坝滞后气温1个月左右。0号坝段与右坝肩山体相连，坝体不高，垂直位移变化规律与其他坝段相反。上、下游水位对垂直位移变化影响不明显。
四、大坝变形性态综合分析
通过以上分析可知，太平湾混凝土重力坝上库水位常年变幅小，坝址区平均气温较低、年变化幅度大、冰冻期长。因此从理论上来讲，大坝产生的变形主要是温度荷载作用在坝体上的物理反映，与水荷载相关性不大。通过对坝顶真空激光观测系统实测大坝水平和垂直位移进行的历时分析、一维分布分析等，表明太平湾大坝变形规律与理论分析相符。但受枢纽布置、坝型结构和东北地区环境等综合因素的影响，太平湾大坝变形时空分布规律又有其自身特殊性。
对大坝变形安全的不利工况为冬季低温期，实测结果显示低温工况下在坝型过渡区大坝水平和垂直位移均不同程度存在变形差，坝体变形沿轴向分布协调性差。高温工况下，坝型过渡区的变形差普遍减小或消除，大坝变形向轴线收敛并趋于协调，坝体整体应力水平也会随之减小。
大坝运行近20年来尚未发现因变形导致的裂缝、断裂等影响大坝安全的缺陷，观测统计结果表明，在某些区域存在的变形差量值不大，且在高温工况下大坝可有效回弹变形。因此，目前坝体变形状态尚未对大坝整体安全造成影响，但应关注坝型过渡区变形差以及左岸“相异变形”的发展趋势，避免出现事故。
五、结束语
综上所述，经过这些年的发展，我国的科学技术有了很大的进步，尤其是建设基础设施方面，我国有“基建狂魔”的称号。本次研究采用的实例是太平湾水电站，在高温工况下大坝变形趋于协调，变形差普遍减小或消除。分析认为，低温工况对大坝安全运行不利，但高温工况下大坝变形能有效回弹，说明大坝变形仍在弹性范围内，目前总体上是安全的。
参考文献:
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[2]杜卫长,薄清元,房敬年.不同工况下某混凝土重力坝有限元分析[J].山西建筑. 2017(26).
论文作者:袁梦玲
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：大坝论文; 位移论文; 工况论文; 混凝土论文; 重力坝论文; 太平论文; 荷载论文; 《电力设备》2018年第19期论文;