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基于線性回歸模型的黃前水庫土石壩滲流穩(wěn)定性分析

文檔作者：王冰1，2 劉猛2 朱家輝3 文檔來源： 1.山東大學(xué)齊魯醫(yī)院基建處 2.山東省水利勘測設(shè)計院有限公司 3.紹興文理學(xué)院		更新日期： 2026年07月02日	點擊數(shù)：
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上一篇：水電站水庫群優(yōu)化調(diào)度方法研究

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四川水泥 2025年第6期 ICHUAN SHUINI S
0 引言
作為我國水庫大壩的主要壩型，土石壩多建于20世紀
中葉，受限于當(dāng)時的技術(shù)條件，普遍存在滲流及結(jié)構(gòu)變形
等質(zhì)量缺陷。盡管經(jīng)過多次除險加固，這些壩體仍難以完
全恢復(fù)其設(shè)計功能［1］。其中，滲流問題尤為突出，是威脅大
壩安全運行的關(guān)鍵因素。自達西定律提出以來，大壩滲流
問題便成為工程界研究的重點領(lǐng)域。現(xiàn)有研究主要采用
多種技術(shù)手段進行探索：姚紀華等［2］運用AutoBank軟件建
立數(shù)值模型進行防滲穩(wěn)定性計算；徐東彪等［3］采用DS-In?
SAR時序分析技術(shù)獲取大壩形變特征；孫華云［4］基于簡化
的Bishop法確定最危險滑動面，并評估不同工況下的壩體
穩(wěn)定性；Francis O與Pan Y等［5-6］通過數(shù)值模擬揭示了滲
流-應(yīng)力耦合作用下的壩體穩(wěn)定性演變規(guī)律。上述研究表
明，開展?jié)B流監(jiān)測、評估壩體穩(wěn)定性并制定針對性加固方
案，是確保大壩安全運行的重要措施［7-8］。本文以黃前水
庫為例，建立庫水位與測壓管水位的一元線性回歸模型，
對土石壩滲流穩(wěn)定性進行分析，旨在為類似工程的滲流監(jiān)
測與風(fēng)險防控提供數(shù)據(jù)支撐和理論參考。
1 工程概況
黃前水庫大壩全長1530m，壩頂寬7.0m，分為壤土
心墻砂殼壩段和均質(zhì)土壩段兩部分。其中，樁號0+
000~1+214段為壤土心墻砂殼壩，最大壩高33.30m，壩
頂高程213.24~213.36m（設(shè)計壩頂高程213.30m），防浪
墻頂高程213.95~214.06m（設(shè)計高程214.00m）。樁號
1+214~1+530段為均質(zhì)土壩，最大壩高7.8m。
溢洪道（閘）位于大壩右端，由進水渠、控制段、泄
槽、消能段及出水渠組成。閘室為正槽開敞式寬頂堰
型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長16.0m，共7孔，每孔凈寬10.0m，
中孔中墩寬1.4m，邊孔中墩寬3.9m，總寬83.4m，堰頂高
程 201.00m。 放 水洞位于大壩樁號 0+100處 ，總 長
149.2m，為鋼筋混凝土內(nèi)襯管，鋼管內(nèi)徑1400mm，設(shè)計
流量15.0m3/s，進口底高程188.00m。
水庫現(xiàn)狀存在的主要工程地質(zhì)問題包括庫岸穩(wěn)定
性、庫區(qū)滲漏、庫岸浸沒及庫區(qū)淤積。庫區(qū)岸坡以巖土
混合結(jié)構(gòu)為主，坡度通常在10°~40°之間，局部護砌結(jié)
構(gòu)損壞及坡度較陡區(qū)域，存在輕微的庫岸再造現(xiàn)象。
庫區(qū)兩側(cè)屬低山丘陵地貌，巖性主要為花崗片麻巖、黑
云變粒巖等變質(zhì)巖，其透水性較弱。同時，庫區(qū)內(nèi)未發(fā)
現(xiàn)連通水庫與相鄰溝谷的導(dǎo)水?dāng)嗔眩瑤炫枵w地形封
閉條件良好，因此現(xiàn)狀庫區(qū)不存在滲漏問題。庫岸邊
坡以巖質(zhì)或巖土混合結(jié)構(gòu)為主，巖性以變質(zhì)巖為主，多
具微弱透水性，且地勢由庫區(qū)向庫岸山體逐漸變陡，第
四系覆蓋層厚度較小，故岸坡一般不存在浸沒問題。
現(xiàn)狀水庫運行水位多低于現(xiàn)狀興利水位209.00m，未觀
測到浸沒現(xiàn)象。庫區(qū)淤積物主要源自河流沖積、洪積
以及庫岸坡積、洪積形成的第四系地層。庫區(qū)周邊山
