某水利枢纽工程大坝安全监测资料分析报告.doc

万家寨水利枢纽工程大坝安全监测资料分析报告建设单位：----------水利枢纽有限公司编制单位：---------水利水电勘测设计研究院二○--年--月总 目 录第一卷：建设管理工作报告第二卷：建设大事记第三卷：大坝Ⅰ标工程施工管理工作报告第四卷：厂房Ⅱ标工程施工管理工作报告第五卷：砂石骨料生产管理工作报告第六卷：设计工作报告第七卷：建设监理工作报告第八卷：机电设备制造监造工作报告第九卷：金属结构制作监造工作报告第十卷：运行管理工作报告第十一卷：质量评定报告第十二卷：大坝安全监测资料分析报告第十三卷：水土保持及环境保护专项工作报告第十四卷：库区右岸渗漏专题工作报告第十五卷：库区防凌专题工作报告第十六卷：坝基抗滑稳定处理专题工作报告第十七卷：低热微膨胀水泥应用专题工作报告第十八卷：拟验工程清单和未完工程项目的建设安排第十九卷：档案资料自检工作报告第二十卷：小沙湾取水工程专项工作报告第二十一卷：竣工安全鉴定工作报告第二十二卷：建设征地补偿和移民安置工作报告批 准：审 定：审 查：校 核：编 制：目 录前言……………………………………………………………………………11 工程概况及大坝安全监测布置简况……………………………………21.1 工程概况……………………………………………………………21.2 监测项目及布置……………………………………………………22 变形观测资料分析………………………………………………………152.1 荷载因素分析………………………………………………………152.2 变形观测资料的整理与分析………………………………………162.3 坝体变形三维有限元计算…………………………………………222.4 统计模型分析………………………………………………………232.5 位移混合模型分析…………………………………………………262.6 大坝变形观测资料分析综述………………………………………273 渗流观测资料分析………………………………………………………793.1 坝基扬压力资料分析………………………………………………793.2 坝基层间剪切带扬压力观测资料分析……………………………823.3 坝体渗透压力资料分析……………………………………………834 应力、应变及温度观测资料分析………………………………………974.1 应变计组实测资料计算分析………………………………………974.2 测缝计实测资料整理和分析………………………………………1004.3 抗剪平硐三向测缝计实测资料分析………………………………1034.4 钢筋计实测资料分析………………………………………………1044.5 钢板计实测资料分析………………………………………………1054.6 渗压计实测资料分析………………………………………………1064.7 基岩变位计实测资料分析…………………………………………1064.8 温度计实测资料分析………………………………………………1075 结论与建议………………………………………………………………1435.1 结论………………………………………………………………1435.2 建议………………………………………………………………1451前 言万家寨水利枢纽工程 1994 年底开工，1995 年 5 月开始大坝混凝土浇筑，大坝安全观测仪器与设施，随坝体混凝土施工，逐步埋设安装就位，至 1998 年 10 月水库下闸蓄水，大部分观测项目施工完成，并取得了初始值，开始或进行了正常的安全监测。

至目前大部分观测项目均已取得了系统且完整的观测资料受黄河万家寨水利枢纽有限公司委托，我院承担了该工程竣工验收大坝安全观测资料分析任务本次资料分析含概了除近坝区岩体水平位移、垂直位移及左右岸绕坝渗流观测（甲方均已委托其他单位承担）以外项目的大坝安全观测起始至 2001 年 5 月底全部观测资料观测资料分析依据国家现行规程规范进行，分析中除采用统计方法外，还借助于线弹性有限元对大坝位移等进行了综合分析通过本次观测资料分析，对该工程大坝安全监测、安全监测成果及大坝工作状态均有了一定的认识，但由于部分观测资料的完整性、系统性较差，也给资料分析和结论的取得带来了一定的困难，有待在今后工作中进一步地完善在本报告的编写过程中，提到了中国水利水电科学研究院结构材料研究所张进平、庄万康、黎利兵等专家的指导，同时得到了黄河万家寨水利枢纽有限公司领导及公司电站管理局的大力支持，在此一并表示感谢！受时间等方面因素制约，本次资料分析中难免有不足之处，恳请专家们批评指正1 工程概况及大坝安全监测布置简况1.1 工程概况万家寨水利枢纽工程位于黄河干流托克托至龙口峡谷河段内，左岸隶属山西省偏关县，右岸隶属内蒙古自治区准格尔旗。

