尔王庄水库测压管观测数据分析

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1、尔王庄水库测压管观测数据分析王超;周国;戴克义;陈卫清【摘 要】测压管是观测堤坝运行情况的重要设施,由于观测数据量大,甄别分析选用 工作强度高等,所以选用合理的分析模 V 进行及时分析显得尤为重要.以天津市尔王 庄水库多年观测数据为例,通过测压管观测数据资料整理与选用、位势分析及等水 位线圆分析法,分别建立分析模型,得出尔王庄水库堤坝渗流严重的坝段,并通过实际 现场观察校验.期刊名称】水科学与工程技术年(卷),期】2010(000)005【总页数】3页(P78-80) 【关键词】 侧压管;观测数据;分析研究【作 者】 王超;周国;戴克义;陈卫清【作者单位】 天津市引滦工程尔王庄管理处,天津,3

2、01802;天津市引滦工程尔王庄 管理处,天津,301802;天津市农工商宏达总公司,天津,300381;天津市引滦工程尔王 庄管理处,天津,301802【正文语种】 中 文【中图分类】 TV697.2尔王庄水库位于天津市宝坻区南部，是引滦工程的重要组成部分，水库为中型平原 水库，其主要作用是调蓄。水库库底平均标高1.4m(黄海高程)，设计水位5.5m,死水位2.0m,相应总库容4530万m3，有效库容3868万m3，死库 容662万m3。水库围堤为碾压式均质土坝，坝体全长14297m，坝顶高程7 . 04m，坝顶宽7m，坝顶设浆砌石防浪墙，墙高1.2m,坝体上游迎水坡为浆 砌石护坡，坡比为1

3、:3,下游坡为草皮护坡，坡比为1:3。尔王庄水库大坝在除险加固工程实施前大坝坝体为 3 类坝，坝顶高程不满足规范 要求；坝体沉降不稳定,变形裂缝严重,部分坝段坝体、坝基渗流严重,并存在地 震液化的可能；大坝上游坡砌石护坡及防浪墙破损严重。为做好大坝除险加固工程 设计工作,需对渗流稳定作进一步分析论证,对水库大坝多年测压管观测数据进行 筛选和分析。尔王庄水库测压管现场观测资料（1991 2000年）进行统计分析，对其加以系统 整理和鉴别,进而以渗流理论为基础,对大坝渗流状况及稳定性进行分析评价。文 中以1991年部分观测数据作为示例阐述分析过程和分析方法。在正常情况下,测压管水位过程线的形状,靠

4、上游的测压管大体上与水库水位过程 线相似；靠下游的测压管则大体上与下游水位过程线相似。如果该过程线是一条不 随时间变化的水平线,则表示该管已失效或该测压管所测位置土体的渗透性过小。如果某测压管水位在库水位较低时超过库水位，可能是以下原因所致：土体透水 性小，管内水体不易消散；超静孔隙压力的作用；不稳定渗流影响；测管淤 塞失灵。前3者属正常现象；后者需作检查修复。如果管水位忽高忽低,其过程 线与库水位过程线毫无规律地相互交叉,这样的数据属反常现象。若过程线中出现 个别峰谷值,说明该管的某些测次受到其他因素干扰（如降雨等）,在分析时应剔 除。1991年测压管现场观测资料的量测间隔为2d，数据较齐全

5、，除个别测点外，测 压管水位与库水位具有较好的相关性,说明该年份的资料基本可用于渗流分析；图 1为1991年断面0 + 927的测压管水位过程线。测压管11的水位过程线与库水 位过程线相关性很差,其变化几乎与库水位的变化没有任何关系。造成这种现象的 原因很多，如地面降水的影响；测压管底部的地基不易透水；下游受淤泥堵塞，测 管淤泥沉降密实；该测压管所监测位置坝体筑坝质量很好等。测压管1口和1皿水 位与水库水位相关性良好，几乎没有迟后时间。1皿测压管9月14号的管水位突 然上升至2.27m,可能是受到降雨等影响，在进一步的水库水位与测压管水位的 相关分析中，该测值应被剔除。图2是ii,m,im测点

