高混凝土面板堆石壩的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

高混凝土面板堆堆石壩的動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

謝定松1李民1閆生存2

摘要：地震反應(yīng)應(yīng)監(jiān)測(cè)、水水力學(xué)原型型觀測(cè)、爆爆破振動(dòng)監(jiān)監(jiān)測(cè)是高面面板壩動(dòng)態(tài)態(tài)監(jiān)測(cè)的重重要組成部部分，應(yīng)給給予足夠的的重視，本本文簡(jiǎn)要闡闡述了高面面板壩動(dòng)態(tài)態(tài)監(jiān)測(cè)的目目的以及它它的主要內(nèi)內(nèi)容與有關(guān)關(guān)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：高混凝土土面板壩地震反應(yīng)應(yīng)監(jiān)測(cè)水力學(xué)原原型觀測(cè)爆破振動(dòng)動(dòng)監(jiān)測(cè)---------------------------------------------------------------------------------------------------

1、引言

混凝凝土面板壩壩是近二三三十年內(nèi)發(fā)發(fā)展起來(lái)的的一種新壩壩型，由于于它的發(fā)展展歷史較短短，以及現(xiàn)現(xiàn)有面扳壩壩計(jì)算理論論還不夠成成熟和完善善，面板壩壩的設(shè)計(jì)基基本上是經(jīng)經(jīng)驗(yàn)性的，采采用工程類(lèi)類(lèi)比的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)方法較多多，所以應(yīng)應(yīng)加強(qiáng)混凝凝土面板壩壩的監(jiān)測(cè)，積積累大量的的實(shí)測(cè)資料料，為正確確評(píng)價(jià)大壩壩運(yùn)行狀態(tài)態(tài)、校核設(shè)設(shè)計(jì)和改進(jìn)進(jìn)施工水平平提供依據(jù)據(jù)。隨著高混凝凝土面板壩壩的出現(xiàn)，以以及深覆蓋蓋層上面板板壩的興建建，對(duì)面板板壩監(jiān)測(cè)技技術(shù)的發(fā)展展起了促進(jìn)進(jìn)作用，同同時(shí)也引出出了面板壩壩監(jiān)測(cè)技術(shù)術(shù)的許多問(wèn)問(wèn)題。1993年青海省省溝后面板板壩的失事事，對(duì)我國(guó)國(guó)面板壩的的監(jiān)測(cè)技術(shù)術(shù)提出了新新的課題。面板壩的監(jiān)監(jiān)測(cè)按外荷荷載引起物物理量的變變化速度可可分為靜態(tài)態(tài)監(jiān)測(cè)和動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)對(duì)于靜態(tài)監(jiān)監(jiān)測(cè)，國(guó)內(nèi)內(nèi)外己做了了較多的研研究，而對(duì)對(duì)作為同樣樣重要的動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的的研究則較較少，特別別是面板壩壩的地震反反應(yīng)性態(tài)如如何，幾乎乎沒(méi)有任何何的實(shí)測(cè)資資料，所以以探討混凝凝土面板堆堆石壩的動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)具具有重要的的現(xiàn)實(shí)意義義，本文簡(jiǎn)簡(jiǎn)要介紹了了高混凝土土面板堆石石壩動(dòng)態(tài)監(jiān)監(jiān)測(cè)的目的的以及它的的主要內(nèi)容容與有關(guān)問(wèn)問(wèn)題。2、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)面板壩的靜靜態(tài)監(jiān)測(cè)包包括水平位位移、沉降降、孔隙水水壓力、土土壓力、面面板的應(yīng)變變和撓度、周周邊縫的位位移、鋼筋筋應(yīng)力和滲滲流量；動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)包包括地震反反應(yīng)監(jiān)測(cè)、水水力學(xué)原型型觀測(cè)和爆爆破振動(dòng)監(jiān)監(jiān)測(cè)。