高混凝土面板堆石壩的動態(tài)監(jiān)測(1)

1、高混凝土面板堆石壩的動態(tài)監(jiān)測(1)    摘要：地震反應(yīng)監(jiān)測、水力學(xué)原型觀測、爆破振動監(jiān)測是高面板壩動態(tài)監(jiān)測的重要組成部分，應(yīng)給予足夠的重視，本文簡要闡述了高面板壩動態(tài)監(jiān)測的目的以及它的主要內(nèi)容與有關(guān)問題。 關(guān)鍵詞：高混凝土面板壩 地震反應(yīng)監(jiān)測 水力學(xué)原型觀測 爆破振動監(jiān)測 1、引言 混凝土面板壩是近二三十年內(nèi)發(fā)展起來的一種新壩型，由于它的發(fā)展歷史較短，以及現(xiàn)有面扳壩計算理論還不夠成熟和完善，面板壩的設(shè)計基本上是經(jīng)驗性的，采用工程類比的經(jīng)驗方法較多，所以應(yīng)加強混凝土面板壩的監(jiān)測，積累大量的實測資料，為正確評價大壩運行狀態(tài)、校核設(shè)計和改進施工水平提供依據(jù)。

2、隨著高混凝土面板壩的出現(xiàn)，以及深覆蓋層上面板壩的興建，對面板壩監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展起了促進作用，同時也引出了面板壩監(jiān)測技術(shù)的許多問題。1993年青海省溝后面板壩的失事，對我國面板壩的監(jiān)測技術(shù)提出了新的課題。面板壩的監(jiān)測按外荷載引起物理量的變化速度可分為靜態(tài)監(jiān)測和動態(tài)監(jiān)測，對于靜態(tài)監(jiān)測，國內(nèi)外己做了較多的研究，而對作為同樣重要的動態(tài)監(jiān)測的研究則較少，特別是面板壩的地震反應(yīng)性態(tài)如何，幾乎沒有任何的實測資料，所以探討混凝土面板堆石壩的動態(tài)監(jiān)測具有重要的現(xiàn)實意義，本文簡要介紹了高混凝土面板堆石壩動態(tài)監(jiān)測的目的以及它的主要內(nèi)容與有關(guān)問題。2、動態(tài)監(jiān)測面板壩的靜態(tài)監(jiān)測包括水平位移、沉降、孔隙水壓力、土壓力、面板

3、的應(yīng)變和撓度、周邊縫的位移、鋼筋應(yīng)力和滲流量；動態(tài)監(jiān)測包括地震反應(yīng)監(jiān)測、水力學(xué)原型觀測和爆破振動監(jiān)測。對于地震反應(yīng)監(jiān)測來說監(jiān)測物理量是瞬時的，發(fā)生的時刻目前難以預(yù)測，荷載作用的時間極短，一般只有幾十秒；而水力學(xué)原型觀測中監(jiān)測物理量持續(xù)的時間較長。我國是地震多發(fā)國家，有不少面板壩建在地震區(qū)，象己建成的小干溝面板壩（55m）、大橋面板壩（95m）都處于地震烈度8°以上的地區(qū)，而且地震運動對面板壩的壩體、壩基和溢洪道的穩(wěn)定性有重要的影響，大壩在地震時的性態(tài)很復(fù)雜，因此對地震區(qū)的面板壩進行地震反應(yīng)監(jiān)測是一項重要的工作.智利考戈蒂壩（75m）位于地震區(qū)，上游壩坡11.6，下游壩坡11.8，上游

4、采用分層的混凝土面板，面板下為礫石墊層，1943年4月7日智利中部發(fā)生8.3級地震，壩址測得加速度為0.14g，地震后壩頂沉陷350mm，1945年至1946年又沉陷460mm，同時下游壩坡有石塊滾落。在面板壩上布置強震監(jiān)測儀器，可監(jiān)測天然地震和水庫誘發(fā)地震對壩區(qū)的影響以及壩體對地震的反應(yīng)，可以獲得不同高程的振動加速度過程線，可為壩體、壩基和壩區(qū)附近高邊坡的抗滑穩(wěn)定分析提供實測資料。面板壩的地震反應(yīng)監(jiān)測可分為工程地震監(jiān)測與工程動力性質(zhì)監(jiān)測，后者包括動孔隙水壓力、動土壓力、動位移。由于地震監(jiān)測儀器價格較貴，在壩上布設(shè)的儀器不可能很多，因此，應(yīng)將有限的儀器布置在關(guān)鍵的部位，對于面板壩而言除在壩體布

