高混凝土面板堆石壩的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

1、高混凝土面板堆石壩的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)摘要：地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)、水力學(xué)原型觀測(cè)、爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)是高面板壩動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要組成部分，應(yīng)給予足夠的重視，本文簡(jiǎn)要闡述了高面板壩動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè) 水力學(xué)原型觀測(cè) 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè) 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(jì)算理論還不夠成熟和完善，面板壩的設(shè)計(jì)基本上是經(jīng)驗(yàn)性的，采用工程類比的經(jīng)驗(yàn)方法較多，所以應(yīng)加強(qiáng)混凝土面板壩的監(jiān)測(cè)，積累大量的實(shí)測(cè)資料，為正確評(píng)價(jià)大壩運(yùn)行狀態(tài)、校核設(shè)計(jì)和改進(jìn)施工水平提供依據(jù)。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，

2、對(duì)面板壩監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展起了促進(jìn)作用，同時(shí)也引出了面板壩監(jiān)測(cè)技術(shù)的許多問題。1993年青海省溝后面板壩的失事，對(duì)我國面板壩的監(jiān)測(cè)技術(shù)提出了新的課題。面板壩的監(jiān)測(cè)按外荷載引起物理量的變化速度可分為靜態(tài)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)于靜態(tài)監(jiān)測(cè)，國內(nèi)外己做了較多的研究，而對(duì)作為同樣重要的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(shí)測(cè)資料，所以探討混凝土面板堆石壩的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，本文簡(jiǎn)要介紹了高混凝土面板堆石壩動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的以及它的主要內(nèi)容與有關(guān)問題。2、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)面板壩的靜態(tài)監(jiān)測(cè)包括水平位移、沉降、孔隙水壓力、土壓力、面板的應(yīng)變和撓度、周邊縫的位移、鋼筋應(yīng)力和滲流量；動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

3、包括地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)、水力學(xué)原型觀測(cè)和爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。對(duì)于地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)來說監(jiān)測(cè)物理量是瞬時(shí)的，發(fā)生的時(shí)刻目前難以預(yù)測(cè)，荷載作用的時(shí)間極短，一般只有幾十秒；而水力學(xué)原型觀測(cè)中監(jiān)測(cè)物理量持續(xù)的時(shí)間較長。2.1地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)2.1.1地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)的目的我國是地震多發(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(yùn)動(dòng)對(duì)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(shí)的性態(tài)很復(fù)雜，因此對(duì)地震區(qū)的面板壩進(jìn)行地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)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，上游采用分層的混凝土面板

4、，面板下為礫石墊層，1943年4月7日智利中部發(fā)生8.3級(jí)地震，壩址測(cè)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(shí)下游壩坡有石塊滾落。在面板壩上布置強(qiáng)震監(jiān)測(cè)儀器，可監(jiān)測(cè)天然地震和水庫誘發(fā)地震對(duì)壩區(qū)的影響以及壩體對(duì)地震的反應(yīng)，可以獲得不同高程的振動(dòng)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(shí)測(cè)資料。2.1.2測(cè)站布置和結(jié)果處理面板壩的地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)可分為工程地震監(jiān)測(cè)與工程動(dòng)力性質(zhì)監(jiān)測(cè)，后者包括動(dòng)孔隙水壓力、動(dòng)土壓力、動(dòng)位移。由于地震監(jiān)測(cè)儀器價(jià)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(duì)于面板壩而言除

5、在壩體布置強(qiáng)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(chǎng)測(cè)站，以測(cè)取基巖的地震動(dòng)特性。目前國內(nèi)面扳壩的地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)測(cè)站一般設(shè)在壩的表面，布置在下游壩坡上，如天生橋一級(jí)面板壩，在下游壩坡三個(gè)位移觀測(cè)斷面的不同高程，以及壩體的兩端布置了強(qiáng)震儀觀測(cè)站13個(gè)，形成了地震觀測(cè)網(wǎng)；至于工程動(dòng)力性質(zhì)監(jiān)測(cè)，目前國內(nèi)還只限于動(dòng)孔隙水壓力觀測(cè)。地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)主要是利用強(qiáng)震儀來監(jiān)測(cè)地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)的全過程以及壩體等水工建筑物對(duì)地震的反應(yīng)，在強(qiáng)震加速度記錄測(cè)試中，一般直接測(cè)得到的是加速度信號(hào)，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(shí)測(cè)的加速度記錄為欲計(jì)算的速度曲線為欲計(jì)算的位移曲線為2.2水力學(xué)原型觀

6、測(cè)由于水力學(xué)這門學(xué)科的發(fā)展還沒有達(dá)到完善的程度，有些設(shè)計(jì)參數(shù)還得從模型試驗(yàn)中獲取，工程是否安全有待實(shí)踐的檢驗(yàn)。因此，有必要從原型中測(cè)得實(shí)際資料。2.2.1流速監(jiān)測(cè)水流流速是水力學(xué)的重要參數(shù)，它是進(jìn)行消能沖刷、磨損、脈動(dòng)、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(shí)間平均流速、脈動(dòng)流速和斷面平均流速，可根據(jù)工程的規(guī)模、等級(jí)以及研究項(xiàng)目的需要確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)部位。對(duì)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(dá)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(cè)斷面，平均流速一般采用浮標(biāo)、畢托管及流速儀來測(cè)定，由以上各法測(cè)定的流速，應(yīng)及時(shí)進(jìn)