對(duì)于于地震反應(yīng)應(yīng)監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)說(shuō)監(jiān)測(cè)物理理量是瞬時(shí)時(shí)的，發(fā)生生的時(shí)刻目目前難以預(yù)預(yù)測(cè)，荷載載作用的時(shí)時(shí)間極短，一一般只有幾幾十秒；而而水力學(xué)原原型觀測(cè)中中監(jiān)測(cè)物理理量持續(xù)的的時(shí)間較長(zhǎng)長(zhǎng)。2.1地震反應(yīng)應(yīng)監(jiān)測(cè)2.1.1地震震反應(yīng)監(jiān)測(cè)測(cè)的目的我國(guó)是地震震多發(fā)國(guó)家家，有不少少面板壩建建在地震區(qū)區(qū)，象己建建成的小干干溝面板壩壩（55m）、大橋橋面板壩（95m）都處于于地震烈度度8°以上的地地區(qū)，而且且地震運(yùn)動(dòng)動(dòng)對(duì)面板壩壩的壩體、壩壩基和溢洪洪道的穩(wěn)定定性有重要要的影響，大大壩在地震震時(shí)的性態(tài)態(tài)很復(fù)雜，因因此對(duì)地震震區(qū)的面板板壩進(jìn)行地地震反應(yīng)監(jiān)監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)項(xiàng)重要的工工作.智利考戈蒂蒂壩（75m）位于地地震區(qū)，上上游壩坡1∶1.6，下游壩壩坡1∶1.8，上游采采用分層的的混凝土面面板，面板板下為礫石石墊層，1943年4月7日智利中中部發(fā)生8.3級(jí)地震，壩壩址測(cè)得加加速度為0.144g，地震后后壩頂沉陷陷350mmm，1945年至1946年又沉陷460mmm，同時(shí)下下游壩坡有有石塊滾落落。在面板壩上上布置強(qiáng)震震監(jiān)測(cè)儀器器，可監(jiān)測(cè)測(cè)天然地震震和水庫(kù)誘誘發(fā)地震對(duì)對(duì)壩區(qū)的影影響以及壩壩體對(duì)地震震的反應(yīng)，可可以獲得不不同高程的的振動(dòng)加速速度過(guò)程線(xiàn)線(xiàn)，可為壩壩體、壩基基和壩區(qū)附附近高邊坡坡的抗滑穩(wěn)穩(wěn)定分析提提供實(shí)測(cè)資資料。2.1.2測(cè)站站布置和結(jié)結(jié)果處理面板壩的地地震反應(yīng)監(jiān)監(jiān)測(cè)可分為為工程地震震監(jiān)測(cè)與工工程動(dòng)力性性質(zhì)監(jiān)測(cè)，后后者包括動(dòng)動(dòng)孔隙水壓壓力、動(dòng)土土壓力、動(dòng)動(dòng)位移。由由于地震監(jiān)監(jiān)測(cè)儀器價(jià)價(jià)格較貴，在在壩上布設(shè)設(shè)的儀器不不可能很多多，因此，應(yīng)應(yīng)將有限的的儀器布置置在關(guān)鍵的的部位，對(duì)對(duì)于面板壩壩而言除在在壩體布置置強(qiáng)震儀外外，還應(yīng)在在壩下游距距壩址約2倍壩高左左右處設(shè)一一基巖自由由場(chǎng)測(cè)站，以以測(cè)取基巖巖的地震動(dòng)動(dòng)特性。目目前國(guó)內(nèi)面面扳壩的地地震反應(yīng)監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)站一一般設(shè)在壩壩的表面，布布置在下游游壩坡上，如如天生橋一一級(jí)面板壩壩，在下游游壩坡三個(gè)個(gè)位移觀測(cè)測(cè)斷面的不不同高程，以以及壩體的的兩端布置置了強(qiáng)震儀儀觀測(cè)站13個(gè)，形成成了地震觀觀測(cè)網(wǎng)；至至于工程動(dòng)動(dòng)力性質(zhì)監(jiān)監(jiān)測(cè)，目前前國(guó)內(nèi)還只只限于動(dòng)孔孔隙水壓力力觀測(cè)。地震反應(yīng)監(jiān)監(jiān)測(cè)主要是是利用強(qiáng)震震儀來(lái)監(jiān)測(cè)測(cè)地震時(shí)地地面運(yùn)動(dòng)的的全過(guò)程以以及壩體等等水工建筑筑物對(duì)地震震的反應(yīng)，在在強(qiáng)震加速速度記錄測(cè)測(cè)試中，一一般直接測(cè)測(cè)得到的是是加速度信信號(hào)，可用用辛普生數(shù)數(shù)值積分法法推求相應(yīng)應(yīng)的速度和和位移變形形。實(shí)測(cè)的加速速度記錄為為欲計(jì)算的速速度曲線(xiàn)為為欲計(jì)算的位位移曲線(xiàn)為為2.2水力學(xué)原原型觀測(cè)由于水力學(xué)學(xué)這門(mén)學(xué)科科的發(fā)展還還沒(méi)有達(dá)到到完善的程程度，有些些設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)還得從模模型試驗(yàn)中中獲取，工工程是否安安全有待實(shí)實(shí)踐的檢驗(yàn)驗(yàn)。