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黄河李家峡大坝原型观测试验研究

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热度81票 浏览26次 时间:2015年5月09日 15:38

2JCQ^)r%N&XD#B0作者:张毅 李季 胡锁钢 邓义

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c_%f$lGF5Z z0摘要:黄河公司于2009~2010年开展了李家峡大坝原型观测试验,利用上游拉西瓦水电站2009年3月下闸蓄水和其后抬升水位的有利时机,人为调控水库水位进行原型观测试验,获取了大量有效的试验监测数据并结合大坝运行期监测资料和之前相关的研究成果进行了深入研究,建立了李家峡大坝安全快速评估体系,能够及时准确地分析评价大坝在高水位运行和水位短期内小幅波动下大坝的运行状态及规律,研究成果达到了预期目标。笔者简要介绍李家峡大坝原型观测试验研究及其成果,供借鉴。

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i6@xe6y!Gl%nH0关键词:李家峡大坝;工作性态;原型观测水利新闻z8v"O0N$K Pb }-wFe

]+n3y c;x W0Title: Experimental study on the prototype observation of Lijiaxia dam//by ZHANG Yi, LI Ji, HU Suogang and DENG Yi// Yellow River Upstream Hydropower Development Co. Ltd.

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Abstract: The prototype observation of Lijiaxia dam was carried out during 2009~2011. Grasping the favorable opportunity of impoundment and the subsequent uplifting of water level of Laxiwa reservoir, prototype observation was carried out with manual control of reservoir level and a great deal of valid data were obtained. Combined with the monitoring data in operation, in-depth analysis was conducted and assessment system for dam safety was built which would analyze with high accuracy on the operation performance and laws during high reservoir level and with a slight fluctuation of water level. The study results were satisfactory. The paper introduced the experimental study on the prototype observation of Lijiaxia dam and the results, for reference.水利新闻 H+~`A S&fX}

D @-m$b*\+j;N0Key words: Lijiaxia dam; working performance; prototype observation水利新闻"Z Y*F;l:\

T RTv3hIl(V;|I0中图分类号:TV698.1 文献标志码:B 文章编号:1671-1092(2014)06-0048-05水利新闻7w{N6Bk2]?'q1P

/kOz l,o5R]/N?00 引言水利新闻b(Gd-g.Q

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李家峡水电站是一座以发电为主的日、周调节性能水电站,距上游龙羊峡、拉西瓦水电站河道里程分别为108.6 km和73 km。工程以发电为主,兼有灌溉等综合利用效益。水库总库容17.5亿m3,设计洪水位2 181.3 m,相应库容16.5亿m3,正常蓄水位2 180.0 m,死水位2 178.0 m,调节库容0.6亿m3。大坝为混凝土三圆心双曲拱坝,坝顶高程2 185 m,最大坝高155 m。工程于1988年4月开工,1996年12月下闸蓄水,1999年一期工程4台机组全部投产发电,2001年完成工程竣工安全鉴定,2008年完成工程首次大坝安全定期检查,评定为正常坝。枢纽布置见图1。

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u:W*N ?LQOT(e0李家峡水库1996年12月26日下闸蓄水,初期蓄水水位为2 145 m,先后经历了6次水位抬升过程,2001年11月水位到达正常蓄水位,此后为满足电网特殊运行情况,留有一定安全余地且使库水位基本维持在2 178~2 180 m之间运行。李家峡坝址区地质条件复杂,库水位抬升至正常蓄水位后,水位波动幅度不大。为研究掌握大坝加载、卸载过程运行特性,建立库水位在设计洪水位短期内小幅度波动条件下大坝安全快速评价方法,黄河公司于2009~2010年开展了李家峡大坝原型观测试验研究。水利新闻~5m&\:^-F HzJ

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r2M&]cO01 李家峡坝址地质环境水利新闻_vzQ3P

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李家峡坝址河谷断面呈“V”型,左岸岸坡约45°,右岸岸坡约50°,两岸基本对称,坝顶河谷宽高比约2∶1。坝址右岸山势较高,山体雄厚,距坝轴线上游90~630 m分布有总体积约692万m3的Ⅰ号滑坡体。坝址左岸为三面临空的单薄山梁,坝轴线上游830~2 030 m分布有总体积约1 845万m3的Ⅱ号滑坡体。

