古田溪一级大坝坝基扬压力异常成因解析
薛建峰
河海大学水利水电工程学院，南京（210098）
E-mail ：
摘 要：通过对古田溪一级大坝坝基扬压力监测资料的分析，发现19#坝段横断面扬压力偏高，采用时空分析、统计模型分析和综合成因分析等方法对其成因进行了分析，结果表明该坝段坝基存在渗流通道。并应用典型小概率法拟定了19#坝段坝基扬压力最大扬压力监控指标。
关键词：坝基，扬压力，数值模型，监控指标 中图分类号：TV
1. 问题的提出
古田溪一级水电站位于福建省古田县境内、闽江支流古田溪上，是古田溪梯级电站开发中的第一级电站，控制流域面积1295km 2，占流域面积额73％。水库总库容为5.74Gm 3。拦河坝为混凝土宽缝重力坝，坝顶高程384.5m ，坝底高程313.5m ，最大坝高71.0m ，坝顶全长412.0m ，有21个坝段组成，编号从2#至22#，其中河床部位布置4个溢流坝段（编号分别为12#～15#）。水库正常水位为382m ，设计洪水位382.63m ，校核洪水位384m ，死水位354m 。
根据古田溪一级大坝的地质情况以及坝基轮廓，从3#坝段至22#坝段沿坝轴线方向每个坝段设两支测压管，并在10#、19# 坝段布置了全断面扬压力观测，每个横断面设3个观测孔，坝基共设有50个扬压力观测孔。布置在10#、19# 坝段的1#、2#测孔为幕后沿坝轴线方
##通过对大坝坝基扬压力实测资料分析发现，10 坝段、19 坝段横断面扬压力测点测值较相邻其它坝段扬压力测值要高，且横断面扬压力观测孔测值并不是从上游侧向下游侧孔递减，与一般坝基扬压力变化规律不符，尤其是19-4测点最大值达1.721kg/cm2，其多年平均值达1.25 kg/cm2，均远高于相邻坝段及同横断面其它测点测值，相应扬压力测值年变幅也较大。为此，本文针对上述坝段坝基扬压力测值的异常情况，根据坝基扬压力实测资料，结合相应坝段坝基地质情况，对19# 坝段坝基扬压力的异常成因进行了定性定量分析，并提出了扬压力测值的监控指标，以保证大坝安全运行、充分发挥效益。 本课题由国家重点基础研究发展规划（973项目）（2002CB412707），国家自然科学基金（50579010），国家科技支撑计划项目（20006BAC14BO3），水利部“948”项目(CT200612)，国家自然科学基金重点项目(50539010)资助。
2. 19＃坝段坝基扬压力异常的分析研究
2. 1 分析原理及方法
定性分析主要通过时空分析，对坝基扬压力的变化趋势及与环境量（上下游水位、降雨、温度）的相关性进行分析，以揭示影响所分析坝段坝基扬压力异常的影响因素。定量分析是采用逐步回归数学统计模型、相关性分析，对扬压力观测资料进行统计分析，量化各影响因素对坝基扬压力影响的程度，进一步分析坝基扬压力的变化规律。综合分析是在定性分析和定量分析的基础上，结合相应的地质、地形等条件综合分析坝基扬压力的变化规律，揭示古田溪一级大坝坝基扬压力异常的原因。
2. 2 定性分析
2.2.1 变化规律分析
对大坝各测孔扬压力测值的过程线和特征值分析得出，古田溪一级大坝坝基扬压力变化呈以下主要规律：
（1）从坝基扬压力过程线可以看出，各扬压力测孔测值主要受上游库水位变化的影响，上游水位升高，测孔测值增大；反之，上游水位下降，测孔测值减小，并且越靠近上游的测点受上游水位变化的影响越明显。同时，各孔扬压力测值的变化略滞后于上游水位的变化，各测孔的滞后时间从上游向下游递增。另外，下游水位对靠近下游侧的坝基扬压力也有一定影响，下游水位上升，扬压力升高；库水位下降，扬压力也下降；与上游库水位影响一样，扬压力测值变化也滞后于下游库水位变化。
（2）环境温度变化对坝基扬压力有一定影响，在库水位相近的情况下，低温季节的测压孔测值要比高温季节低，即温度较低，测压孔测值较低，而温度较高，测压孔测值较大。由于坝基温度变化比较平稳，变幅较小，因而温度变化对坝基扬压力影响较库水位影响要小。降雨量对河床坝段坝基扬压力影响较小，而对两岸坝段扬压力有一定影响，降雨量较多的季节，扬压力测值较大；反之，降雨量较少的季节，扬压力测值较小。