因此，有有必要從原原型中測(cè)得得實(shí)際資料料。2.2.1流速速監(jiān)測(cè)水流流速是是水力學(xué)的的重要參數(shù)數(shù)，它是進(jìn)進(jìn)行消能沖沖刷、磨損損、脈動(dòng)、空空蝕和摻氣氣資料分析析的依據(jù)。水水流流速可可分為區(qū)段段平均流速速、時(shí)間平平均流速、脈脈動(dòng)流速和和斷面平均均流速，可可根據(jù)工程程的規(guī)模、等等級(jí)以及研研究項(xiàng)目的的需要確定定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目目和監(jiān)測(cè)部部位。對(duì)于高面扳扳壩，溢洪洪道是主要要的泄水建建筑物，且且它的長(zhǎng)度度有些長(zhǎng)達(dá)達(dá)100多米，水水流的流速速很大，一一般在溢洪洪道的溢流流壩面、陡陡槽、挑流流鼻坎未端端等部位設(shè)設(shè)流速監(jiān)測(cè)測(cè)斷面，平平均流速一一般采用浮浮標(biāo)、畢托托管及流速速儀來(lái)測(cè)定定，由以上上各法測(cè)定定的流速，應(yīng)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行行整理分析析，給出垂垂線(xiàn)的流速速分布和平平均流速，斷斷面的流速速分布和平平均流速以以及代表流流速分布特特征的a系數(shù)值。脈動(dòng)流速與與消能沖刷刷、脈動(dòng)壓壓力、空蝕蝕與摻氣等等有密切的的關(guān)系，它它是水力學(xué)學(xué)原型觀測(cè)測(cè)中的重要要內(nèi)容，一一般在沿水水流方向與與垂直水流流方向布置置足夠的測(cè)測(cè)點(diǎn)，以便便了解水流流紊動(dòng)強(qiáng)度度的變化情情況。2.2.2動(dòng)水水壓力監(jiān)測(cè)測(cè)高速水流的的動(dòng)水壓力力對(duì)于確定定溢洪道的的動(dòng)力符載載、空蝕和和摻氣等現(xiàn)現(xiàn)象具有重重要的影響響，它的瞬瞬時(shí)值包括括時(shí)均壓力力和脈動(dòng)壓壓力，一般般作用在建建筑物上的的瞬時(shí)荷載載高于時(shí)均均荷載，若若設(shè)計(jì)時(shí)只只考慮時(shí)均均均載，而而未考慮脈脈動(dòng)壓力，建建筑物就有有破壞的危危險(xiǎn)。對(duì)于于高面板壩壩，時(shí)均壓壓力測(cè)點(diǎn)一一般布置在在溢洪道的的閘孔中線(xiàn)線(xiàn)、閘墩兩兩側(cè)和溢流流堰的堰頂頂，而脈動(dòng)動(dòng)壓力可在在沿水流方方向與垂直直水流方向向布置足夠夠的測(cè)點(diǎn)，同同時(shí)在水流流特性與邊邊界條件有有突變的部部位也布置置測(cè)點(diǎn).并盡量使使之與模型型測(cè)點(diǎn)相對(duì)對(duì)應(yīng)，以便便驗(yàn)證模型型試驗(yàn)的結(jié)結(jié)果。監(jiān)測(cè)脈動(dòng)壓壓力的傳感感器是將實(shí)實(shí)際物理量量轉(zhuǎn)換為電電的模擬量量來(lái)實(shí)現(xiàn)的的，所以測(cè)測(cè)量之前，必必須進(jìn)行率率定，找出出物理量同同模擬量之之間的關(guān)系系，率定在在室內(nèi)和現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)分別進(jìn)進(jìn)行。2.2.3水流流振動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)隨著高面板板壩的興建建，有關(guān)水水力引起結(jié)結(jié)構(gòu)物的振振動(dòng)問(wèn)題已已引起人們們的關(guān)注，而而流動(dòng)誘發(fā)發(fā)振動(dòng)問(wèn)題題較復(fù)雜，利利用現(xiàn)有的的流體力學(xué)學(xué)和結(jié)構(gòu)力力學(xué)的基本本理論還不不能完全解解決它，因因此，需通通過(guò)原型觀觀測(cè)獲得數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)解決決。面板壩壩的溢洪道道泄槽、水水工閘門(mén)容容易產(chǎn)生振振動(dòng)，水電電站的引水水管道由于于內(nèi)水壓力力的波動(dòng)也也容易引起起振動(dòng)問(wèn)題題，水流振振動(dòng)監(jiān)測(cè)主主要是監(jiān)測(cè)測(cè)動(dòng)水荷載載的傳遞過(guò)過(guò)程和結(jié)構(gòu)構(gòu)物對(duì)振動(dòng)動(dòng)的反應(yīng)過(guò)過(guò)程.