7、行整理分析，給出垂線的流速分布和平均流速，斷面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(dòng)流速與消能沖刷、脈動(dòng)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(cè)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(cè)點(diǎn)，以便了解水流紊動(dòng)強(qiáng)度的變化情況。2.2.2動(dòng)水壓力監(jiān)測(cè)高速水流的動(dòng)水壓力對(duì)于確定溢洪道的動(dòng)力符載、空蝕和摻氣等現(xiàn)象具有重要的影響，它的瞬時(shí)值包括時(shí)均壓力和脈動(dòng)壓力，一般作用在建筑物上的瞬時(shí)荷載高于時(shí)均荷載，若設(shè)計(jì)時(shí)只考慮時(shí)均均載，而未考慮脈動(dòng)壓力，建筑物就有破壞的危險(xiǎn)。對(duì)于高面板壩，時(shí)均壓力測(cè)點(diǎn)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(dòng)壓力可在沿水流

8、方向與垂直水流方向布置足夠的測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在水流特性與邊界條件有突變的部位也布置測(cè)點(diǎn).并盡量使之與模型測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，以便驗(yàn)證模型試驗(yàn)的結(jié)果。監(jiān)測(cè)脈動(dòng)壓力的傳感器是將實(shí)際物理量轉(zhuǎn)換為電的模擬量來實(shí)現(xiàn)的，所以測(cè)量之前，必須進(jìn)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(chǎng)分別進(jìn)行。2.2.3水流振動(dòng)監(jiān)測(cè)隨著高面板壩的興建，有關(guān)水力引起結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)問題已引起人們的關(guān)注，而流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)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(cè)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(dòng)，水電站的引水管道由于內(nèi)水壓力的波動(dòng)也容易引起振動(dòng)問題，水流振動(dòng)監(jiān)測(cè)主要是監(jiān)

9、測(cè)動(dòng)水荷載的傳遞過程和結(jié)構(gòu)物對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)過程.振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)包括傳感器、放大器和記錄器三部分，這三部分需合理配套才能正確進(jìn)行測(cè)試工作；在水工閘門、隧洞及壩體的振動(dòng)監(jiān)測(cè)中，也可以采用在結(jié)構(gòu)物上直接粘貼電阻應(yīng)變片的方法測(cè)取應(yīng)變值。2.3爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)2.3.1爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)的目的在面板壩的施工過程中，壩基、溢洪道、地下建筑物（包括施工導(dǎo)流洞和地下廠房）的開挖和壩料開采過程中有時(shí)要進(jìn)行爆破，這使炸藥的部分能量將以波的形式在巖體、水、空氣中傳播，形成沖擊波，可能引起具有潛在滑動(dòng)面的邊坡或地下洞室圍巖等結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)；同時(shí)在爆破振動(dòng)荷載的反復(fù)作用下，會(huì)引起巖石、混凝土等材料的力學(xué)參數(shù)變化，如材料力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)的降

10、低，材料中原有裂隙的擴(kuò)張或者新裂隙的產(chǎn)生，以及滲透系數(shù)的增大等。因此，必須使爆破振動(dòng)控制在安全范圍內(nèi)。2.3.2爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)在工程爆破中，影響爆破振動(dòng)的因素有爆破規(guī)模、爆破方式、與爆源相對(duì)位置、裝藥結(jié)構(gòu)、爆區(qū)的地形、地質(zhì)等，但最主要的因素為一次同時(shí)起爆炸藥量Q（kg）和爆源距測(cè)點(diǎn)的距離R（m），爆破振動(dòng)安全多采用質(zhì)點(diǎn)峰值振速進(jìn)行控制，即以實(shí)測(cè)質(zhì)點(diǎn)振速小于或等于允許質(zhì)點(diǎn)振速為依據(jù)，可根據(jù)薩道失斯基提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中 V為爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度（cm/s）為藥包形狀系數(shù)，一般取1/3或1/2為振動(dòng)衰減指數(shù)K為與地形、地質(zhì)、爆破方式有關(guān)的系數(shù)，在具體計(jì)算中，Ka為隨介質(zhì)物理力學(xué)性能而變化的參數(shù)，根據(jù)

11、試驗(yàn)研究，當(dāng)介質(zhì)為土質(zhì)時(shí)，Ka200，當(dāng)介質(zhì)為巖石時(shí)，Ka3070f（n）為爆破作用指數(shù)函數(shù)對(duì)于一些重要工程的爆破振動(dòng)計(jì)算，上述公式中的K和a值可在工程施工初期，通過小藥量爆破試驗(yàn)測(cè)得，從而獲得工程爆破振動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)公式，并把它作為計(jì)算爆破允許裝藥量和確定安全距離的依據(jù)。爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)所采用的儀器系統(tǒng)可由瞬態(tài)波數(shù)學(xué)存儲(chǔ)儀、速度傳感器、加速度傳感器和微機(jī)處理軟件系統(tǒng)組成。爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的布置主要考慮保護(hù)對(duì)象和爆源兩方面，一般采取以跟蹤監(jiān)測(cè)為主，鉆孔內(nèi)埋設(shè)的傳感器固定監(jiān)測(cè)為輔的原則；在具體的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)過程中，一個(gè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)水平向和豎直向傳感器，傳感器用石膏固定，然后與自記儀相連，當(dāng)爆破振動(dòng)傳遞到測(cè)點(diǎn)時(shí)，自記儀將自動(dòng)記錄信號(hào)。3、結(jié)語面板壩作為一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的新壩型，在我國得到廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)了面板壩監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。隨著大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，面板壩動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)施必將進(jìn)一步為面板壩的安全提供有效的保證。 參考文獻(xiàn) 1蔣國澄，傅志安，鳳家