（3）从各测孔测值过程线可看出，各孔测值在1987年后呈下降趋势并且过程曲线比较平缓，说明坝基防渗条件在大坝采取补强加固措施后趋于稳定。U19-1测孔在1969年至1973年间测值明显高于其它时段，相应库水位在1968年至1971年维持高水位，说明最上游的U19-1测孔受坝前库水位影响最明显，并有一定滞后；U19-5测孔测值在1994年中下旬由原来的0.35 kg/cm2左右突降至0.13 kg/cm2左右，可能系测压孔堵塞所致。 2.2.2 分布规律分析
（1）由横向断面测压孔水位变化看，总体上测孔越靠近上游，孔水位越高，即测压孔水位由上游至下游呈递减变化，这符合坝基扬压力分布的一般规律。但由于坝基排水管孔口高程低（比下游水位低），尤其是帷幕灌浆廊道的排水孔高程更低，从而出现下游水向上游方向反渗的现象，如10#坝段横断面下游侧10-4、10-5两个测点整体测值较坝中部位的10-3测值高，但略低于下游水位。
（2）19#坝段的上游侧扬压力测孔孔内最大水位值较上游库水位低35m 左右，这主要是帷幕灌浆防渗和坝基排水效果较好，另外坝上游面泥沙淤积形成类似于防渗铺盖的效应，一方面延长了渗径，另一方面造成一些渗流通道受堵塞。由于坝基排水管高程低，出现了下游向上游反渗的情况，如：19#坝段的19-5测孔最大值为0.781 kg/cm2（相应孔水位为
333.766m ），低于同时段下游水位。
（3）19#坝段横断面扬压力观测孔测值并不是完全按照从上游侧向下游侧孔递减的分布规律变化，与一般坝基扬压力变化规律不符，19#坝段横断面的19-3、19-4两孔全序列平均孔水位高出靠上游侧19-1、19-2两孔近3.4m ，高出下游侧19-5孔约7.4m ，19-4测孔最大值达到1.721（相应孔水位为341.284m ，高出19-1测孔的最大孔水位约4.5m ）；同时，19-4孔的最大年均值和最大年均值变幅最高，其值分别为1.393 kg/cm2（1965年）和1.25 kg/cm2，说明该孔受所在坝基的断裂破碎带影响较大，可能存在渗流通道。 2.2.3 相关系数分析
由上分析表明，大坝横向断面扬压力测孔测值变化主要受坝前库水位变化的影响，尤其是19-3、19-4两孔所处坝基有断层穿过，需进一步分析库水位与相应扬压力测值的相关程度。同时，古田溪一级大坝在1987年采取了一系列工程加固措施，为分析补强加固措施的效果，将扬压力测值分为1987年前和1987年后两个序列，利用下式计算库水位与坝基扬压力之间的简单相关系数[1]：
r =
x −x y −y i
i
(1)
其中：x i 为库水位测值；x 为库水位平均值；y i 为坝基扬压力测值；y 为坝基扬压力平均值。
由式(1)计算所得的相关系数见表1。由表1可知，补强加固前各测点扬压力测值与库水位的简单相关系数均高于全序列及补强后的简单相关系数，19-2、19-5孔在1987后序列扬压力测值与上游库水位呈负相关，可见相应位置坝基扬压力变化滞后上游库水位变化时间较长。从空间分布看，19-3、19-4测孔的简单相关系数较高，这说明该部位坝基扬压力受上游库水位影响较大，是防渗的薄弱部位。
表1 19#坝段扬压力测值与上游库水位简单相关系数统计表
测点 全序列年前年后
2. 3 定量分析
0.4650.3110.4900.5910.1600.123 -0.020 0.432 0.473 -0.014
定量分析主要对扬压力观测资料进行统计分析，建立统计模型，量化各影响因素对扬压力的影响程度，以便进一步分析古田溪一级大坝19#坝段扬压力异常的原因。 2.3.1 坝基扬压力观测资料的统计模型
由上分析，坝基扬压力主要受上游库水位变化的影响，其次是下游水位、温度、降雨。此外，坝前淤积和坝基防渗体效应的变化会产生时效影响，在分析时采用下列统计模型[2]：
H =H
h s
+H hx +H T +H p +H θ
6i =1
