长洲水利枢纽混凝土重力坝坝顶垂直位移变量分离研究
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评价各种效应量对坝顶垂直位移的影响，建立科学的评价机制，对进一步确定坝体稳定的评价手段等工作具有重要意义。
2 长洲水利枢纽垂直变形建模
一般影响重力坝变形（水平位移和垂直位移）的因素较多，其中水压、温度和时效是影响坝体变形的三大因素。通过对该工程混凝土重力坝坝顶垂直位移监测资料的分析，采用逐步回归分析法建立重力坝坝顶垂直位移统计回归分析模型，确定三大因素的影响程度排序。
2.1 坝顶垂直位移的统计模型介绍
坝顶垂直位移主要受水压、温度、时效等因素的影响，由水压分量、温度分量和时效分量组成，即：
δ=δH+δT+δθ （1）
式中，δ为垂直位移;
δH为水压分量;
δT为温度分量;
δθ为时效分量。
2.2 模型分量表达式
2.2.1 水压分量（δH）
对于大坝而言，坝体任一点在水压作用下产生的水压分量δH与水深H1、H2、H3有关，即：
（2）
式中：Hu为监测日水深;
H0为起测日水深;
Hu，i-2为分别为监日前1d、前2～3d、前4～9d、前10～15d、前16～30d平均水位（i=4～8）;
ai为回归系数。
2.2.2 温度分量（δT）
长洲水利枢纽处南方高热区域，考虑到大坝已运行10年多，故选用周期项模拟坝体温度场的变化。若温度影响用周期函数表示，则δT为：
（3）
式中：n为根据大坝的实际情况取2;
t为监测日当天至起测日累计天数。
2.2.3 时效分量（δθ）
大坝产生时效位移的原因极为复杂，它包括坝体裂缝、大坝加固引起的结构变化，以及坝体和基岩的蠕变及基岩地质构造的压缩变形等引起的不可逆变形等因素。一般时效位移蓄水初期变化剧烈，其后渐趋平稳。根据大坝实际情况，选用下列形式：
δθ=c1（θ-θ0）+c2（Inθ-Inθ0） （4）
式中：θ为从始测日至观测日的累计天数除以100;
c1、c2为回归系数。
综上所述，根据大坝的特点，并考虑初始值的影响，得到大坝的垂直位移的统计模型为：
+
+δθ=c1（θ-θ0）+
c2（Inθ-Inθ0） （5）
3 坝顶垂直位移测量成果分析
3.1 实测数据分析
对于该工程而言，用DNA03数字水准仪测得的数据为各种效应量结果下的复合变形量，如图1、图2所示。
从上述变形曲线看，混凝土坝段呈现典型的周期性变形状态，变化周期大约为1年，总体在合理范围内变化。
3.2 统计模型分析
结合长洲大坝的特点，根据历时多年的长期观测数据，选取外江船闸WLD-08、WLD-09、WLD-10、WLD-11、WLD-12和外江闸坝WLD-18、WLD-29、WLD-25、WLD-33为典型断面（测点），以长期的实测结果为基础，采用逐步回归分析法，建立大坝垂直位移观测资料统计模型，计算大坝垂直位移统计模型的回归系数、复相关系数（R）和标准差（S）等，绘制大坝垂直位移观测资料的实测值、拟合值及殘差过程线，进一步分离各个因子引起的变形量。图3～图4为重力坝、闸坝典型测点回归成果过程线（横向坐标为日期）。
从表1中回归成果来看，统计模型复相相关系数R在 0.933～0.966之间，模型质量较好，能较好地反映坝顶垂直位移的变化规律。
3.3 变量分离
为评价各因素对大坝垂直位移的影响，特选取各测点2014—2018年坝顶垂直位移的测值进行分析，坝顶垂直位移各分量变幅量统计见表2。
3.4 长洲水利枢纽大坝坝顶垂直位移变形评价
通过上述坝顶测点垂直位移的定性和定量分析，对大坝垂直位移的性态评价如下。
（1）在所有的影响因子中，温度因子是大坝建成后的主要变形影响因素，即温度变化主要影响混凝土坝段坝顶垂直位移变化。温度变化与坝顶垂直位移呈负相关，呈明显的年周期变化。其中坝顶垂直位移年变幅中温度分量所占比例约为69%～79%。
（2）水压变化和时效对垂直位移有一定影响，所占比例分别约为9%～13%、9%～20%。
4 结论和建议
（1）长洲水电站混凝土重力坝段（含船闸坝段和泄水闸）坝顶垂直位移主要受温度变化影响，水位和时效因素起次要作用，坝顶垂直位移变化规律正常，时效变化已趋收敛，坝顶各测点没有明显的不均匀沉降现象。
（2）通过模型的进一步分析和演算，对于该工程的水平位移变形可参考采用类似的计算模型，建立电站的系统变形分析工具，形成数据管理的数值化手段。
参考文献
[1] 张进平，庄万康.大坝安全监测的位移分布数学模型[J].水利学报，1991（5）：28-35.
[2] 李珍照.大坝安全监测[M].北京：中国电力出版社，1997.
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