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坝址区岩石主要由前震旦系混合岩与片岩组成,其间有华力西期的花岗伟晶岩脉、岩株穿插。坝基三种岩体均属坚硬岩体,力学强度较高,透水性差。根据施工期间揭露的地质条件,李家峡坝址区主要的工程地质问题有:左坝肩f20断层上盘岩体的抗滑稳定问题,岩体模量降低后,对坝体和坝基的应力、变形、稳定的影响问题;河床F50~F20-1~F20之间软弱破碎岩区的变形及对大坝应力、变形的影响问题,以及该区的集中渗漏和可能发生的渗透破坏问题;左岸F26断层、右岸F27断层对坝肩岩体稳定的影响问题;左岸F32断层、右岸F43断层局部集中渗漏问题;坝前Ⅰ号、Ⅱ号滑坡体的稳定问题。工程建设时对坝基进行了高压固结灌浆和帷幕灌浆,设置了混凝土塞。河床坝基各种裂隙十分发育,在断层、裂隙的交汇切割下,岩体较为破碎,坝基开挖形成了一个横跨11~13号坝段、水平面积约500 m2、深6 m的槽。水利新闻PH/u+}.]

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李家峡大坝及基础埋设了大量的监测仪器、设备。在大坝蓄水初期,鉴于李家峡水电站坝址恶劣的地质条件,根据初期蓄水大坝安全鉴定要求,进行了一系列旨在提高大坝超载安全储备的加固措施。主要措施有:对河床坝段断层交汇带在坝基廊道内进行中化-798化学灌浆;左坝肩下游新增加贴角混凝土1 210 m3,并布置了15根6 000 kN级预应力锚索,孔深最深达100 m;在重力墩上布置36根6 000 kN级预应力锚索,锚索孔深100 m、85 m、60 m,并覆盖2.5 m厚混凝土;右岸1号坝段下游坝肩布置了29根3 000 kN级预应力锚索。

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f/J'L2PQ K8l'm4i[IO0r02 大坝安全监测系统概况水利新闻!KZ^&U-|dI4_.t8t

N\ R:M.o^%Uk/wh9J0李家峡大坝及基础埋设了大量的监测仪器、设备,监测项目包括变形、渗流、应力应变、温度、接缝等。监测项目与测点统计见表1。

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;Z)D V8ov Z1m.F03 大坝原型观测试验方法

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黄河龙羊峡以下梯级水电站群中,龙羊峡-拉西瓦-李家峡水电站首尾相接。李家峡大坝原型观测试验是利用上游拉西瓦水电站2009年3月下闸蓄水和其后分阶段提高水位的有利时机,按照事先拟定的水库调度方案,人为控制库水位快速升降实现的。

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N:D/B0~ v^(p0V*?"p0原型观测试验研究的技术重点在于:(1)库水位小幅度波动条件下,大坝安全快速评估因子的选择、评价方法和预警指标;(2)一般情况下坝肩超载加固措施主要用于储备,拟通过水位升降试验和力学计算找出超载加固效果的间接评价方法;(3)设计洪水位下大坝工作性态预判(温度荷载变化影响也是必须考虑的因素)。水利新闻4f[N5M"n

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4 大坝原型观测试验过程水利新闻^.OG,I+E

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李家峡水库于2009年进行了两次原型加密观测试验。依靠电站大坝安全监测自动化系统,结合人工巡视检查,开展加密观测试验工作。

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第一次加密观测试验时间段为2009年2月25日~3月12日。试验期间,水库实际最高水位达到2 181.35 m(2月28日6∶00),最低水位为2 174.60 m(3月7日20∶30),水位升降符合预定试验条件,获取了设计洪水位工况和库水位小幅度波动条件下的原型观测资料。水库巡视检查、现场巡视检查未发现异常现象,水电站机电设备运行正常。试验期间和试验后,对电站库区Ⅰ号、Ⅱ号滑坡体、左岸重力墩等部位的巡视检查未见异常。