=a 0+∑a i (h i −h a ) +b 10(h s −h a ) 2πit 0⎡⎛2πit
+∑⎢b 1i ⎜sin −sin
365365⎝i =1⎣
26i =1
2πit 0⎞⎤ (2) 2πit ⎞⎛
−cos ⎟+b 2i ⎜cos ⎟365365⎠⎥⎠⎝⎦
+∑c i p i +d 1(θ−θ0)+d 2(ln θ−ln θ0)
式中，h i (i =1~6)分别为观测日当天、前1d 、前2d 、前34d 、前5～15d 、前16～30d 的上游平均库水位；h a 为对应测点的基岩高程；a i 为上游水位分量因子回归系数（i =1～6）；
h s 为对应测值的下游水位；t 为从监测日至始测日的累计天数；t 0为建模所取资料序列的第
一个测值日至始测日的累计天数；b 1i 、b 2i 为温度因子回归系数（i =1，2）；p i (i =1~6)分别为观测日当天、前1d 、前2d 、前3～4d 、前5～15d 、前16～30d 的平均降雨量均值；c i 为降雨量因子回归系数（i =1～6）；d 1、d 2为时效因子回归系数；θ为监测日至始测日的累计天数t 除以100；θ0为建模资料序列第一个测值日至始测日的累计天数t 0除以100。 2.3.2 统计模型分析
建立各测点的统计模型，模型精度较高，采用式(2)对19#坝段坝基扬压力进行统计分析，
其中19-1、19-3、19-4测点的复相关系数分别为0.918、0.951、0.933，说明回归方程因子的选择合理，能够反映19#坝段横断面扬压力变化的规律。在此选用复相关系数较高的19-1、19-3、19-4测点坝基扬压力对典型年（1988年）年变幅进行水压分量、温度分量、降雨分量以及时效分量的分离，据此分析各分量对坝基扬压力的影响。表2列出了各典型测孔扬压力在1988年的年变幅的水压分量、温度分量、降雨分量、时效分量的分离结果，从回归系数和分离结果可看出：①典型测孔的水压分量约占年变幅的70％；19-3、19-4两孔选中的水位因子中，观测日当天库水位的回归系数较大，可见该位置坝基扬压力变化与库水位变化同步性较强，存在渗流通道。②温度分量较小，约占年变幅的11％以下。③降雨分量约占年变幅的8％～12％。④时效分量约占年变幅的4％～19％。可见，上游库水位为19#坝段坝基扬压力的主要影响因素，其次为时效和降雨，坝基扬压力受温度变化影响最小。
表2 19#坝段典型测孔坝基扬压力1988年年变幅各分量分离统计表 单位：kg/cm2
测点 实测值 拟合值 库水位 温度 降雨 时效
2. 4 综合分析
在19#坝段坝基横断面扬压力观测孔中，19-3、19-4两测孔扬压力测值高出其它测孔较多，不符合坝基扬压力从上游侧向下游侧递减的一般变化规律，而且这两孔测值年变幅最大；从简单相关性分析得出，19-3、19-4两孔扬压力测值与上游库水位的简单相关系数最大，受库水位变化影响最大，而且在回归统计模型分析中观测日当天回归系数最大，扬压力测值变
化与库水位变化同步，估计该部位与坝前水库存在稳定的渗流通道。坝基基坑开挖资料揭示19#坝段基岩的节理较为发育，风化较强基础下局部（少数）岩石风化成岩土状，在0～4.55m 基础为流纹斑岩风化土及半风化流纹斑岩，完整性较差，其余部分基岩为弱风化或新鲜基岩。有一构造破碎带从上游水库穿过19#坝段，宽度0.5～8.0m ，走向N50°E，倾向SE ，倾角75°～85°，并延至16#和17#坝段的下游，破碎带内为流纹斑岩风化土，透水性较强，虽采用上下游混凝土塞隔断和固结灌浆处理，但该部位仍然是防渗的薄弱环节。由上综合分析可知，19-3、19-4两测孔与上游水库间存在稳定的渗流途径，上游库水通过断层破碎带渗入，在19-3、19-4两测孔位置渗出。因此，需加强对该部位的坝基扬压力观测，并可采取适当的补强和排水措施。
3. 最大扬压力监控指标
对19#坝段坝基扬压力19-3、19-4测孔孔采用1987年补强加固后最大值子样拟定最大扬压力监控指标，用小子样K-S 法对两孔1987年后扬压力测值子样进行分布检验。经检验，19-3、19-4两测孔1987年后扬压力测值服从正态分布，即H m ~N H m , σH ，其中：