體大部分基巖裸露，表層風(fēng)化剝落后形成粗砂、礫砂等
物質(zhì)，易被雨水沖蝕并流入庫內(nèi)。加之人工開山造田、
局部小規(guī)模庫岸再造，以及汛期入庫洪水具有源短流
基于線性回歸模型的黃前水庫土石壩
滲流穩(wěn)定性分析
摘要：土石壩滲流安全問題是大壩整體安全中的關(guān)鍵部分，滲透水不僅會弱化土體強度指標(biāo)，更可能引發(fā)
壩坡失穩(wěn)、防滲體破壞等問題。以黃前水庫為例，基于測壓管觀測數(shù)據(jù)，建立庫水位與測壓管水位的一元線性
回歸模型，對土石壩滲流穩(wěn)定性進行分析，并排查模型誤差優(yōu)化預(yù)測精度。結(jié)果表明，該模型能有效識別滲流
異常區(qū)域，不同測壓管回歸擬合效果體現(xiàn)壩體滲流空間差異性，可為土石壩滲流穩(wěn)定性評估提供依據(jù)。此外，
提出大壩培厚加固、心墻回填壓實及帷幕灌漿等土石壩滲流穩(wěn)定性改善措施，可有效降低測壓管水位，解決局
部滲流異常問題，實現(xiàn)土石壩滲流穩(wěn)定性提升，對實現(xiàn)大壩安全動態(tài)監(jiān)測、預(yù)防滲流風(fēng)險具有重要實踐意義。
關(guān)鍵詞：土石壩；滲流穩(wěn)定性；線性回歸模型；測壓管；滲流異常；改善措施
中圖分類號：TV698.12 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1007-6344（2025）06-0017-03
王 冰1，2 劉 猛2 朱家輝3*
（1.山東大學(xué)齊魯醫(yī)院基建處，山東 濟南 250012； 2.山東省水利勘測設(shè)計院有限公司，山東 濟南 250013；
3.紹興文理學(xué)院，浙江 紹興 312000）
作者簡介：王 冰（1991-），男，漢族，山東德州，研究生，工程師，主要從事工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘察研究工作。
通訊作者*：朱家輝（2003-），男，漢族，浙江寧波，研究方向：防災(zāi)減災(zāi)。
48
急、攜帶大量泥沙入庫的特點，導(dǎo)致該水庫固體徑流來
源較為豐富，易引發(fā)庫區(qū)淤積問題。鑒于此，亟需對大
壩滲流穩(wěn)定性進行監(jiān)測及分析，以提高其防滲穩(wěn)定性
2 基于線性回歸模型的滲流穩(wěn)定性監(jiān)測方法
2.1 測壓管布置與數(shù)據(jù)采集
通過布置浸潤線測壓管與滲水壓力測壓管，采集
2021年8月20日至2022年7月29日期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)（每
10d左右觀測一次）。同時，通過現(xiàn)場勘查庫區(qū)地質(zhì)條
件，結(jié)合水庫現(xiàn)狀及增容后的工程地質(zhì)特征進行系統(tǒng)
性評價，以期能較為詳細地了解黃前水庫的大壩情況。
壩體浸潤線測壓管和壩基滲水壓力測壓管的布置
如下。在0+110、0+350、0+550、0+750、0+950、1+100、
1+300共7個斷面上布置壩體浸潤線測壓管，每個斷面
中各有2~5根。其中，壩軸線上游2m處、下游壩坡工程
212.00m處、下游坡高程209.00m處各設(shè)1根，下游壩坡
戧臺203.30m和193.30m處各一根，共安設(shè)27根。壩基
滲水壓力測壓管布置于0+110、0+200、0+350、0+950、
1+050斷面上，0+350為最大壩高斷面，可觀測壩基滲水
壓力。每個斷面設(shè)3根，共安設(shè)15根。在對黃前水庫進
行滲流監(jiān)測時，首先對測得的各項水位數(shù)據(jù)進行整理，
再將測量過程中的不合理數(shù)據(jù)進行剔除。
2.2 線性回歸數(shù)學(xué)模型構(gòu)建
采用一元線性回歸方法建立庫水位與測壓管水位的
數(shù)學(xué)模型。以水庫水位為自變量（X），各測壓管水位為因
變量（Y），利用Excel軟件構(gòu)建回歸方程。根據(jù)回歸所得的
相關(guān)系數(shù)（Multiple R）和決定系數(shù)（也稱擬合優(yōu)度，R²）來
量化兩者之間的相關(guān)程度，其中R²的取值范圍為0~1，其值
越接近1表明模型擬合效果越好。當(dāng)滿足R²>0.8且相關(guān)系
數(shù)Multiple R在0.8~1.0之間時，可判定庫水位與測壓管水