5、置強震儀外，還應(yīng)在壩下游距壩址約2倍壩高左右處設(shè)一基巖自由場測站，以測取基巖的地震動特性。目前國內(nèi)面扳壩的地震反應(yīng)監(jiān)測測站一般設(shè)在壩的表面，布置在下游壩坡上，如天生橋一級面板壩，在下游壩坡三個位移觀測斷面的不同高程，以及壩體的兩端布置了強震儀觀測站13個，形成了地震觀測網(wǎng)；至于工程動力性質(zhì)監(jiān)測，目前國內(nèi)還只限于動孔隙水壓力觀測。地震反應(yīng)監(jiān)測主要是利用強震儀來監(jiān)測地震時地面運動的全過程以及壩體等水工建筑物對地震的反應(yīng)，在強震加速度記錄測試中，一般直接測得到的是加速度信號，可用辛普生數(shù)值積分法推求相應(yīng)的速度和位移變形。實測的加速度記錄為欲計算的速度曲線為欲計算的位移曲線為由于水力學(xué)這門學(xué)科的發(fā)展還

6、沒有達到完善的程度，有些設(shè)計參數(shù)還得從模型試驗中獲取，工程是否安全有待實踐的檢驗。因此，有必要從原型中測得實際資料。水流流速是水力學(xué)的重要參數(shù)，它是進行消能沖刷、磨損、脈動、空蝕和摻氣資料分析的依據(jù)。水流流速可分為區(qū)段平均流速、時間平均流速、脈動流速和斷面平均流速，可根據(jù)工程的規(guī)模、等級以及研究項目的需要確定監(jiān)測項目和監(jiān)測部位。對于高面扳壩，溢洪道是主要的泄水建筑物，且它的長度有些長達100多米，水流的流速很大，一般在溢洪道的溢流壩面、陡槽、挑流鼻坎未端等部位設(shè)流速監(jiān)測斷面，平均流速一般采用浮標、畢托管及流速儀來測定，由以上各法測定的流速，應(yīng)及時進行整理分析，給出垂線的流速分布和平均流速，斷面

7、的流速分布和平均流速以及代表流速分布特征的a系數(shù)值。脈動流速與消能沖刷、脈動壓力、空蝕與摻氣等有密切的關(guān)系，它是水力學(xué)原型觀測中的重要內(nèi)容，一般在沿水流方向與垂直水流方向布置足夠的測點，以便了解水流紊動強度的變化情況。高速水流的動水壓力對于確定溢洪道的動力符載、空蝕和摻氣等現(xiàn)象具有重要的影響，它的瞬時值包括時均壓力和脈動壓力，一般作用在建筑物上的瞬時荷載高于時均荷載，若設(shè)計時只考慮時均均載，而未考慮脈動壓力，建筑物就有破壞的危險。對于高面板壩，時均壓力測點一般布置在溢洪道的閘孔中線、閘墩兩側(cè)和溢流堰的堰頂，而脈動壓力可在沿水流方向與垂直水流方向布置足夠的測點，同時在水流特性與邊界條件有突變的部位也布置測點.并盡量使之與模型測點相對應(yīng)，以便驗證模型試驗的結(jié)果。監(jiān)測脈動壓力的傳感器是將實際物理量轉(zhuǎn)換為電的模擬量來實現(xiàn)的，所以測量之前，必須進行率定，找出物理量同模擬量之間的關(guān)系，率定在室內(nèi)和現(xiàn)場分別進行。隨著高面板壩的興建，有關(guān)水力引起結(jié)構(gòu)物的振動問題已引起人們的關(guān)注，而流動誘發(fā)振動問題較復(fù)雜，利用現(xiàn)有的流體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本理論還不能完全解決它，因此，需通過原型觀測獲得數(shù)據(jù)來解決。面板壩的溢洪道泄槽、水工閘門容易產(chǎn)生振動，水電站的引水管道由于內(nèi)水壓力的波動也容易引起振動問題