振動(dòng)測(cè)量量系統(tǒng)包括括傳感器、放放大器和記記錄器三部部分，這三三部分需合合理配套才才能正確進(jìn)進(jìn)行測(cè)試工工作；在水水工閘門(mén)、隧隧洞及壩體體的振動(dòng)監(jiān)監(jiān)測(cè)中，也也可以采用用在結(jié)構(gòu)物物上直接粘粘貼電阻應(yīng)應(yīng)變片的方方法測(cè)取應(yīng)應(yīng)變值。2.3爆破振動(dòng)動(dòng)監(jiān)測(cè)2.3.1爆破破振動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)的目的在面板壩的的施工過(guò)程程中，壩基基、溢洪道道、地下建建筑物（包包括施工導(dǎo)導(dǎo)流洞和地地下廠房）的的開(kāi)挖和壩壩料開(kāi)采過(guò)過(guò)程中有時(shí)時(shí)要進(jìn)行爆爆破，這使使炸藥的部部分能量將將以波的形形式在巖體體、水、空空氣中傳播播，形成沖沖擊波，可可能引起具具有潛在滑滑動(dòng)面的邊邊坡或地下下洞室圍巖巖等結(jié)構(gòu)動(dòng)動(dòng)力失穩(wěn)；；同時(shí)在爆爆破振動(dòng)荷荷載的反復(fù)復(fù)作用下，會(huì)會(huì)引起巖石石、混凝土土等材料的的力學(xué)參數(shù)數(shù)變化，如如材料力學(xué)學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)的降低，材材料中原有有裂隙的擴(kuò)擴(kuò)張或者新新裂隙的產(chǎn)產(chǎn)生，以及及滲透系數(shù)數(shù)的增大等等。因此，必必須使爆破破振動(dòng)控制制在安全范范圍內(nèi)。2.3.2爆破破振動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)在工程爆破破中，影響響爆破振動(dòng)動(dòng)的因素有有爆破規(guī)模模、爆破方方式、與爆爆源相對(duì)位位置、裝藥藥結(jié)構(gòu)、爆爆區(qū)的地形形、地質(zhì)等等，但最主主要的因素素為一次同同時(shí)起爆炸炸藥量Q（kg）和爆源源距測(cè)點(diǎn)的的距離R（m），爆破破振動(dòng)安全全多采用質(zhì)質(zhì)點(diǎn)峰值振振速進(jìn)行控控制，即以以實(shí)測(cè)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)振速小于于或等于允允許質(zhì)點(diǎn)振振速為依據(jù)據(jù)，可根據(jù)據(jù)薩道失斯斯基提出的的經(jīng)驗(yàn)公式式計(jì)算：式中V為為爆破質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)振動(dòng)速度度（cm/s）β為藥包形狀系數(shù)數(shù)，一般取取1/3或1/2α為振動(dòng)衰減指數(shù)數(shù)K為與地形、地質(zhì)質(zhì)、爆破方方式有關(guān)的的系數(shù)，在在具體計(jì)算算中，Ka為隨介質(zhì)物理力力學(xué)性能而而變化的參參數(shù)，根據(jù)據(jù)試驗(yàn)研究究，當(dāng)介質(zhì)質(zhì)為土質(zhì)時(shí)時(shí)，Ka＝200，當(dāng)介質(zhì)為巖巖石時(shí)，Ka＝30∽70f（n）為爆破作用指指數(shù)函數(shù)對(duì)于一些重重要工程的的爆破振動(dòng)動(dòng)計(jì)算，上上述公式中中的K和a值可在工工程施工初初期，通過(guò)過(guò)小藥量爆爆破試驗(yàn)測(cè)測(cè)得，從而而獲得工程程爆破振動(dòng)動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)公公式，并把把它作為計(jì)計(jì)算爆破允允許裝藥量量和確定安安全距離的的依據(jù)。爆破振動(dòng)監(jiān)監(jiān)測(cè)所采用用的儀器系系統(tǒng)可由瞬瞬態(tài)波數(shù)學(xué)學(xué)存儲(chǔ)儀、速速度傳感器器、加速度度傳感器和和微機(jī)處理理軟件系統(tǒng)統(tǒng)組成。爆爆破振動(dòng)監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的的布置主要要考慮保護(hù)護(hù)對(duì)象和爆爆源兩方面面，一般采采取以跟蹤蹤監(jiān)測(cè)為主主，鉆孔內(nèi)內(nèi)埋設(shè)的傳傳感器固定定監(jiān)