基于分區(qū)對標驗收的拱壩穩(wěn)定性分析

基于分區(qū)對標驗收的拱壩穩(wěn)定性分析

1大壩以壩體為原料的質量評價設計巖體質量狀況主要是確保高拱結構安全穩(wěn)定，尤其是高山拱的長期安全穩(wěn)定。特高拱壩是指壩高超過200m,需要對專門的問題進行研究的高拱壩。特高拱壩的大壩及基礎長期承受上千萬噸的水荷載以及復雜的滲流作用,各類物理和化學損傷過程會不斷發(fā)生、發(fā)展,當損傷累積到一定程度時并遭遇到強震、強暴雨、近壩庫岸滑坡涌浪的沖擊等荷載時,將涉及壩肩基礎巖體的穩(wěn)定,由于巖體的局部或非局部強度弱化,有可能導致大壩開裂、基礎滑移以至整體失穩(wěn)破壞。自法國馬爾帕賽拱壩和意大利瓦依昂拱壩失事后,高拱壩穩(wěn)定性問題一直是國內外關注的熱點問題[3,4,5,6,7,8,9,10,11]。尤其是特高拱壩,水荷載巨大,總體應力水平高,拱壩自我調整能力余度較低壩為低,其穩(wěn)定性問題尤為突出。所以,在施工期,及時全方位地對高壩基礎巖體的質量進行評價極其關鍵。正確評價驗收大壩建基巖體質量等級、界定巖體爆破松弛范圍和隱伏地質缺陷影響帶,對于保證工程質量、確保工程長期安全穩(wěn)定具有重要的意義。過去很長一段時期,對施工階段大壩建基巖體質量主要依靠工程技術人員的經(jīng)驗,以錘擊和目測方法來鑒定和評價,20世紀90年代以來,地球物理探測技術在國內大壩建基巖體質量檢測中開始普遍應用。地球物理探測技術是以地球物理場的理論為基礎,利用各類儀器來探查和了解各種復雜的地質現(xiàn)象,及時、快速、準確地檢測建基巖體的物理特征,它可以透過地層或其他介質尋找隱伏構造、不均勻體等,是比鉆探技術更快速、比肉眼鑒別更精確的實用技術,在大壩建基巖體質量檢測中應用日趨廣泛。在進行施工時,為了解工程壩基巖體卸荷松弛的變化規(guī)律及其對工程安全穩(wěn)定性的影響,并為高拱壩壩基開挖設計與施工提供科學依據(jù),需要對壩基從壩肩開挖前的超前變形、開挖后的卸荷回彈變形、直到大壩混凝土澆筑后的壓縮變形、以及灌漿后的抬動變形進行全過程有規(guī)律的監(jiān)測。為了獲取大壩內部的應力狀態(tài),了解大壩橫縫以及其他裂縫的張開閉合特性,需要埋設應力計以及測縫計。這些探測手段和測量工具得出的實際工程數(shù)據(jù),為進一步的數(shù)值反饋分析,確定真實的巖體力學參數(shù),進而為數(shù)值模擬提供可靠的輸入?yún)?shù),科學評價大壩的真實應力狀態(tài)具有重要意義。本文結合溪洛渡工程實例,就施工期涉及巖體質量評價、驗收方法和大壩真實應力狀態(tài)分析的幾個關鍵問題進行論述,具體包括:(1)提出各壩段建基面巖體質量評價驗收新方法,確定真實的巖體力學參數(shù);(2)基于實際監(jiān)測數(shù)據(jù)的大壩基礎真實工作性態(tài)分析;(3)施工期大壩的真實應力狀態(tài)比較分析;(4)運行期大壩的應力和超載安全度預測與討論。通過以上分析和應用,可指導高拱壩建設過程中的勘測驗收、穩(wěn)定監(jiān)測和計算分析預測工作。2大壩建基巖體溪洛渡壩區(qū)位于雷波-永善構造盆地中的永盛向斜之西翼,系一總體傾向南東的似層狀玄武巖組成的單斜構造,緩傾下游偏左岸,傾角4°~7°。河床基坑以下發(fā)育的C3,C2,C1層間錯動帶,貫穿整個河床,是地下水的主要通道。節(jié)理裂隙組數(shù)多、密度大、延伸短,構成壩區(qū)地下水的主要儲水構造。層間、層內錯動帶,受顆粒組成及上下盤巖體內裂隙的影響,透水性較強,屬中等透水帶,是壩基巖體主要的滲水結構面,其滲透破壞形式為管涌,抗?jié)B透破壞能力較強。兩岸建基面主要位于岸坡水平深度30~60m范圍內,因此建基巖體以中等透水為主,部分弱透水。建基面高程350m以上地下水不豐富,開挖面干燥,規(guī)模較大的層間、層內錯動帶潮濕~濕潤。