()
1n
H m =∑H mi
(3)
n i =1
σH = (4) 由子样统计计算得19-3、19-4测孔的H m 值分别为1.1603 kg/cm2、1.3154 kg/cm2，σH
值分别为0.0294 kg/cm2、0.0913 kg/cm2；当H >H m 1时，其概率为
P (
H >H m 1)=P α=∫
+∞
H m 1
(H m −m −
2
2
dH m (5)
由统计理论可知，当α足够小时，可认为这是一个小概率事件，即该事件几乎不可能发生。利用上述原理，对19#坝段坝基扬压力19-3、19-4孔测值取α为1％，由式(5)可得两测孔扬压力最大测值H m 1分别为1.2287 kg/cm2、1.5278 kg/cm2。
4. 结论
通过对古田溪一级大坝19#坝段横断面坝基扬压力异常情况进行定性、定量分析，可得出如下结论：
（1）19#坝段横断面坝基扬压力呈中间高、上下游两侧低的分布。坝基扬压力主要受上游库水位影响，降雨、温度、时效等因素影响较小，横断面中部19-3、19-4两测孔扬压力测值较高且其变化过程基本与上游库水位变化同步，结合简单相关系数、统计模型和相应部位地质条件分析，可判定19#坝段坝基横断面中部存在与上游库相连的渗水通道，库水由穿过上水库和19#坝段坝基的断裂破碎带渗入至坝段中部，引起扬压力测值异常。在1987年采取补强加固措施后，19#坝段横断面中部坝基扬压力与上游库水位变化的简单相关系数减小，进一步证明了该坝段地质条件对坝基扬压力异常的重要作用，也证明了补强加固取得了一定的效果。
（2）利用坝基扬压力实测资料，运用典型小概率法拟定19-3、19-4测孔扬压力监控指
标，该方法拟定19-3、19-4测孔最大扬压力测值分别为1.2287 kg/cm2、1.5278 kg/cm2。随着监测资料的积累，建议3～5年对扬压力监控指标修正一次，当测值接近或超过监控值时，应认真分析原因并采取适当的工程措施，以确保大坝安全。
参考文献
[1] 陈久宇，林见．《观测数据的处理方法》[M]，上海：上海交通大学出版社，1986． [2] 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，1990． [3] 陈红，顾冲时，吴中如．古田溪二级大坝水平位移一级监控指标研究[J]，洪水河，2002，22(2)：70-72． [4] 包腾飞，吴中如．新安江大坝岸坡坝段扬压力偏高成因及其影响，水力发电，2003，29(2)：61-64．
Cause analysis on abnormal uplift pressure in the foundation of the first-cascade Gutianxi dam
Xue Jianfeng
College of Water Conservancy and Hydropower Engineering，Hohai University，Nanjing （210098）
Abstract
Based on the observed uplift pressure at the first-cascade Gutianxi dam , this paper has analysed the cause of the high uplift pressure in the foundation of 19# section by several methods . The affectiong factors of the high uplift pressure are revealed , and the safty-monitoring index of uplift pressure of 19# section has been studied with the typical low probability method.
