大壩變形觀測(cè)在大壩建設(shè)、管理運(yùn)行中的作用

1、大壩變形觀測(cè)在大壩建設(shè)、管理運(yùn)彳亍中的作用2012302660036肖橋國際軟件學(xué)院一、大壩變形的原因一般來講，大壩變形主要是由兩方面的原因引起的，一是自然條件及其變化，即建筑物地基的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、土壤的物理性質(zhì)、大氣溫度等。例如基礎(chǔ)的地質(zhì)條件不同，有的穩(wěn)定，有的不穩(wěn)定，會(huì)引起建筑物的不均勻沉陷，使其發(fā)生傾斜；建筑在土基上的建筑物，由于土基的塑性變形而引起沉陷；由于溫度與地下水位的季節(jié)性和周期性的變化，而引起建筑物的規(guī)律變化。另一種是與建筑物本身相聯(lián)系的原因，即建筑物本身的荷重、建筑物的結(jié)構(gòu)、形式及動(dòng)荷載（如風(fēng)力、震動(dòng)等）的作用。此外，由于勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營管理工作做得不合理，還會(huì)

2、引起建筑物產(chǎn)生額外的變形。這些變形的原因是互相聯(lián)系的。隨著水工建筑物的興建，改變了地面原有的狀態(tài)，對(duì)于建筑物的地基施加了一定的外力，這就必然會(huì)引起地基及其周圍地層的變形。而建筑物本身及其基礎(chǔ)，也由于地基的變形及其外部荷載與內(nèi)部應(yīng)力的作用而廣生變形。水工建筑物的變形按其類型來區(qū)分，可以分為靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形。靜態(tài)變形通常是指變形觀測(cè)的結(jié)果只表示在某一期間內(nèi)的變形值，也就是說，它只是時(shí)間的函數(shù)；動(dòng)態(tài)變形是指在外力影響下而產(chǎn)生的變形，故它是以外力為函數(shù)來表示的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)對(duì)于時(shí)間的變化，其觀測(cè)結(jié)果是表示建筑物在某個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)變形。變形觀測(cè)的任務(wù)是周期性地對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)，求得其在兩個(gè)觀測(cè)周期間的變化

3、量。而為了求得瞬時(shí)變形，則應(yīng)采用各種自動(dòng)記錄儀器記錄其瞬時(shí)位置。二、大壩變形觀測(cè)的重要性隨著我國水利水電建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，筑壩數(shù)量已躍居世界之首，筑壩技術(shù)也日趨成熟。到目前為止，筑壩總數(shù)約86000余座，其中15m以上的高壩約有18000多座，10om以上的有20多座，水電站裝機(jī)容量在1.2萬kw以上的大壩有136座。已建成的150m高的高壩中有龍羊峽、烏7工渡、東白山和劉家峽等大壩，還有一批高壩如二灘、緊水灘、安康、東風(fēng)、天生橋等正在建造中。隨著時(shí)間的推移，大壩的老化是不可避免的，且我國有不少大壩，限于建壩時(shí)的經(jīng)驗(yàn)與運(yùn)行中的管理，以及設(shè)計(jì)或地質(zhì)結(jié)構(gòu)處理等問題，還存在著某些缺陷或隱患，如拓林、陳

4、村、天橋、豐滿、梅山等大壩都有這類情況。這種老化或者變形在一定限度之內(nèi)，應(yīng)認(rèn)為是正常的現(xiàn)象，但如果超過了規(guī)定的限度，就會(huì)影響大壩的正常使用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及大壩的安全。因此，在大壩的施工和運(yùn)營期問，必須對(duì)它們進(jìn)行監(jiān)視觀測(cè)。新中國建立后，政府和有關(guān)部門十分重視大壩安全管理工作。水電部門在50年代開始就制訂了各項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)程或規(guī)范，以后乂組織過多次修改補(bǔ)充。1985年底成立了全國性的“水電站大壩安全監(jiān)察中心”，并開始建立各地區(qū)、各省的大壩安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)，逐步培訓(xùn)監(jiān)察人員，完善監(jiān)察組織。對(duì)水電部主管的136座大中型水電站的大壩進(jìn)行了書面普查，對(duì)全國32座重要的水電站進(jìn)行了實(shí)地考察。1987年9月，水電部頒發(fā)

