变形观测成果的整编工作主要是将变形观测值绘制成各种便于分析的图表。
以大坝变形监测为例,在大坝运行期间,一般为每月观测一次或两月观测一次,每周期观测时,对观测原始资料的检核主要通过多次观测。每周期进行一次资料整理,并制作成月报;每年年底对观测资料进行一次整体的综合整理、分析、总结和整编,所有资料均以图表的形式整编。在大坝运行初期,对大坝安全性判断,主要通过比较工程设计时对大坝变形所做的计算(即预期值)与监测所得的实测变形值;在积累了一定数量的观测资料后,则用回归分析建立大坝变形预报方程,然后,通过回归方程预报值与实测值的比较来判断大坝的运营状况。
1.观测点变形过程线
某观测点的变形过程线是以时间为横坐标,以积累变形值(位移、沉陷、倾斜、挠度等)为纵坐标绘制成的曲线。观测点变形过程线可明显地反映变形的趋势、规律和幅度,对于初步判断建筑物的工作情况是否正常是非常有用的。绘制观测点变形过程线的步骤如下。
(1)根据观测记录填写变形数字表,表13.6为茅坪溪大坝136m高程斜坡段观测点LD01MP031在一年内的水平位移数值表。
表13.6 136m高程斜坡段观测点LD01 MP031水平位移表
注 表中的累计位移值的单位是mm。
(2)绘制观测点实测变形过程线。如图13.36所示136m高程斜坡段观测点LD01MP031水平位移图,为根据表13.6绘制的水平位移过程图。图中横坐标代表时间,纵坐标为观测点的累计位移量。
图13.36 观测点实测变形过程线
(3)实测变形过程线的修匀。由于观测是定期进行的,故所得成果在变形过程上仅是几个孤立点。直接连接这些点得到的是折线形状,加上观测中存在误差,就使得过程线呈明显跳动的折线。为了更确切地反映建筑物变形的规律,需将折线修匀成圆滑的曲线。常选的方法有“三点法”。如图13.36所示。
2.变形分析图
为了全面反映建筑物的变形情况,还应根据大量变形观测点的变形过程线,综合绘制变形分析图,加上与变形有关因素的过程线,例如水库过程线、气温过程线等。如图13.37所示,为龚家坪第一次蓄水的变形分析图。如图13.38所示为某土石坝160m高程处沉降观测点的沉降过程线,图上绘出了气温过程线。因为横坐标(时间)是两个过程线共用的,故画在两个过程线的中间。
3.变形值的统计规律及其成因分析
根据实测变形值整编的表格和图形,显示了变形的趋势、规律和幅度。利用长期掌握的建筑物变形范围的数据资料来判断建筑物运营是否正常,这在一般情况下是可行的。要弄清楚变形的规律,必须分析引起变形的因素。现在对大坝的变形原因进行讨论如下。
(1)静水压力。在静水压力的作用下,有可能发生四种情况。一是在静水压力的作用下,由于坝体不同高度处不同的水平推力的作用,使坝体产生挠曲变形;二是由于水库水压及坝底扬压力的作用,使坝体产生向下游转动而引起的变形;三是由于水库水体的重力作用使库底变形,引起坝基向上游转动而引起的变形;四是由于剪应力对坝底接触带的作用,在静水压力作用下产生的滑动。对于重力坝来说,滑动是绝对不允许产生的,因为滑动就意味着坝体失去稳定,将有毁坏的危险。
图13.37 龚家坪第一次蓄水坝体垂直位移分析图(www.xing528.com)
图13.38 某土石坝160m高程处沉降观测点的沉降过程线
(2)坝体的温度变化。坝体上、下游混凝土温度变化是不同的,例如在夏季,坝下游面混凝土由于烈日的暴晒,其温度高于气温,但在坝的上游面,大部分混凝土浸在水面以下,其温度低于气温;而在冬季,情况恰恰相反。这种现象使坝体产生季节性摆动。坝体温度变化引起混凝土的收缩与膨胀是坝体沉陷的主要原因。
对于运营初期的大坝,坝体本身混凝土产生的放热升温与冷却降温,也会使坝体产生不同的变形。
(3)时效变化。时效变化是由于建筑物材料的变形(例如混凝土的收缩、徐变)以及基础岩层在荷载作用下引起的变形所产生的。其特点是施工期与运营初期比较大,随着时间的推移,将逐渐稳定。时效变化为不可逆变形。
我国的水库由于水量一般是在春、夏季节,故这时水位逐渐升高;到秋、冬季节时,水位逐渐下降,呈现以年为周期的变化,由于大气气温与水库水温(也与气温有关)所引起的坝体混凝土温度也呈年周期变化。水库水位与混凝土温度的这种季节性的周期变化,造成了坝体变形的年周期性变化。
时效变化在土石坝沉陷过程线中可以非常明显地看出。对许多混凝土坝变形成果分析汇总,也证实了时效变化的明显存在。
根据我国水坝观测资料的分析可知:对于坝体的位移,温度影响往往比水位影响要大;坝顶沉陷的主要因素是温度和水位的变化;对于坝基来说,库水位变化是垂直位移和倾斜变形的主要因素,而温度影响可以忽略。
4.变形观测资料成果的提交
每一项变形观测资料应提交以下成果资料。
(1)技术设计书和测量方案。
(2)监测网和监测点布置平面图。
(3)标石、标志规格及埋设图。
(4)仪器的检校资料。
(5)原始观测记录(手簿和电子文件)。
(6)平差计算、成果质量评定资料。
(7)变形观测数据处理分析和预报成果资料。
(8)变形过程和变形分布图表。
(9)变形观测、分析和预报的技术报告。
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