2024年4月1日发(作者：三星a5260参数详细参数)

Ｂｙ　ＬＩＵ　Ｚｕ——ｑｉａｎｇ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｓｈｉｐｌｏｃｋ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　ｐｒｏｊｅｃｔ　

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三峡永久船闸建筑物在蓄水期的垂直变形分布模型分析　

刘祖强　，杨奇儒　，罗长林　

（１．长江勘测规划设计研究院长江岩土工程总公司（武汉），湖北武汉４３００１０；　

２．武汉理工大学，湖北武汉４３００７０；３．武汉市国土资源房产信息中心，湖北武汉４３００１５）　

摘要：２００３年６月１０日，三峡水库蓄水至１３５　ｍ高程后，永久船闸建筑物闸顶从一闸首至六闸首沉降量有明显差异，拟　

合模型计算结果说明，在水库蓄水后的垂直荷载影响下，船闸建筑物的垂直位移表现出线性均匀的变化特征。由于船闸建　

筑物与开挖岩体为整体结构，因此，这种垂直位移特性实质也是岩体的垂直变形的具体表现。　

关键词：三峡船闸；蓄水后；垂直变形；模型分析　

Ｔｉｔｌｅ：Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｓｈｉｐｌｏｃｋ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　ｐｒｏｊｅｅｔ／／ｂｙ　ＬＩＵ　Ｚｕ—ｑｉａｎｇ，　

ＹＡＮＧ　Ｑｉ－ｒｕ　ａｎｄ　ＬＵＯ　Ｃｈａｎｇ－ｌｉｎ／／Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｗｕｈａｎ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｃｅ　ｗａｔｅｒ　ｉｍｐｏｕｎｄｍｅｎｔ　ｔｏ　１　３５　ｍ　ｏｎ　Ｊｕｎｅ　１　０ｔｈ，２００３　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｐｒｏｊｅｅｔ，ｔｈｅｒｅ　ｗｅｒｅ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｉｎ　ｓｅｔｔｌｅ—　

ｍｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｏｐ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｓｈｉｐｌｏｃｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｉｒｓｔｆ　ｌｏｃｋ　ｈｅａｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｉｘｔｈ　ｏｎｅ．Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　

ｍｏｄｅｌ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｈｉｐｌｏｃｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ａ　ｌｉｎｅａｒ，ｅｖｅｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｃｈａｎｇｅ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕ—　

ｅｎｅｅ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｌｏａｄ　ａｆｔｅｒ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｉｍｐｏｕｎｄｍｅｎｔ．Ｉｎ　ｆａｃｔ，ｔｈｉｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｗａｓ　ｍａｎｉｆｅｓｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　

ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｐｌｏｃｋ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　ｐｒ０ｊｅｅｔ；ａｆｔｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｉｍｐｏｕｎｄｍｅｎｔ；ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　

中图分类号：Ｕ６４１；ＴＶ６９８．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１一ｌ０９２（２００８）０５—００２６—０３　