Keywords ：dam foundation，uplift pressure，numerical model，monitoring index
作者简介：薛建峰（1979－），男，江苏江阴人，硕士研究生，研究方向为水工结构安全监控。
古田溪一级大坝坝基扬压力异常成因解析
薛建峰
河海大学水利水电工程学院，南京（210098）
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摘 要：通过对古田溪一级大坝坝基扬压力监测资料的分析，发现19#坝段横断面扬压力偏高，采用时空分析、统计模型分析和综合成因分析等方法对其成因进行了分析，结果表明该坝段坝基存在渗流通道。并应用典型小概率法拟定了19#坝段坝基扬压力最大扬压力监控指标。
关键词：坝基，扬压力，数值模型，监控指标 中图分类号：TV
1. 问题的提出
古田溪一级水电站位于福建省古田县境内、闽江支流古田溪上，是古田溪梯级电站开发中的第一级电站，控制流域面积1295km 2，占流域面积额73％。水库总库容为5.74Gm 3。拦河坝为混凝土宽缝重力坝，坝顶高程384.5m ，坝底高程313.5m ，最大坝高71.0m ，坝顶全长412.0m ，有21个坝段组成，编号从2#至22#，其中河床部位布置4个溢流坝段（编号分别为12#～15#）。水库正常水位为382m ，设计洪水位382.63m ，校核洪水位384m ，死水位354m 。
根据古田溪一级大坝的地质情况以及坝基轮廓，从3#坝段至22#坝段沿坝轴线方向每个坝段设两支测压管，并在10#、19# 坝段布置了全断面扬压力观测，每个横断面设3个观测孔，坝基共设有50个扬压力观测孔。布置在10#、19# 坝段的1#、2#测孔为幕后沿坝轴线方
##通过对大坝坝基扬压力实测资料分析发现，10 坝段、19 坝段横断面扬压力测点测值较相邻其它坝段扬压力测值要高，且横断面扬压力观测孔测值并不是从上游侧向下游侧孔递减，与一般坝基扬压力变化规律不符，尤其是19-4测点最大值达1.721kg/cm2，其多年平均值达1.25 kg/cm2，均远高于相邻坝段及同横断面其它测点测值，相应扬压力测值年变幅也较大。为此，本文针对上述坝段坝基扬压力测值的异常情况，根据坝基扬压力实测资料，结合相应坝段坝基地质情况，对19# 坝段坝基扬压力的异常成因进行了定性定量分析，并提出了扬压力测值的监控指标，以保证大坝安全运行、充分发挥效益。 本课题由国家重点基础研究发展规划（973项目）（2002CB412707），国家自然科学基金（50579010），国家科技支撑计划项目（20006BAC14BO3），水利部“948”项目(CT200612)，国家自然科学基金重点项目(50539010)资助。
2. 19＃坝段坝基扬压力异常的分析研究
2. 1 分析原理及方法
定性分析主要通过时空分析，对坝基扬压力的变化趋势及与环境量（上下游水位、降雨、温度）的相关性进行分析，以揭示影响所分析坝段坝基扬压力异常的影响因素。定量分析是采用逐步回归数学统计模型、相关性分析，对扬压力观测资料进行统计分析，量化各影响因素对坝基扬压力影响的程度，进一步分析坝基扬压力的变化规律。综合分析是在定性分析和定量分析的基础上，结合相应的地质、地形等条件综合分析坝基扬压力的变化规律，揭示古田溪一级大坝坝基扬压力异常的原因。
2. 2 定性分析
2.2.1 变化规律分析
对大坝各测孔扬压力测值的过程线和特征值分析得出，古田溪一级大坝坝基扬压力变化呈以下主要规律：
（1）从坝基扬压力过程线可以看出，各扬压力测孔测值主要受上游库水位变化的影响，上游水位升高，测孔测值增大；反之，上游水位下降，测孔测值减小，并且越靠近上游的测点受上游水位变化的影响越明显。同时，各孔扬压力测值的变化略滞后于上游水位的变化，各测孔的滞后时间从上游向下游递增。另外，下游水位对靠近下游侧的坝基扬压力也有一定影响，下游水位上升，扬压力升高；库水位下降，扬压力也下降；与上游库水位影响一样，扬压力测值变化也滞后于下游库水位变化。