建基面高程350m以下地下水豐富,規(guī)模較大的層間、層內錯動帶及主要裂隙有滲水現(xiàn)象,且隨著開挖高程降低,滲水位置下降。溪洛渡拱壩通過合理建基面的研究與確定,王仁坤和林鵬提出了“以巖級為基礎,安全為準則,合理利用弱風化巖體作為建基巖體,兼顧拱端推力分高程區(qū)段確定其利用程度”的建基面確定和處理原則。大壩建基巖體受結構面的發(fā)育程度、風化、邊坡卸荷、爆破震動及裂隙中飽水程度的影響,必然引起巖體力學參數(shù)的差異,從而導致彈性波(主要指地震波和聲波)在巖體中傳播的運動學和動力學特征(波速、振幅、頻率)的變化。對這些彈性波的特征參數(shù)進行處理分析,可得到巖體質量分類的定量或準定量依據(jù)。目前用于建基面質量檢測的主要方法有地震法和聲波法,由于巖體彈性波與巖體質量有良好的對應關系,它是巖體物理力學性質、巖體結構、幾何形狀等的綜合體現(xiàn)。因此采用地震波法了解巖體水平方向的變化特征,用聲波測井了解巖體垂直方向質量變化特征,兩者結合是大壩建基面質量檢測的特點。在溪洛渡工程中,主要通過聲波的方法探測各壩段巖體,通過建立聲波波速與巖級比例的關系來評價各壩段的巖體質量。2.1巖體聲波波速統(tǒng)計為了評估建基面范圍內巖體的質量,在技施階段隨著建基面開挖,在建基面上布設了大量垂直于建基面的聲波檢測孔,孔深一般20m;制定了各級巖體的聲波速度范圍;分別按巖級統(tǒng)計了建基巖體不同高程、不同部位、不同分層深度(0~5,0~20m)的聲波。按照規(guī)程中的規(guī)定和相關公式,可以求得聲波波速與動彈性模量、動剪切模量、完整性系數(shù)等物理量之間的關系。根據(jù)彈性波的傳播特性,在巖體中,彈性波的動彈性模量Ed的計算公式為式中:VP為聲波波速(m/s),μ為泊松比,ρ為巖體密度(g/cm3)。根據(jù)建基面0~20m深度內聲波波速統(tǒng)計(見圖1),可由式(1)求出相應部位的動彈性模量值。表1列舉了建基面巖體聲波特征值分布情況。從溪洛渡工程巖體質量與聲波波速的統(tǒng)計資料,可以得出如下結論:(1)建基面兩岸壩段在20m深度范圍內按巖級統(tǒng)計的波速值,II級巖體平均波速>5200m/s,其中>5000m/s占70%以上,<4000m/s的小于15%,左岸的平均波速,>5000m/s所占比例較右岸高,<4000m/s所占比例較右岸低。III1級巖體平均波速>4900m/s,其中>5000m/s占60%以上,<4000m/s小于20%,緩坡壩段平均波速高于兩岸陡坡壩段。III2級巖體平均波速>4400m/s,其中,>5000m/s占40%~60%,<4000m/s占16%~34%,左岸波速明顯高于右岸。(2)河床壩段0~10m的平均波速為4285m/s,>5000m/s占32.3%,<4000m/s占37.0%,河床壩段10~20m平均波速為4990m/s,>5000m/s占61.4%,<4000m/s占19.5%,河床壩段0~20m平均波速為4652m/s。>5000m/s占47.1%,<4000m/s占27.9%。表明隨著埋深的增加,波速逐漸提高。(3)從上述不同統(tǒng)計方式的聲波資料說明,建基面20m深度按巖級統(tǒng)計的聲波均值均化了不同壩段聲波的差異現(xiàn)象;表層低速帶的波速較低且普遍存在;河床部位的聲波值普遍低于兩岸壩基;III1和III2級巖體聲波的均一性較II級巖體差,小于4000m/s的低波速所占比例較高。上述的分析說明,利用聲波進行大壩基巖質量的探測,是一項有意義、有依據(jù)、能定量說明問題的方法。通過建立聲波波速與巖級分類之間的關系,能夠對實際工程巖體的質量評價做出重要參考。2.2高拱壩壩段巖體結構-不利因素及分級溪洛渡工程從施工期地質勘查以及利用聲波等物理探測手段,可以發(fā)現(xiàn),在大壩基礎的不同區(qū)域(上下游、壩踵、壩趾等區(qū)域),不同壩段(河床壩段、岸坡壩段),不同巖體埋深層(表層、0~5和5~20m),巖石的質量有所不同。