１概述　

闸建筑物的垂直变形特征。　

三峡工程双线五级船闸是在海拔高程２６５　ｍ　

的山体中，经人工开挖、锚固支护、混凝土衬砌、金　

２监测点布设及观测　

为监视船闸建筑物边墙及中隔墩的垂直变形，　

在闸墙顶部（见图１）和基础布设了大量监测点，闸　

墙顶部的垂直位移按国家一等水准测量的精度要　

求施测，闸首基础的垂直位移用静力水准仪进行自　

动化观测。　

属结构及机电设备制造安装等项目而形成的人工　

航道，由上下游引航道、闸室主体段、输水系统、山　

体排水系统组成。其最大运行水头１　１３　ｉｎ，最大通航　

流量５６　７００　ｉｎ　／ｓ，最大通过船队为４ｘ３　０００　ｔ，设计　

年单向通过能力５　０００ｘｌ０　ｔ。主体段由６个闸首和　

５个闸室组成，闸首、闸室结构均由边墙和底板组　

成，为分离式结构型式。各级闸首边墩根据其周边　

可利用岩体的实际情况，分为全衬砌、半衬砌或混　

合式钢筋混凝土结构，并通过高强锚杆将钢筋混凝　

，

０Ｏ‘Ｏ∞Ｏ　Ｏ　ｂ　Ｏ　ｌ　Ｏ　Ｏ　ｏ　ｏ　ＩＯ　０　０　Ｃ　

…

—　

日一龟蕾嘲●ｅ　

土结构与支持岩体联成整体共同受力。闸室边墙主　

要采用钢筋混凝土薄衬砌结构型式，并用高强锚杆　

将薄衬砌墙与支持岩体联成整体，联合受力，闸室　

边墙衬砌混凝土厚度１．５－２．４　１１３。因此，永久船闸建　

ｓｈｉｐｌｏｃｋｔｏｐ　

图１闸顶垂直位移监测点布置图　

Ｆｉｇ　１　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ｆｏｒ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　

筑物的变形也代表了岩体的变形。　

本文主要分析了三峡工程蓄水后永久船闸建　

筑物的垂直变形工况，并利用蓄水后的垂直变形差　

异建立了垂直变形分布模型，进一步揭示了永久船　

３闸顶垂直位移及其模型　

３．１闸顶垂直位移　

６　Ｄａｍ　

ａｎｄ　Ｓａｆｅｔｙ　２００８．５　

ＷＷＷ．ｄａｍ．ｃｏｒｎ．ｏｎ　

刘祖强，等：三峡永久船闸建筑物在蓄水期的垂直变形分布模型分析　

（１）位于各级闸首顶部的垂直位移监测点，在２００１　

年１１月－２００２年７月取得首次观测值，至２００５年６月　

实测六闸首中北边墙最大上升５．１０　ｍｍ；一闸首南边　

墙最大下沉７．５５　ｍｍ。　

（２）一闸首～六闸首顶部平均垂直位移与气温变　

化过程见图２、图３，从图中可知，闸首顶部垂直位移　

明显与气温变化有关。当气温逐渐升高时，闸墙热　

胀隆起，２００２年６～７月上抬量最大，月上抬量曾达　

到３．１４　ｍｍ，一般在８～１０月上抬量达到峰值后开始　

回落，至次年的１～３月到谷底，不考虑水库蓄水影　

响，各闸首的年变幅在３．６５～６．１６　ｍｍ之间。　

一

５　

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２５　

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５　

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２００ｌ１１　２Ｏ０２０４　２０４）２０９　２００３０２　２００３０８　２００４０１　２００４０６　２００４１ｌ　２００５０５　

时间／年月　

图２一、二、三闸首部位垂直位移与气温过程线图　

Ｆｉｇ．２　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｌｉｎｅ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ，ｓｅｃｏｎｄ，ｔｈｉｒｄ　

ｓｈ｛Ｄ｜ｏｃｋ　ｔｏｐ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅ￣ｔｕｒｅ　

一

５　

３０　

—

３　２５　

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２。　

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１０　

５　

５　

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２００１　１　１　２００２０４　２００２０９　２００３０２　２００３０８　２００４０１　２００４０６　２００４ｌ　１　２００５０５　

时间／年月　

图３四、五、六闸首部位垂直位移与气温过程线图　

Ｆ｛ｇ．３Ｐｒｏｃｅｓｓｌｉｎｅ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆｔｈｅｆｏｒｔｈ　ｆｉｆｔｈ　ｓｉｘｔｈ　