6、的测压管水位相关线。 图2a显示11测点凌乱，无法进行统计分析，即该测压管水位与库水位相关性很 差。图2b显示测压管1口测值的分布大体趋于一条直线，其回归方程为Y=0.79695+0.3434X，相关系数r=0.93304。图2c显示测压管1皿测值的分布 也大体趋于一条直线，其回归方程为Y=0.70651+0.27491X，相关系数 r=0.94226。因此，该断面的测压管1口和1皿的数据可靠，可用于渗流分析。 经过对1991年8个断面（0927、2926、4917、6921、8500，9 920、11916、13402断面）的测压管水位与库水位相关分析结果列于表1。 若相关系数r大于0 .6

7、,则认为测压管水位与库水位相关性良好，测压管数据可 用于渗流分析。测压管位势指测压管水头在渗流场中占总渗流水头的百分数。流场中某一固定位置 的测压管位势,将与上下游水位的绝对值无关。同时,在上下游水位变化时,只要 边界几何形状,即测管在渗径长度上的相对位置不变,测压管位势也是不随时间改 变的常数。一旦位势随时间发生了变化,则意味着流场介质（土体）发生了变化。 任一测压管位势：式中hi为第i根测压管的水位；H1和H2分别为相应的上下游水位。为方便鉴别，可以绘出以（hi-H2）为纵坐标,（H1-H2 ）为横坐标的散点图帮 助鉴别,当测点密集于一条直线上时,说明该管位势可视为常数,其直线的斜率即 其

8、平均位势值；否则,表明位势随水头而变,不能视为常数。当下游水位近似于常 数,测压管水位与库水位的相关性良好时,可免做位势统计。图3为1991年13+ 402断面测压管13 +4021、13+402口和13 + 402皿的位 势图。图中显示各测压管测值基本密集在一条直线上，说明渗流趋于稳定。图中直 线的斜率即为个测压管的平均位势，其值分别为 0580、0491、0394。 根据1991年测压管资料，各典型断面测测压管位势分析结果列于表2。将各断面测压管水位相同的点连线，形成等水位线图。可以反映坝基地下水位的流 态和主要渗流通道。图 4，5 中，最外侧的圆表示水库圆周坝段，其上的编号为桩 号；最内

9、侧的圆表示库水位；3 个实线圆表示测压管的位置；虚线为等水位线。图 形中向外凸出的地方，坝基水位高，抗渗能力差；图形中向内凹进的地方，坝基水 位较低，抗渗能力好。图4和图5给出了库水位为5.79m和5. 47m时的测压管等水位线图，从图中 等水位线的分布趋势可以看出尔王庄水库堤坝的渗漏问题主要发生：桩号为9 + 50011 + 500坝段范围内，桩号为13 + 000-0 + 000-1 + 500坝段范围内。 通过对1991年测压管观测数据进行整理筛选和分析后，发现桩号8 + 700-13 + 200之间坝段、 桩号1+000-2+000之间坝段、桩号3+600-5+000之间坝 段渗漏问题

10、严重，且在日常的巡视检查中发现明渠护砌挡土墙大面积坍塌、明流、 围堤马道有积水等问题恰恰都集中在这几个坝段之间，验证了利用测压管数据分析 得出渗流坝段的结果。天津市尔王庄水库除险加固工程已经完工，防渗加固效果十分明显，对测压管多年 的观测数据的选用和分析为工程设计提供了重要的理论依据。【相关文献】1 SL6094，土石坝安全监测技术规范S 2 华北水利水电学院水库工程检查观测M.北京：水利水电出版社，1979 .3 SL6094，土石坝安全监测技术规范S.4 李均纯土坝裂缝及其观测分析M.北京：水利电力出版社，1979 .5 刘玉峰，王消川对土石坝渗流安全监测仪器的几点认识J.大坝观测与土工测试， 2000，24(5)：11136吴中如，沈长松，阮焕祥水工建筑物安全监控理论及其应用M 南京：河海大学出版 社，19907 刘洵，方朝阳土石坝测压管水位观测资料分析J 中国农村水利水电，2001 ( 7).8 陈伟锋，肖焕雄截流戗堤的渗漏分析及其计算J.武汉大学学报(工学版)，2001 (5).