变形量的统计规律及成因分析

根据实测变形值整编的表格和图形，可以显示变形的趋势、规律和幅度。例如，图17-3为某混凝土坝的各项变形随时间的变化曲线，各种变形过程线明显显示出坝的年周期变形规律，由其近似正弦曲线的情况可看出，建筑物的变形是弹性的。图17-4为某土石坝的沉陷过程线，从图上可看出，虽然建筑物也有年周期性的沉陷变化，但其长期沉降趋势却很明显。

利用长期观测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。但对某些异常情况该方法就显得不太合适，例如大坝遇到特大洪水时。此外，这种方法也无法对变形的原因作出解释。要搞清楚变形的规律，必须分析引起变形的因素。现以大坝的变形原因为例进行如下讨论。

图17-3 某混凝土坝的变形过程线

一、静水压力

静水压力引起的变形，有4种可能情况：

（1）在静水压力的作用下，由于坝体不同高度处不同水平推力的作用，使坝体产生挠曲变形b，见图17-5 （a）。

（2）由于水库水压力及坝底压力的作用，使坝体产生向下游转动而引起的变形r，见图17-5 （b）。

（3）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u，见图17-5 （c）。

图17-4 某土石坝160m高程处的沉降过程线

图17-5 静水压力引起的水坝变形

（4）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s，见图17-5 （d）。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，有毁坏的危险。

二、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曝晒，其温度高于气温，但在坝的上游面，大部分混凝土浸在库水面之下，其温度将低于气温。在冬季，情况恰好相反。这种现象可以使坝体产生季节性摆动（图17-6）。坝体温度变化引起混凝土的收缩与膨胀是坝顶沉陷的主要原因。

图17-6 坝体温度变化引起的变形

三、时效变化

时效变化是由于建筑材料的变形（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。它的特点是施工期与运营初期比较大，随着时间的推移而渐趋稳定。时效变化为不可逆变形。

我国水库，由于水量来源一般是在春夏季节，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现年周期变化。水库水位与混凝土温度的这种季节性的周期变化，造成了坝体变形的周期性变化（图17-3）。时效变化在土石坝沉陷过程线（图17-4）中可明显地看出。在许多混凝土坝变形成果分析中，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，对于坝顶的位移，温度影响往往比水位影响大。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。