ｓｈｉｐｌｏｃｋ　ｔｏｐ　ａｎｄ　ｔｅｍＤｅｒａｔｕｒｅ　

（３）为分析２００３年６月１０　１３水库蓄水至１３５　ｍ　

高程后各闸首的垂直位移情况，统计了２００３年９月　

相对于２００２年９月和２００４年９月相对于２０Ｏ３年９　

月的下沉量（见表１）。观测结果说明，在水库蓄水后　

的垂直荷载影响下，船闸在顺中心线方向从一闸首　

至四闸首沉降量由大变小；四闸首以下没有明显变　

化，且蓄水后第二年没有明显变化。　

３．２闸顶垂直位移分布模型及分析　

由于２００３年６月１０　１３水库蓄水至１３５　ｍ高　

程后，各闸首和闸室墙顶部有明显的垂直位移差　

异，取蓄水前垂直位移值为基准设建筑物低温期　

２００４年２月与蓄水前２００３年２月的垂直位移差值　

ＷＷＷ．ｄａｍ．ｃｏｍ．ｃｎ　

向量为日，于是可以将　表示成平面坐标（　，Ｙ）的　

函数，即有拟合模型：　

日　，ｙ）＋￡　（１）　

式中ｆ（ｘ，ｙ）是拟合的趋势面；￡为拟合误差。设：　

ｆ（ｘ，ｙ）＝　＋０１（　一　ｍ）＋（ｚ２（），一），ｍ）＋ｎ３（　一　ｍ）　＋（　（　一　ｍ）（），一　

ｙｍ）＋ａＳ（Ｙ－－ｙｍ）　＋……　（２）　

式中，ａｏ、口１、　、０＂３、ａ４、如、……，为待拟合参数；　，　

Ｙ为垂直位移测点的坐标；　，　为测点的中心坐　

标。假设有ｎ个测点时，用矩阵表示：　

Ｈ＝ＸＢ＋ｓ　（３）　

其中，　

日１　

ａｏ　

￡１　

日２　

ｎ１　￡２　

Ｈ＝　

：　＝　

●●●　

●●●　●●●　

Ｈ　Ｈ　

珥　１　

￡ｎ　

厂ｌ￣ｌ－Ｘｍ　Ｙｌ　

（　ｌ一　）　（Ｘｌ一　）（，，ｌ一），ｍ）（ｙ￣－ｙａ）　（　ｌ一　）’　

Ｉ　１　ｒ　ｙ２一ｙ　

（　２　）　（Ｘ２　）（　一　）（ｙｒ　）　（　２一　）　

Ｌ１　—　

由最小二乘解上述方程得到拟合参数：　

Ｂ＝一（　啊）一　Ｗ　（４）　

当测点足够多时，可用剩余标准差（Ｓ）和复相　

关系数（Ｒ）来评价拟合模型的精度。　

表１各闸首蓄水后９月份下沉量一览表　

Ｔａｂｌｅ　１．Ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｘ　ｓｈｉｐｌｏｃｋ　ｔｏｐ　ａｎｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｍ—　

ｐｏｕｎｄｍｅｎｔ　

２００３年９月相对于２００２　２００４年９月相对于２００３　

部位　年

９月下沉量／ｒａｍ　年９月下沉量／ｍｍ　

一

闸首　３．９６　－０．４０　

二闸首　３．Ｏ５　一Ｏ．１９　

三闸首　１＿８８　０．２７　

四闸首　１．５５　－０＿２ｌ　

五闸首　０．Ｏ５　－０．４２　

六闸首　一０．０９　Ｏ．２９　

利用闸顶１１６个测点，分别选定常数、平面模　

型、二次曲面模型和三次曲面模型进行拟合，其中平　

面模型最优，经计算，垂直变形分布模型可表示为：　

日＝３．４００３６４—０．００２２６０Ｘ一０．００３７６６Ｙ　（５）　

这时，模型剩余标准差为０．４６　ｍｍ；复相关系数　

为０．９４２　４１５　８，说明模型拟合精度较高，可以用该　

模型计算任一部位的垂直位移。通过模型计算的南　

北边墙和中隔墩顶垂直位移纵向分布情况见图４。　

Ｂｙ　ＬＩＵ　Ｚｕ—ｑｌａｎｇ：ＶｅｒｌｉｃａＩ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｓｈｉｐｌｏｃｋ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　ｐｒｏｊｅｃｔ　