5、了水電站大壩安全管理暫行辦法，作為全國開展和加強(qiáng)水電站大壩安全管理工作的基本規(guī)定，在此基礎(chǔ)上，還制定了水電站大壩安全檢查施行細(xì)則和混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范等。我國在大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究、學(xué)術(shù)交流和人材培養(yǎng)方面都取得了可喜的進(jìn)展，在大壩安全管理方面也積累了不少經(jīng)驗(yàn)。三、大壩變形觀測(cè)在大壩建設(shè)、管理運(yùn)行中的作用預(yù)防事故或使事故縮小到最低限度是水利樞紐進(jìn)行變形觀測(cè)和研究的最主要任務(wù)之一。國際大壩委員會(huì)認(rèn)為，研究水工建筑物，其中包括大壩的位移，仍是目前能說明大壩實(shí)際狀況的唯一精確和可靠方法。而確定這種狀況的因素通常在設(shè)計(jì)過程中難以探明。國際大壩委員會(huì)在1974年出版的大壩事故中引出的教訓(xùn)一書中曾對(duì)

6、大壩失事破壞的原因作過統(tǒng)計(jì)分析，提出滑動(dòng)所引起的破壞只占破壞總數(shù)的15%，也就是說只有15%的情況可以用安全系數(shù)這個(gè)概念來估計(jì)，其余85%的破壞都是由常規(guī)的穩(wěn)定分析以外的因素引起的，如設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行等。這些因素很難由計(jì)算來確定，如果不進(jìn)行檢查觀測(cè)，不了解水工建筑物工作情況和狀態(tài)變化，盲目地運(yùn)行將是十分危險(xiǎn)的，不少工程中，由于沒有設(shè)置觀測(cè)設(shè)備，缺少定期檢查觀測(cè)，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常預(yù)兆，以致造成了嚴(yán)重的事故。因此必須在大壩上安裝必要的觀測(cè)設(shè)備，借助這些設(shè)備進(jìn)行觀測(cè)，以保證大壩在施工和運(yùn)行期間的安全。近年來，國內(nèi)、外壩工建設(shè)者有關(guān)大壩安全監(jiān)測(cè)所積累的成功事例足以說明這個(gè)問題，例如：松花7工上的豐滿大

7、壩是日偽時(shí)期修建，工程質(zhì)量低劣。解放初期壩的滲漏和變形都很大，根據(jù)對(duì)大壩原型觀測(cè)的實(shí)測(cè)資料推算，在遭到白年一遇的洪水時(shí)，壩就有失去穩(wěn)定的危險(xiǎn)，因此進(jìn)行了加固，使揚(yáng)壓力、滲流量和位移明顯減少，有效地提高了壩的穩(wěn)定性，保障了安全運(yùn)行。梅山連拱壩高88m,于1962年11月發(fā)現(xiàn)右岸大面積漏水，在此之前，通過原型觀測(cè)發(fā)現(xiàn)S1號(hào)垛錘線讀數(shù)向下游增大19.6mm，向左增大14.smm,一天以后向左突然增至39.5mm，過了兩天乂增大到43.6mm,情況異常，當(dāng)即放空水庫，加固大壩，1965年再次蓄水至今，運(yùn)行情況良好。瑞士的佐伊采爾拱壩，壩高156m,竣工后20年大壩及其基礎(chǔ)突然開始變形。1976-198

8、0年壩頂下沉10cm。兩岸距離縮短了5cm,拱冠頂向下游移動(dòng)9cm,高出計(jì)算值一倍多。泄放了90%的庫水才發(fā)現(xiàn)壩體有裂縫，并查明了變形的原因一靠壩（距離大壩1.5km,比壩底低320m處）開挖了一條隧洞，用以排泄地下水，而水壩正建在浸透地下水的巖體上，于是停止掘鑿隧洞以后的測(cè)量表明變形有所衰減。蘇聯(lián)于1948年建成的什洛柯夫土石壩，壩高48m，至1971年壩頂下沉達(dá)74cm，水平位移達(dá)96cm。由于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，采取了加固壩體的措施。施工期間進(jìn)行變形觀測(cè)能檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)建筑物的施工質(zhì)量，有助于修正設(shè)計(jì)方案和檢查核實(shí)工程施工方法。如在灌漿時(shí)經(jīng)常觀測(cè)到的標(biāo)志的沉陷（隆起）有可能了解施工過程的狀況。實(shí)測(cè)

