水利水电工程高拱坝运行期稳定性监测研究

引言

随着水利水电事业的快速发展，高拱坝以其跨越能力大、抗震性能好等优势，在众多水利工程中得到广泛应用。然而，高拱坝建设在复杂的地质环境中，运行期间受到水荷载、温度变化、地质构造运动等多种因素的影响，其稳定性面临严峻挑战。近年来，国内外发生了多起高拱坝安全事故，造成了巨大的经济损失和社会影响，因此，对高拱坝运行期稳定性进行实时、准确的监测显得尤为重要。

一、高拱坝运行期稳定性监测的内容和方法

（一）监测内容

高拱坝运行期稳定性监测涵盖多个方面，变形监测是其中的核心内容之一。高拱坝在各种荷载作用下会产生一定的变形，若变形量超过允许范围，可能导致坝体开裂、结构损坏等问题。变形监测主要包括水平位移、垂直位移和倾斜等指标的监测。水平位移监测可了解坝体在水平方向上的移动情况，垂直位移监测能反映坝体的沉降或抬升，倾斜监测则可掌握坝体的倾斜程度。此外，还有温度监测、接缝监测等内容。温度变化会引起坝体的热胀冷缩，产生温度应力，影响坝体稳定性；接缝是坝体的薄弱环节，其开合度的变化直接关系到坝体的整体性和防渗性能，因此对这些内容的监测也十分必要。

（二）监测方法

在变形监测中，全站仪监测是常用的方法之一。全站仪具有高精度、高效率的特点，可通过测量坝体上布设的监测点的坐标变化，计算出坝体的水平位移和垂直位移。该方法适用于坝体表面变形的监测，操作相对简便，但受天气条件影响较大，在恶劣天气下难以进行监测。

全球定位系统（GPS）技术也被广泛应用于高拱坝变形监测。GPS 具有全天候、自动化、高精度等优势，可实现对坝体变形的实时监测和动态跟踪。通过在坝体上布设 GPS 监测站，将监测数据传输至数据处理中心，经过处理和分析，可得到坝体的变形情况。温度监测一般采用温度传感器，如热电偶、热电阻等。将温度传感器埋设在坝体内部和外部的不同位置，可实时监测坝体的温度变化情况，为分析温度应力对坝体稳定性的影响提供数据。接缝监测则可通过布设位移计、测缝计等仪器，测量接缝的开合度和错动情况，及时掌握接缝的工作状态。

二、影响高拱坝运行期稳定性的因素分析

（一）地质条件

地质条件是影响高拱坝运行期稳定性的重要因素之一。坝基和坝肩的岩体性质、地质构造、风化程度等都会对高拱坝的稳定性产生直接影响。如果坝基岩体存在断层、裂隙等不良地质构造，会降低岩体的承载能力和整体性，导致坝体产生不均匀沉降，进而影响坝体的稳定性。此外，岩体的风化程度越高，其强度和稳定性就越差，容易在水荷载和坝体自重的作用下发生变形和破坏。例如，某高拱坝工程在建设过程中，发现坝肩存在一条较大的断层，断层带内岩体破碎，透水性强。在运行期间，由于断层的存在，坝肩岩体的抗滑稳定性降低，导致坝体出现了一定的水平位移。通过对地质条件的详细勘察和分析，采取了相应的加固措施，如灌浆处理、设置抗滑桩等，才保证了坝体的安全运行。

（二）水荷载

水荷载是高拱坝运行过程中承受的主要荷载，包括静水压力、动水压力等。静水压力随着水位的变化而变化，水位越高，静水压力越大，对坝体的推力也就越大。当水位骤升骤降时，会引起坝体的附加应力，可能导致坝体产生裂缝。动水压力主要由水流的冲击、漩涡等引起，在泄洪过程中尤为明显，动水压力的反复作用会加剧坝体的疲劳损伤，影响坝体的稳定性。

在一些高拱坝工程中，由于水库水位调度不合理，导致水位频繁波动，坝体受到的水荷载变化较大，从而引发了坝体的变形和渗漏问题。因此，合理调度水库水位，控制水荷载的变化幅度，对保障高拱坝的稳定性具有重要意义。

（三）温度变化

温度变化对高拱坝的稳定性影响显著。高拱坝在施工和运行过程中，由于水泥水化热、大气温度变化、水温变化等因素，坝体内部会产生温度应力。在运行期间，季节性温度变化和昼夜温度变化会导致坝体发生热胀冷缩，当温度应力超过坝体材料的抗拉强度时，就会出现温度裂缝。例如，在夏季，坝体表面温度较高，而内部温度相对较低，坝体表面会产生膨胀，内部则会产生收缩，从而在坝体表面产生拉应力；在冬季，情况则相反，坝体表面会产生收缩，内部产生膨胀，也会产生拉应力。长期的温度应力作用会使坝体的裂缝不断扩展，影响坝体的整体性和防渗性能。

三、高拱坝运行期稳定性监测的优化策略

（一）完善监测体系

建立完善的监测体系是提高高拱坝运行期稳定性监测效果的基础。应根据高拱坝的结构特点、地质条件和运行环境，科学合理地布设监测点，确保监测点能够全面、准确地反映坝体的运行状态。监测点的布设应覆盖坝体的关键部位，如坝顶、坝底、坝肩、接缝等，同时要考虑监测的经济性和可行性。此外，要加强监测设备的选型和管理。选择精度高、稳定性好、适应恶劣环境的监测设备，确保监测数据的准确性和可靠性。同时，建立健全监测设备的维护和校准制度，定期对监测设备进行检查、维护和校准，及时发现和排除设备故障，

保证监测设备的正常运行。

（二）提高数据处理能力

监测数据的处理和分析是高拱坝运行期稳定性监测的关键环节。随着监测技术的发展，监测数据的数量和种类不断增加，传统的数据处理方法已经难以满足需求。因此，需要采用先进的数据处理技术，如大数据分析、人工智能等，对监测数据进行快速、准确的处理和分析。通过大数据分析技术，可对大量的监测数据进行挖掘和分析，找出数据之间的内在联系和变化规律，及时发现坝体运行过程中的异常情况。人工智能技术则可利用机器学习算法，建立坝体稳定性预测模型，对坝体的未来运行状态进行预测，为工程安全管理提供决策支持。

（三）加强监测信息共享与反馈

加强监测信息的共享与反馈，能够提高高拱坝运行期稳定性监测的效率和效果。建立监测信息管理平台，将监测数据、分析结果等信息及时上传至平台，实现监测信息的实时共享。工程管理人员、科研人员、设计人员等可通过平台获取相关信息，共同参与坝体稳定性的评估和决策。同时，要建立健全监测信息反馈机制。将监测发现的问题及时反馈给相关部门和人员，采取相应的措施进行处理。对于重大问题，要组织专家进行论证，制定科学合理的解决方案，确保坝体的安全运行。

结束语

本文对水利水电工程高拱坝运行期稳定性监测进行了深入研究，明确了监测的内容和方法，分析了影响高拱坝运行期稳定性的主要因素，并提出了相应的优化策略。研究结果表明，通过科学合理的监测和有效的管理措施，能够及时掌握高拱坝的运行状态，保障其安全稳定运行。然而，高拱坝运行期稳定性监测是一个复杂的系统工程，随着技术的不断发展和工程实践的不断深入，还需要进一步加强研究。

参考文献

[1]DL/T5335-2006, 水电水利工程区域构造稳定性勘察技术规程 [S].

[2]DL/T5335-2006, 水电水利工程区域构造稳定性勘察技术规程 [S].