（2）环境温度变化对坝基扬压力有一定影响，在库水位相近的情况下，低温季节的测压孔测值要比高温季节低，即温度较低，测压孔测值较低，而温度较高，测压孔测值较大。由于坝基温度变化比较平稳，变幅较小，因而温度变化对坝基扬压力影响较库水位影响要小。降雨量对河床坝段坝基扬压力影响较小，而对两岸坝段扬压力有一定影响，降雨量较多的季节，扬压力测值较大；反之，降雨量较少的季节，扬压力测值较小。
（3）从各测孔测值过程线可看出，各孔测值在1987年后呈下降趋势并且过程曲线比较平缓，说明坝基防渗条件在大坝采取补强加固措施后趋于稳定。U19-1测孔在1969年至1973年间测值明显高于其它时段，相应库水位在1968年至1971年维持高水位，说明最上游的U19-1测孔受坝前库水位影响最明显，并有一定滞后；U19-5测孔测值在1994年中下旬由原来的0.35 kg/cm2左右突降至0.13 kg/cm2左右，可能系测压孔堵塞所致。 2.2.2 分布规律分析
（1）由横向断面测压孔水位变化看，总体上测孔越靠近上游，孔水位越高，即测压孔水位由上游至下游呈递减变化，这符合坝基扬压力分布的一般规律。但由于坝基排水管孔口高程低（比下游水位低），尤其是帷幕灌浆廊道的排水孔高程更低，从而出现下游水向上游方向反渗的现象，如10#坝段横断面下游侧10-4、10-5两个测点整体测值较坝中部位的10-3测值高，但略低于下游水位。
（2）19#坝段的上游侧扬压力测孔孔内最大水位值较上游库水位低35m 左右，这主要是帷幕灌浆防渗和坝基排水效果较好，另外坝上游面泥沙淤积形成类似于防渗铺盖的效应，一方面延长了渗径，另一方面造成一些渗流通道受堵塞。由于坝基排水管高程低，出现了下游向上游反渗的情况，如：19#坝段的19-5测孔最大值为0.781 kg/cm2（相应孔水位为
333.766m ），低于同时段下游水位。
（3）19#坝段横断面扬压力观测孔测值并不是完全按照从上游侧向下游侧孔递减的分布规律变化，与一般坝基扬压力变化规律不符，19#坝段横断面的19-3、19-4两孔全序列平均孔水位高出靠上游侧19-1、19-2两孔近3.4m ，高出下游侧19-5孔约7.4m ，19-4测孔最大值达到1.721（相应孔水位为341.284m ，高出19-1测孔的最大孔水位约4.5m ）；同时，19-4孔的最大年均值和最大年均值变幅最高，其值分别为1.393 kg/cm2（1965年）和1.25 kg/cm2，说明该孔受所在坝基的断裂破碎带影响较大，可能存在渗流通道。 2.2.3 相关系数分析
由上分析表明，大坝横向断面扬压力测孔测值变化主要受坝前库水位变化的影响，尤其是19-3、19-4两孔所处坝基有断层穿过，需进一步分析库水位与相应扬压力测值的相关程度。同时，古田溪一级大坝在1987年采取了一系列工程加固措施，为分析补强加固措施的效果，将扬压力测值分为1987年前和1987年后两个序列，利用下式计算库水位与坝基扬压力之间的简单相关系数[1]：
r =
x −x y −y i
i
(1)
其中：x i 为库水位测值；x 为库水位平均值；y i 为坝基扬压力测值；y 为坝基扬压力平均值。
由式(1)计算所得的相关系数见表1。由表1可知，补强加固前各测点扬压力测值与库水位的简单相关系数均高于全序列及补强后的简单相关系数，19-2、19-5孔在1987后序列扬压力测值与上游库水位呈负相关，可见相应位置坝基扬压力变化滞后上游库水位变化时间较长。从空间分布看，19-3、19-4测孔的简单相关系数较高，这说明该部位坝基扬压力受上游库水位影响较大，是防渗的薄弱部位。
表1 19#坝段扬压力测值与上游库水位简单相关系数统计表
测点 全序列年前年后
2. 3 定量分析
0.4650.3110.4900.5910.1600.123 -0.020 0.432 0.473 -0.014
定量分析主要对扬压力观测资料进行统计分析，建立统计模型，量化各影响因素对扬压力的影响程度，以便进一步分析古田溪一级大坝19#坝段扬压力异常的原因。 2.3.1 坝基扬压力观测资料的统计模型