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5jh"R x(z1V0第二次加密观测试验时间段为2009年10月16日~11月19日。试验期间,分别进行了水位先上升至超载,后下降到原正常水位的试验,获取了非汛期李家峡大坝在正常高水位以上且环境温度较大幅度下降过程中的变形监测资料。试验期间和试验后,对电站库区Ⅰ号、Ⅱ号滑坡体、左岸重力墩等部位的巡视检查未见异常。试验工作在预定时间顺利完成,达到了预期目的。

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Fp#_-f5b5u7S0李家峡库水位2009年变化过程线见图2。

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gjd9IA0为获取李家峡水库正常调度情况下水位变动和温度变化过程中的大坝变形加密观测资料,2010年4月10日~6月20日补充开展了李家峡大坝加密观测试验工作。水利新闻5u?&m.U(q@/Rl

s _!va(Uvh NVm:\05 大坝原型观测资料分析水利新闻 L5N^u_x@

-A5V fIw1T0大坝原型观测资料分析范围从1999 年8 月~2010年12月。主要内容:变形监测资料分析、坝基渗流及绕坝渗流监测资料分析、测缝计、多点变位计、错动仪、应变计及金三角裂缝监测资料分析。水利新闻lE4Q5HO*c

sYB)a r_E g0资料分析技术路线:对李家峡大坝原型观测试验期间的观测资料和历史观测资料进行整编和考证,重点关注2004年、2008年年底以及2009年原型观测试验期间的观测资料。长序列资料和短序列加密资料分析以时空分析为主。分析中重点关注左岸重力墩及基础的变形和渗流问题。水利新闻 |G5@T%~R

9]4T[2O&EUm5w2qV [0资料分析主要结论:

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.N xoXI.@ A0(1)垂线:从垂线监测资料来看,坝体水平位移表现为水位上升大坝总体向下游位移、左右1/4拱向两岸变形,左岸重力墩和F7部位的垂线资料未见与水位的相关关系。从挠曲线情况看,在2009年2~3 月份达到2 181.35 m 库水位的加密观测时段,大坝的挠曲变形处于2007年和2008年同时段量值范围内。总体看2 181.35 m高水位期间大坝水平位移正常。

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@-mM_)sv0\Yk3[0(2)垂直位移:2002年以后大坝垂直位移总体表现为稳定的周期性变化,变形特征符合一般规律。就2004年8月、2008年下半年、2009年2~3月水位波动较大期间的资料分析看,规律性正常,在几次6 m左右的水位波动期间,垂直位移及倾斜变形量值相当,未见水位达到2 181.35 m时有特殊情况。总体看垂直位移性态正常。水利新闻"C/C-YY F3Qs2R j

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(3)谷幅、弦长:人工观测精度较低,水位大幅度波动期间未见相应变化。水利新闻G}9s \/f&P?

rPy9r7|0(4)渗流:坝基扬压力除6、16、17坝段测值较大属历史遗留问题,河床部位有趋势性升高并处于严密的监视之下,其他部位测值稳定;绕坝渗流规律性保持稳定;渗漏量总体较小,但左岸两个测点50Z2、50Z3与降雨量关系密切,需加以关注。从水位较大波动时的对应资料看:扬压力只有Y7-1、Y18-1与库水位变化有关系,但两孔测值并不高;帷幕下游的绕渗孔未见明显影响;渗漏量未见与库水位有关系。总体看,渗流状况未见向不利的方向发展。水利新闻nES-Y8T.G-j

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(5)2002年以后,库水位在正常高水位附近波动,期间坝体接缝、大坝与岩石接缝、基岩多点变位计和岩石变位计监测资料显示,基本处于稳定状态,部分带有周期性和趋势性的测点在2009年仍然维持原有规律。本次采用的历次水位较大波动时期的资料均未见与水位相关的迹象。

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DimCFw?0总之,除坝基扬压力部分测点测值较大属历史遗留问题外,其他各类测点测值反映大坝总体工作正常。2002年以后(进入正常高水位运行状态),库水位较大波动在一些测点测值中有所反映,但其前后的规律保持不变,2009年2~3月出现的2 181.35 m高水位时的变形与其他时段水位较大波动(同为6 m左右)时的量值相当,未见异常。水利新闻w)lr"[u9sv`7Z