工程的主要任务是供水结合发电调峰，同时兼有防洪、防凌作用枢纽属一等大（I）型工程，水库最高蓄水位 980.00m，正常蓄水位 977.00m，水库总库容 8.96 亿 m3,电站装机容量 1080MW整个枢纽由拦河坝、坝后式厂房、泄水建筑物、引黄取水口及 GIS 开关站等建筑物组成拦河坝为混凝土半整体直线重力坝大坝坝顶高程 982.00m，坝顶长度 443m，最大坝高 105m，拦河坝由 22 个坝段组成，其中：1#坝段为左岸挡水坝段；2#、3#坝段为引黄取水口坝段；4#坝段为表孔坝段；5#～8#坝段为底孔坝段；9#、10#坝段为中孔坝段；211#坝段为隔墩坝段；12#～17#坝段为电站坝段；18#～22#坝段为右岸挡水坝段黄河在坝址区呈南北向，河谷呈宽 U 型，宽约 430m坝基座落在寒武系中统张夏组第五层的中厚层灰岩夹薄层灰岩上，两岸坝肩地层为寒武系上统崮山组、长山组和凤山组的中厚层灰岩、薄层灰岩、竹叶状灰岩等地层坝基地层呈单斜构造，岩层产状平缓，总体走向北东 30°，倾向西北，倾角2°～3°在平缓单斜地层上发育有规模不大的层间褶曲、隆起及裂隙1.2 监测项目及布置本工程大坝观测项目有：变形观测；渗流观测；应力、应变及温度观测；水位、水温、气温观测；水力学观测。

1.2.1 变形观测（1）坝顶水平位移监测坝顶水平位移观测采用视准线法和大气激光准直线法，布置桩号分别为下 0+017.185m 和 0+017.51m，两种方法互为校核，两端点由设置在1#、22#坝段的正、倒垂线组作为基点2）坝身水平位移监测在高程 975.00m 的观测廊道内桩号下 0+013.45m 处布置一条单向引张线，两端点与 1#、22#坝段的正、倒垂线组相结合，中间与 7#、14#坝段的正、倒垂线组相结合1.2.2 垂直位移监测（1）坝顶垂直位移监测在每个坝段的坝顶上埋设一个沉陷标点，采用精密水准测量方法进行观测2）坝基垂直位移监测在灌浆廊道内每个坝段埋设一个沉陷标点，采用精密水准测量方法进行观测1.2.3 坝体挠度监测在 1#、7#、14#、22#坝段各布置一条正、倒垂线组观测坝体挠度，并为大坝变形观测提供基准值倒垂线深入基岩深度：1#坝段为 42m；7#坝段为 30.9m；14#坝段为35m；22#坝段为 45m1.2.4 坝基倾斜监测在 14#坝段灌浆及扬压力观测廊道内，桩号坝 0+323.80m、高程 898.50m 处顺流向安装三台 RJ 型电容式静力水准仪，并以 14#坝段倒垂线作为基点。

1.2.5 坝基扬压力监测选择 2#、5#、11#、14#、20#坝段 5 个横向监测断面，每个断面布置 4 个以上监测3孔，纵向监测断面选在灌浆廊道内，每个坝段布置 1 个监测孔，另在6#、10#、15#、18#坝段布置 4 个深层承压水监测孔，共布置 59 个扬压力监测孔1.2.6 绕坝渗流监测在左右岸各布置 8 个监测孔，监测绕坝渗流情况1.2.7 渗漏量监测（1）坝体渗漏量监测在灌浆廊道上游排水沟内于 9#、15#坝段集水井的左右两侧各布置 1 台 YL 型电容式量水堰渗流量仪，共 4 台2）坝基渗漏量监测在灌浆廊道下游排水沟内于 9#、15#坝段集水井的左右两侧各布置了 1 台 YL 型电容式量水堰渗流量仪，以监测主排水孔的渗漏量，共 4 台1.2.8 应力、应变及温度监测（1）温度监测在 5#、14#、21#三个典型坝段内，依高程不同，每隔 10～15m 布设一排温度计，每排 3～5 个测点进行坝体温度观测；在坝踵、坝趾及坝基中部，沿铅直方向在基岩内距建基面 0.0、1.5、3.0、5.0m 各布置一支电阻温度计进行基岩温度监测2）纵横缝开合度监测在典型坝段的各条纵、横缝及左右岸坡坝段的横缝上布置测缝计，监测缝面开合度变化情况。