计算结果进一步说明，在水库蓄水后的垂直荷载影　

响下，船闸在顺中心线方向从一闸首至四闸首沉降　

量由大变小，南边墙、中隔墩、北边墙影响临界点分　

别在桩号１６＋５００、１６＋３８０、１６＋２６０处，说明在水库　

蓄水后船闸建筑物的垂直位移表现出线性均匀的　

变化特征。　

不考虑水库蓄水影响，各闸首的年变幅在３．６５－　

６．１６　ｍｍ之间。　

（２）２００３年６月１０日水库蓄水至１３５　ｍ高程　

后，各闸墙顶部有明显的垂直位移差异，船闸在顺　

中心线方向从一闸首至四闸首沉降量由大变小；四　

闸首以下没有明显变化，且蓄水后第二年没有明显　

变化。由于船闸建筑物与开挖岩体为整体结构，因　

此，这种垂直位移特性实质也是岩体的垂直变形的　

具体表现。　

（３）模型计算结果说明，在水库蓄水后的垂直　

荷载影响下，船闸建筑物的垂直位移表现出线性均　

ｇ　

ｇ　

ｇ　

＝　

２　ｇ　

君　

ｇ　

：　

８　

：　

８　

：　

匀的变化特征。　■　

直位移分布图　

ｔ　ｏｆｎｏｒｔｈ　ａｎｄ　ＳＯＵｔｈ　ｓｉｄｅ　

参考文献：　

【１】刘祖强，裴灼炎，廖勇龙．三峡永久船闸高边坡深层岩体变　

形分析与预测…．人民长江，２００２，３３（４）．　

［２】刘祖强，马能武，Ｉ１ｒ青．三峡永久船闸高边坡表层岩体变形　

分析研究【Ｃ］．水利水电测绘科技论文集．武汉：湖北辞＿｛５出版　

社，２００３．　

通过对三峡永久船闸建筑物垂直位移监测资　

料分析，有以下初步认识：　

【３］刘祖强，张潇，施云江．三峡永久船闸直立坡岩体变形监测　

与变形分析ｆＪ］．人民长江，２００４，３５（５）．　

（１）闸墙顶部垂直位移明显与气温变化有关。　

当气温逐渐升高时，闸墙热胀隆起，一般在８～１０　

月达到峰值后开始回落，至次年的１～３月到谷底，　

・——

收稿日期：２００８—０７—１８　

作者简介：刘祖强（１９６３一），男，湖北当阳人，高级工程师，长期　

从事工程测量与安全嘛测生产管理和应用研究等方面的工作。　

“＋“＋“＋“＋“＋“＋・・＋一＋・・＋・ｔ＋－・＋・－＋・・＋”十・・＋・・＋”＋”＋　卜”—・卜“—●一”—・卜”—・卜”—・卜”——卜“＋“＋“＋“＋“—＋－“＋“＋“—卜“—卜“—－卜“—卜“—卜“—卜“—卜“—卜“—卜“—卜”—卜“—卜“＋

（上接第２５页）　

箱的液面以下。倒垂经过长期运行，线体可能因徐　

变而松弛、油箱内液体挥发而液面下降，将导致浮　

子露出液面而使线体浮力减小，线体的铅直度可能　

因而发生变化，倒垂的测量精度也将随之改变。因　

此，倒垂浮子状态的定期检查不可忽略？　

存在不仅对评估大坝安全状况毫无作用，而且干扰　

了对坝体温度变形性态的分析。　

（３）变形监测，特别是表面变形监测是大坝安　

全监测自动化中最为复杂的项目，基于不同工作原　

理的变形监测仪器，各有其适用的范围和使用条　

件，应根据本工程的实际需求来选用。　

６结语　

（４）测斜仪和类似通过间接测量方式获得的监　

测设备，在设计布置时应预计其可能达到的测量精　

（１）大坝的变形是重要的大坝安全监测项目之　

一

度和测量对象的变化幅度，一般测值误差不宜大于　

变形量的１／１０～１／２０。　

，

不仅要重视新工程的变形监测，更应加强老工　

程的变形监测及其自动化。监测自动化不仅可改善　

工作条件，更重要的是可以获得大量高频次的可靠　

（５）自动化监测系统特别是变形自动化监测系　

统的精心管理和维护，是保持系统稳定运行的关　

键。　■　

数据，并据此建立安全监控模型，对本工程实施及　

时的安全管理和评估。　

（２）坝顶水平位移测点紧靠上游侧的“常规”设　

置并非最佳，这种布置的测点测值中明显的周期性　

温度变形主要是由坝顶混凝土胀缩变形构成，它的　

收稿日期：２００８—０９—２３　

作者简介：彭虹（１９４０一），男，教授级高级工程师，从事大坝　

及工程安全监测技术研究和应用　

２８　Ｄ

ａｍ　ａｎｄ　Ｓａｆｅｔｙ　２００８．５　

ＷＷＷ．ｄａｍ．ｃｏｍ．ｃｎ