位呈極強線性相關(guān)關(guān)系。建立的回歸模型表達式為：
Y=αX+β （1）
式中：α為回歸系數(shù)；β為截距。
該模型能有效反映土石壩滲流場中庫水位變化對
測壓管水位的傳導(dǎo)規(guī)律，為工程滲流穩(wěn)定性監(jiān)測提供
量化分析工具。模型擬合優(yōu)度的高低可直接表征壩體
防滲系統(tǒng)的運行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)偏離時，提示該監(jiān)測斷面
可能存在異常滲流通道。
3 土石壩滲流穩(wěn)定性分析
3.1 典型斷面線性回歸模型建立及穩(wěn)定性分析
利用測壓管觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建線性回歸數(shù)學(xué)模型，可
量化庫水位與測壓管水位間的關(guān)聯(lián)性。為減少外部因
素干擾，如降雨及時間序列累積效應(yīng)等次要變量的影
響，選取2021年8月20日至2022年7月29日期間連續(xù)且
完整的庫水位數(shù)據(jù)及各斷面測壓管水位數(shù)據(jù)，建立一
元線性回歸方程。通過計算相關(guān)系數(shù)（Multiple R）及
決定系數(shù)（R²）等統(tǒng)計指標(biāo)，分析測壓管水位的變化特
征，并對未來變化趨勢進行預(yù)測。以0+110斷面為例，
各測壓管回歸分析統(tǒng)計結(jié)果如表1所示，其中I-1（1）與
IJ-1（2）測壓管的回歸分析方程示意圖如圖1所示。
表1 0+110斷面測壓管回歸分析統(tǒng)計表
管號
I-1(1)
IJ-1(2)
I-2(3)
IJ-2(4)
IJ-3(5)
回歸方程
Y=1.01613X-9.495
Y=0.7099X+49.4025449
Y=0.3228X+127.8073
Y=0.3860X+114.141
Y=0.14143X+160.8174
Multiple R
0.959611529
0.985166615
0.220515653
0.634606695
0.670827574
R2
0.920854287
0.970553259
0.048627153
0.402725657
0.450009634
（a）I-1（1） （b）IJ-1（2）
圖1 0+110斷面測壓管回歸分析
表1數(shù)據(jù)顯示，I-1（1）與IJ-1（2）測壓管的R²值分別
為0.9209與0.9706，均>0.8，表明模型擬合度良好。其
Multiple R值分別為0.9596和0.9852，均處于極強相關(guān)
區(qū)間，模型線性特征顯著，可用于預(yù)測高水位條件下各
測壓管水位，為土石壩0+110斷面的滲流穩(wěn)定性監(jiān)測與
分析提供依據(jù)。然而，IJ-2（4）與IJ-3（5）測壓管的R²值約
為0.4，I-2（3）測壓管的R²值僅為0.0486，擬合度較低，呈
現(xiàn)弱相關(guān)。從觀測數(shù)據(jù)來看，該處水位在193.3~203.4m
范圍內(nèi)波動，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不規(guī)則起伏。
由此表明，黃前水庫大壩0+110斷面的滲流狀態(tài)呈現(xiàn)
明顯的空間差異性。通過對比各測壓管水位與庫水位的
回歸關(guān)系，可對該斷面的滲流穩(wěn)定性作出如下評價：（1）測
壓管I-1（1）和IJ-1（2）表現(xiàn)出的極強相關(guān)性（R²>0.9），表明
該區(qū)域滲流路徑通暢，水位響應(yīng)靈敏，防滲系統(tǒng)運行狀態(tài)
良好，其線性特征顯著的關(guān)系為預(yù)測高水位條件下的滲流
狀態(tài)提供了可靠依據(jù)；（2）IJ-2（4）和IJ-3（5）測壓管的中等
相關(guān)性（R²≈0.4）反映出該區(qū)域可能存在局部的滲流阻滯
現(xiàn)象，可能源于壩體材料的非均質(zhì)性或局部壓實度不足，
導(dǎo)致滲流路徑發(fā)生變化；（3）I-2（3）測壓管的R²值僅為
0.0486，擬合度較低，且該測點水位在193.3~203.4m范圍
內(nèi)呈現(xiàn)不規(guī)則波動，與庫水位的相關(guān)性極弱，表明該土石
壩區(qū)域可能存在局部防滲體缺陷、測點附近滲流集中或土