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6 试验研究主要成果水利新闻NOQ0|#~Rw+A

M!j+pt B0(1)加密观测资料分析结果表明,大坝在试验期间加卸载过程中处于弹性工作状态,水压作用效应未发生变化,拱坝结构整体性完好,坝体、坝基变形总体平稳,坝基防渗帷幕基本正常,各主要断裂部位未见异常渗漏,坝肩岩体稳定,原型观测试验期间大坝工作性态未出现明显的异常现象,大坝运行正常。

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rQ7l+j$yPX/@!nI0(2)试验研究中设计了大坝安全快速评估框架,开发了评估软件,确定了评判准则,建立了李家峡拱坝快速评估系统。利用评估准则,通过构建具体的数学评判模型,实现了对李家峡大坝及基础工作性态的快速评价,并且确定了库水位小幅度波动条件下大坝安全快速评估因子的选择、评价方法和预警指标,实现实时动态对坝体运行状态进行快速监控评估,利用快速评估系统对试验期间的测点测值进行评估,得出李家峡大坝坝体变形、渗流和坝基、两岸坝肩等关键部位监测测点均处于正常状态,部分处于基本正常状态。水利新闻"{o'aK:N k#`2R8n@

9wO%} T w1k0(3)建立了李家峡大坝左岸坝肩超载加固效应评价的有限元模型。李家峡拱坝有限元计算模型的范围:上游方向取1倍左右坝高(约150 m),左右坝肩各取1倍左右坝高(约150 m),下游方向取2倍坝高(约300 m),坝基岩体取1.5倍坝高(约200 m)。为了模拟左岸坝肩锚索加固的效应,建立的三维有限元模型包括坝体、坝基(含坝肩)、库盘、左中孔、左底孔、右中孔、坝后背管及2 059 m高程镇墩等,其有限元模型见图3所示。另外,在左岸下游坝肩重力墩及高边坡中加入了锚索单元,图4为左岸坝肩重力墩超载加固模型,图5为左岸坝肩重力墩超载加固锚索模型。结合李家峡拱坝原型观测试验,研究了李家峡左岸坝肩锚索加固的效果评价方法,从坝肩监测体系及有限元数值仿真模拟两方面,建立了坝肩超载加固效果评价体系,并根据所建立的评价体系,对李家峡拱坝左岸坝肩超载加固效应进行了评价。认为超载加固措施的实施使大坝、坝基及两岸坝肩满足了安全要求,具备了足够的超载安全度。水利新闻:h t7f)oS VE)W'^H9@B

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(4)利用李家峡大坝左岸坝肩超载加固效应评价的有限元模型,确立了水位大变动、高水位小幅波动及左岸坝肩重力墩锚索工作状态变化对大坝影响的荷载工况,通过水位升降试验和力学计算提出了左坝肩锚索测力计失效情况下超载加固效果间接评价方法。

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M#a^LmL07 结语

z,]5tYf1SZ p x:A%z[0 水利新闻t(n)qwh)v*oP

李家峡大坝原型观测试验因有上游龙羊峡水库调节,具备人为控制库水位的独特条件,获取人为控制水位试验下的高拱坝原型加密观测资料在国内尚属首次。通过大坝原型观测试验研究,深化了对大坝工作性态的认识,建立并完善了大坝安全快速评价系统,使大坝安全运行处在可控和在控状态,进一步提高了大坝安全管理和大坝安全分析评价能力。李家峡大坝原型观测试验研究方法可以借鉴到类似径流式水电站中指导和评价大坝安全运行工作。水利新闻5d-kt-q s4r/vM

?/ZJ(VkaH0q0参考文献:水利新闻'bR4P\7Z#f6Yn4Q

h`P Z4b4y&S0[1] 李季. 龙羊峡大坝高水位运行期变位规律分析[J]. 大坝与安全,2008(1):38-40.

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v)b3f b?C ^0[2] 李季,苏怀智,赵斌. 龙羊峡近坝库岸滑坡成因机理研究[J]. 水电能源科学,2008(2):115-118.水利新闻3M|Q}K(p-w-Bx.c.D

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作者简介:张毅(1966-),男,新疆哈密人,高级工程师,研究方向为大坝安全管理。水利新闻 _4X%v&bd&`1K

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