3）坝体渗透压力、泥沙压力监测在 5#、14#坝段观测断面高程 904.50m 和906.00m 布置两排 10 支渗压计，与坝面的距离为 0.25、1.05、2.55、4.55、7.65m；在 5#、14#坝段高程 948.00m 以下，每隔 10m 左右布置一对土压力计和一支渗压计4）坝体应力、应变监测在典型坝段的基础截面布置五向应变计组、无应力计，以监测该截面的应力应变；在坝踵部位埋设应变计、测缝计进行应力应变和缝面变化监测；在岸坡坝段布置单向应变计及基岩变位计监测坝肩的受力和变形情况5）钢筋应力监测在 5#坝段底孔孔口、闸墩及 9#坝段排水泵房等部位布置钢筋计进行钢筋应力监测6）压力钢管监测在 14#电站坝段压力钢管的上弯段、斜直段及下弯段截取三个垂直于钢管轴线的剖面，在每个剖面的上下、左右侧布置钢板计、钢筋计、测缝计、渗压计、应力计及无应力计对压力钢管的工作状态进行监测1.2.9 水位、水温、气温监测（1）水位监测：大坝在水库下闸蓄水前采用上下游水尺进行水位监测，电站机组投入运行后利用 19#坝段及电站尾水平台的水位计进行监测4（2）水温监测：选择上游坝面作为监测断面，利用 5#、14#、22#坝段布置的电阻温度计进行水温监测。

3）气温监测：利用坝址附近即左岸山体上游侧和右岸坝段布置的两个气温观测点，安装百叶箱，采用电阻温度计进行气温监测1.2.10 坝基抗剪平硐应力应变监测（1）应力应变监测：在 3 条坝基抗剪平硐内共埋设 20 套五向应变计组和无应力计，以监测平硐混凝土内应力状况2）温度监测：在平硐内共埋设温度计 63 支，进行回填混凝土温度监测3）周边回填缝开度监测：在 3 条平硐及部分支硐内选择 10 个观测断面，每个断面分别在两侧及顶部各布置 1 支测缝计，共计 30 支，以监测周边回填缝的开合度4）剪切带变形监测：在平硐内 SCJ08、SCJ10 剪切带上各埋设 6 套 3DM-200 型三向测缝计，共计 12 套万家寨水利枢纽工程大坝安全监测测点及仪器布置见图 1-1～图 1-102 变形观测资料分析2.1 荷载因素分析2.1.1 水位荷载本工程 1998 年 10 月 1 日下闸蓄水，1998 年 11 月 25 日到达施工初期运行水位960.00m至 2001 年 5 月底，水库库水位在 929.50m 至 974.54m 之间变动，其中 2000年 3 月 24 日水位降至最低，为 929.50m；2001 年 4 月 17 日水位升至最高，为974.54m。

在此期间，库水位主要经历了 4 次大幅度的变化，分别是 1998 年 10 月的蓄水过程，1999 年 3 月和 2000 年 3 月库水位的降升过程，2001 年 3、4 月的库水位升高过程库水位变化过程线见图 2-1水荷载是坝体及坝基变形的主要影响因素之一理论分析表明，坝体变形可以用水位的 1～4 次方表示，本次回归计算分析采用 h、h2、h3、h4作为水位分量的因子（其中，h=H/100,H 为测时当天的平均库水位）从回归计算所得的统计模型看，现有变形监测项目的部分测点的实测值统计模型中没有引入水位因子，其原因与大坝前期尚处于边建设边运行之中，观。