石壩基接觸帶滲漏通道等不良現(xiàn)象。
3.2 模型誤差分析與優(yōu)化處理
回歸分析結(jié)果顯示，測壓管I-1（1）、IJ-1（2）、IJ-2（4）
研究與探討
ANJIU YU TANTAO Y 49
四川水泥 2025年第6期 ICHUAN SHUINI S 和IJ-3（5）的監(jiān)測數(shù)據(jù)所建立的一元線性回歸模型均具備
測壓管水位預(yù)測功能，但各測點模型的預(yù)測精度表現(xiàn)出明
顯差異。具體來看，測壓管I-1（1）和IJ-1（2）的回歸方程展
現(xiàn)出較高的擬合優(yōu)度，其預(yù)測結(jié)果與實際水位觀測值高度
一致；測壓管IJ-2（4）和IJ-3（5）的回歸方程則存在一定程
度的預(yù)測偏差；而測壓管I-2（3）的回歸模型由于擬合效果
欠佳，基本沒有預(yù)測價值。對于模型精度差異現(xiàn)象，需要
重點考察測量操作規(guī)范性、數(shù)據(jù)記錄準確性、測壓管靈敏
度、防雨水措施有效性以及管口高程基準穩(wěn)定性等潛在誤
差來源。通過排查并修正各誤差因素后重新構(gòu)建回歸模
型，可以顯著提高模型的可靠性和預(yù)測準確性。經(jīng)過優(yōu)化
處理的線性回歸模型能夠準確刻畫庫水位與測壓管水位
之間的定量關(guān)系，為土石壩滲流穩(wěn)定性分析提供可靠的技
術(shù)手段，在實際工程中可用于滲流場特征識別、異常滲流
區(qū)域定位以及防滲系統(tǒng)效果評估等重要環(huán)節(jié)。
3.3 土石壩滲流穩(wěn)定性改善措施與效果驗證
基于前文通過線性回歸模型對土石壩滲流穩(wěn)定性
的分析結(jié)果，得到部分測壓管數(shù)據(jù)擬合度較低，可能存
在局部滲流異常現(xiàn)象。為了提升土石壩的滲流穩(wěn)定
性，確保大壩安全運行，提出一系列滲流穩(wěn)定性改善措
施，并對實施效果進行驗證。
3.3.1 滲流穩(wěn)定性改善措施
（1）大壩上游坡培厚加固及護坡，在上游坡培厚加
固過程中，首先要對壩前淤積物進行清理，隨后在大壩
上游坡腳進行拋石壓重，形成壩坡培厚部分的承載體
后進行培厚度加固，在拋石壓重施工過程中所采取的
淤泥擾動加拋石擠淤的施工方法取得了較好的效果；
下游壩面增設(shè)排水溝、對貼坡排水體進行改建。
（2）心墻頂高程210.46m以上的砂礫石全部挖除，用
黏性土重新回填、壓實，使心墻頂高程達到高程212.30m。
（3）大壩樁號0+000～0+250、0+900～1+150段壩基
滲漏段進行帷幕灌漿，灌漿深度為深入基巖面以下
15.0m；階地壩段原非常溢洪道漿砌石裹頭、爆破藥室
拆除改為均質(zhì)壩；改建壩頂防浪墻。
3.3.2 效果驗證
為了驗證上述改善措施的實施效果，以0+110斷面
為例，將實施改善措施后各次觀測的庫水位和測壓管
水位數(shù)據(jù)繪制成圖，具體如圖2所示。
圖2 庫水位及0+110斷面各測壓管水位的變化過程線
由圖2可知，在實施改善措施后，該斷面各測壓管
水位均低于庫水位，表明各改善措施有效地提高了土
石壩的滲流穩(wěn)定性，為土石壩的安全運行提供了有力
保障。
4 結(jié)束語
本文以黃前水庫為依托，通過構(gòu)建庫水位與測
壓管水位的一元線性回歸模型，對土石壩滲流穩(wěn)定
性進行監(jiān)測及分析。結(jié)果表明，線性回歸模型能夠
有效量化庫水位與測壓管水位的關(guān)聯(lián)，通過相關(guān)系
數(shù)和決定系數(shù)可準確識別滲流異常區(qū)域，為大壩滲
流 監(jiān)測提供了可靠的量化分析工具 。 不 同測壓管
的回歸擬合效果存在顯著差異，反映出土石壩滲流
狀 態(tài)的空間非均勻性 ，其 中部分區(qū)域呈現(xiàn)強相關(guān)
性，表明防滲系統(tǒng)運行良好；而部分區(qū)域擬合度低，
揭 示出可能存在的滲流缺陷 ，穩(wěn) 定性不足 。 此 外 ，
基于模型分析結(jié)果提出大壩培厚加固、心墻回填壓
實及帷幕灌漿等滲流穩(wěn)定性改善措施，經(jīng)工程實踐
驗 證效果顯著 ，有 效降低了測壓管水位 ，提 高了壩
體防滲性能。
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【責(zé)任編輯：曾玉蘭】
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