由上分析，坝基扬压力主要受上游库水位变化的影响，其次是下游水位、温度、降雨。此外，坝前淤积和坝基防渗体效应的变化会产生时效影响，在分析时采用下列统计模型[2]：
H =H
h s
+H hx +H T +H p +H θ
6i =1
=a 0+∑a i (h i −h a ) +b 10(h s −h a ) 2πit 0⎡⎛2πit
+∑⎢b 1i ⎜sin −sin
365365⎝i =1⎣
26i =1
2πit 0⎞⎤ (2) 2πit ⎞⎛
−cos ⎟+b 2i ⎜cos ⎟365365⎠⎥⎠⎝⎦
+∑c i p i +d 1(θ−θ0)+d 2(ln θ−ln θ0)
式中，h i (i =1~6)分别为观测日当天、前1d 、前2d 、前34d 、前5～15d 、前16～30d 的上游平均库水位；h a 为对应测点的基岩高程；a i 为上游水位分量因子回归系数（i =1～6）；
h s 为对应测值的下游水位；t 为从监测日至始测日的累计天数；t 0为建模所取资料序列的第
一个测值日至始测日的累计天数；b 1i 、b 2i 为温度因子回归系数（i =1，2）；p i (i =1~6)分别为观测日当天、前1d 、前2d 、前3～4d 、前5～15d 、前16～30d 的平均降雨量均值；c i 为降雨量因子回归系数（i =1～6）；d 1、d 2为时效因子回归系数；θ为监测日至始测日的累计天数t 除以100；θ0为建模资料序列第一个测值日至始测日的累计天数t 0除以100。 2.3.2 统计模型分析
建立各测点的统计模型，模型精度较高，采用式(2)对19#坝段坝基扬压力进行统计分析，
其中19-1、19-3、19-4测点的复相关系数分别为0.918、0.951、0.933，说明回归方程因子的选择合理，能够反映19#坝段横断面扬压力变化的规律。在此选用复相关系数较高的19-1、19-3、19-4测点坝基扬压力对典型年（1988年）年变幅进行水压分量、温度分量、降雨分量以及时效分量的分离，据此分析各分量对坝基扬压力的影响。表2列出了各典型测孔扬压力在1988年的年变幅的水压分量、温度分量、降雨分量、时效分量的分离结果，从回归系数和分离结果可看出：①典型测孔的水压分量约占年变幅的70％；19-3、19-4两孔选中的水位因子中，观测日当天库水位的回归系数较大，可见该位置坝基扬压力变化与库水位变化同步性较强，存在渗流通道。②温度分量较小，约占年变幅的11％以下。③降雨分量约占年变幅的8％～12％。④时效分量约占年变幅的4％～19％。可见，上游库水位为19#坝段坝基扬压力的主要影响因素，其次为时效和降雨，坝基扬压力受温度变化影响最小。
表2 19#坝段典型测孔坝基扬压力1988年年变幅各分量分离统计表 单位：kg/cm2
测点 实测值 拟合值 库水位 温度 降雨 时效
2. 4 综合分析
在19#坝段坝基横断面扬压力观测孔中，19-3、19-4两测孔扬压力测值高出其它测孔较多，不符合坝基扬压力从上游侧向下游侧递减的一般变化规律，而且这两孔测值年变幅最大；从简单相关性分析得出，19-3、19-4两孔扬压力测值与上游库水位的简单相关系数最大，受库水位变化影响最大，而且在回归统计模型分析中观测日当天回归系数最大，扬压力测值变
化与库水位变化同步，估计该部位与坝前水库存在稳定的渗流通道。坝基基坑开挖资料揭示19#坝段基岩的节理较为发育，风化较强基础下局部（少数）岩石风化成岩土状，在0～4.55m 基础为流纹斑岩风化土及半风化流纹斑岩，完整性较差，其余部分基岩为弱风化或新鲜基岩。有一构造破碎带从上游水库穿过19#坝段，宽度0.5～8.0m ，走向N50°E，倾向SE ，倾角75°～85°，并延至16#和17#坝段的下游，破碎带内为流纹斑岩风化土，透水性较强，虽采用上下游混凝土塞隔断和固结灌浆处理，但该部位仍然是防渗的薄弱环节。由上综合分析可知，19-3、19-4两测孔与上游水库间存在稳定的渗流途径，上游库水通过断层破碎带渗入，在19-3、19-4两测孔位置渗出。因此，需加强对该部位的坝基扬压力观测，并可采取适当的补强和排水措施。
3. 最大扬压力监控指标