9、的變形數(shù)值可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的理論依據(jù)，核對(duì)計(jì)算公式和公正地評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)質(zhì)量。從分析事故的原因可知，在許多情況下并非由于大壩的強(qiáng)度不夠而引起事故，而是巖基基礎(chǔ)受到破壞所致。測(cè)量基礎(chǔ)的沉陷和水平位移能夠驗(yàn)證勘測(cè)時(shí)近似確定的基礎(chǔ)彈性模量，從而可以更可靠地判定建筑物的穩(wěn)定性和預(yù)報(bào)以后的變形。原型觀測(cè)的一個(gè)重要任務(wù)就是研究大壩與基礎(chǔ)相互作用的形式與范圍，確定活動(dòng)的變形地帶以及向下游、兩岸深處和基底以下延伸的范圍。利用大地測(cè)量方法能夠解決這類問題。一般山區(qū)建筑大壩是在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行，壩址處往往有構(gòu)造裂縫，而在壩址附近則常有斷層。研究巖石沿裂縫和斷層的運(yùn)動(dòng)對(duì)于解決樞紐施工的可能性和壩型選擇問題是重要的。因而

10、，這些地區(qū)在施工以前，應(yīng)在勘測(cè)工作中組織水平與垂直位移的觀測(cè)，同時(shí)開始滑坡和潛在不穩(wěn)定巖體的觀測(cè)。通過這樣的觀測(cè)就可以對(duì)上述地區(qū)的地質(zhì)狀況做出估計(jì)，解決能否施工和有無必要采取邊坡加固措施等問題。山區(qū)大型水庫蓄水在許多情況下都會(huì)導(dǎo)致地震活動(dòng)的增加，這種局部“大壩式”地震有可能造成嚴(yán)重的后果。例如，1967年印度的科英水利樞紐8-9級(jí)的地震引起壩面出現(xiàn)裂縫和破裂，使103m高的大壩遭到嚴(yán)重破壞，損失慘重。所有這些迫使人們開始對(duì)“大壩式”地震進(jìn)行研究，以便掌握地震的時(shí)間與性質(zhì)?？梢詳喽ǎ卣鹋c庫區(qū)地殼形變是有聯(lián)系的，因而可以推導(dǎo)出最大垂直位移與地震級(jí)間的概略關(guān)系。以上，大壩變形觀測(cè)除了主要預(yù)防事故或

11、使事故縮小外，還有著以下作用：(1) .為樞紐安全鑒定提供依據(jù)。(2) .通過對(duì)監(jiān)測(cè)資料的分析，可以與設(shè)計(jì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以實(shí)際情況來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)理論的可靠性；以利于進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)和建立有效的變形預(yù)報(bào)模型。(3) .通過對(duì)監(jiān)測(cè)成果的整編與分析，可以對(duì)被監(jiān)測(cè)的大壩建立位移變化的數(shù)字模型，對(duì)各種工況下的位移變化特點(diǎn)進(jìn)行分析，找出影響樞紐安全的最不利工作條件，在運(yùn)行過程中采取措施，盡量避免不利工作條件的產(chǎn)生。.科學(xué)、準(zhǔn)確、及時(shí)地分析和預(yù)報(bào)工程及大壩的變形狀況，為判斷其安全提供必要的信息。(4) .作為施工決策的依據(jù)。通過監(jiān)測(cè)檢查施工質(zhì)量，掌握施工過程中壩與基礎(chǔ)的實(shí)際性態(tài)，從而確定、調(diào)整設(shè)計(jì)或施工技術(shù)方案。(5) .充分發(fā)揮工程效益。通過安全監(jiān)測(cè)判