对19#坝段坝基扬压力19-3、19-4测孔孔采用1987年补强加固后最大值子样拟定最大扬压力监控指标，用小子样K-S 法对两孔1987年后扬压力测值子样进行分布检验。经检验，19-3、19-4两测孔1987年后扬压力测值服从正态分布，即H m ~N H m , σH ，其中：
()
1n
H m =∑H mi
(3)
n i =1
σH = (4) 由子样统计计算得19-3、19-4测孔的H m 值分别为1.1603 kg/cm2、1.3154 kg/cm2，σH
值分别为0.0294 kg/cm2、0.0913 kg/cm2；当H >H m 1时，其概率为
P (
H >H m 1)=P α=∫
+∞
H m 1
(H m −m −
2
2
dH m (5)
由统计理论可知，当α足够小时，可认为这是一个小概率事件，即该事件几乎不可能发生。利用上述原理，对19#坝段坝基扬压力19-3、19-4孔测值取α为1％，由式(5)可得两测孔扬压力最大测值H m 1分别为1.2287 kg/cm2、1.5278 kg/cm2。
4. 结论
通过对古田溪一级大坝19#坝段横断面坝基扬压力异常情况进行定性、定量分析，可得出如下结论：
（1）19#坝段横断面坝基扬压力呈中间高、上下游两侧低的分布。坝基扬压力主要受上游库水位影响，降雨、温度、时效等因素影响较小，横断面中部19-3、19-4两测孔扬压力测值较高且其变化过程基本与上游库水位变化同步，结合简单相关系数、统计模型和相应部位地质条件分析，可判定19#坝段坝基横断面中部存在与上游库相连的渗水通道，库水由穿过上水库和19#坝段坝基的断裂破碎带渗入至坝段中部，引起扬压力测值异常。在1987年采取补强加固措施后，19#坝段横断面中部坝基扬压力与上游库水位变化的简单相关系数减小，进一步证明了该坝段地质条件对坝基扬压力异常的重要作用，也证明了补强加固取得了一定的效果。
（2）利用坝基扬压力实测资料，运用典型小概率法拟定19-3、19-4测孔扬压力监控指
标，该方法拟定19-3、19-4测孔最大扬压力测值分别为1.2287 kg/cm2、1.5278 kg/cm2。随着监测资料的积累，建议3～5年对扬压力监控指标修正一次，当测值接近或超过监控值时，应认真分析原因并采取适当的工程措施，以确保大坝安全。
参考文献
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Cause analysis on abnormal uplift pressure in the foundation of the first-cascade Gutianxi dam
Xue Jianfeng
College of Water Conservancy and Hydropower Engineering，Hohai University，Nanjing （210098）
Abstract
Based on the observed uplift pressure at the first-cascade Gutianxi dam , this paper has analysed the cause of the high uplift pressure in the foundation of 19# section by several methods . The affectiong factors of the high uplift pressure are revealed , and the safty-monitoring index of uplift pressure of 19# section has been studied with the typical low probability method.
Keywords ：dam foundation，uplift pressure，numerical model，monitoring index
作者简介：薛建峰（1979－），男，江苏江阴人，硕士研究生，研究方向为水工结构安全监控。