針對這種情況,在進行體型設計、仿真分析、工程加固處理時,應對不同的巖體予以區(qū)別對待,給予不同的巖體分級,從而合理確定該區(qū)域的巖石力學參數(shù)、采用不同標準嚴格評價驗收壩基巖石質量,為采取不同的工程加固措施提供科學依據(jù)。本文基于溪洛渡巖體質量評價經(jīng)驗,總結為分區(qū)分段分層分級對標新思想,即從空間幾何上將巖體分區(qū)分段分層,從物理力學特性上將巖體分級,從工程措施上采用不同標準嚴格對照驗收,確保建基面巖體滿足大壩運行安全。具體論述如下:(1)分區(qū),即首先確定建基面基巖分布區(qū)域。拱壩在蓄水前施工期和蓄水后至最終運行期,大壩上下游區(qū)域巖體受力特征不一樣。在岸坡和河床基巖以壩軸線為分界線分為上下游區(qū)域(見圖2)。蓄水前由于壩體倒懸上游區(qū)域巖體受壓,下游壩趾區(qū)巖體受拉;蓄水后上游壩踵巖體受拉,在水推力作用下,壩踵位置的巖體可能產(chǎn)生拉破壞,在防滲未到位的情況下甚至產(chǎn)生水力劈裂現(xiàn)象。下游區(qū)域以受壓為主,對于300m級高拱壩,特別是壩肩中下部高程巖體,壓力通常能達到15~20MPa,在河床基巖區(qū)域,壩趾部位巖體承受較大的壓應力,可能產(chǎn)生壓破壞,在運行期洪水泄流之后下落,可能對下游壩趾部分的基巖造成沖擊和沖刷破壞。因此,在分析建基面巖體的不利因素時,應該根據(jù)不同時期,上下游區(qū)域巖體受力特點不同予以區(qū)別對待。(2)分段,即按大壩幾何和受力特點按岸坡壩段和河床壩段對建基面分段。拱壩在受力時,有拱的分載作用,所以岸坡壩段的基巖質量對該部分壩體的整體穩(wěn)定性有至關重要的影響,甚至還可能影響到整個工程的安全。對于岸坡壩段根據(jù)不同高程拱推力受力不同劃分不同區(qū)段,由圖3可知,在高拱壩中下部高程一般拱推力較大,因此這些壩段巖體一般要求質量較高,在實際工程中通常要求新鮮II級巖體,而在岸坡壩段的上部高程由于拱推力較小,可考慮利用III2級巖體進行建基面優(yōu)化設計。因此,在分析岸坡壩段和河床壩段的不利因素時,應該予以區(qū)別對待:岸坡壩段基巖重點是分析局部抗滑穩(wěn)定性和巖體的剪切破壞;河床壩段基巖應重點分析壩踵部位的拉破壞和壩址部位的壓破壞。(3)分層,即根據(jù)建基面巖體特征確定建基面向巖體埋深的層級。如在小灣拱壩出現(xiàn)建基面淺層卸荷,對大壩建基面分別進行了0~2,2~6,6~20m的分層計算處理;在溪洛渡工程的勘測和計算分析中,分別采取了距建基面表面0~5和5~20m等2個區(qū)域作為基巖的2層(見圖4)。在設計的初步計算和數(shù)值分析的計算過程中,可將0~5m的材料視為平均材料,賦予同一平均的力學參數(shù);將5~20m的基巖視為平均材料,賦予平均的力學參數(shù)。這樣就在垂直方向上,將控制大壩安全和穩(wěn)定的巖體分為2層。這一做法相對于材料的精細分區(qū)而言,大大簡化了計算量;相對于材料的統(tǒng)一均化處理,突出了與壩體相鄰基巖質量的重要性,更具準確性。(4)分級,即壩基巖體分類,以巖石質量、巖體完整性、巖石風化及含水性作為分級因子,通過各因子組合進行巖體分級;也有依據(jù)巖石強度、巖體結構特性、巖體受力條件等因素進行巖體分級,目前現(xiàn)場一般結合具體工程實際,參照Q系統(tǒng)、RMR系統(tǒng)、水電工程圍巖分類等巖體分級方法對壩基巖體進行分級,提出符合具體工程實際各級巖體力學參數(shù)指標,為大壩設計提供了有益的參考。(5)對標,即對以上分區(qū)、分段和分級巖體的力學參數(shù)進行個性化分析,如果發(fā)現(xiàn)某一區(qū)域某一壩段某一層的巖石質量不滿足相應部位的標準,應進行個性化處理。在實際工程分析中,如將巖體分級對標指標與其對應的物理力學參數(shù)、本構關系進行緊密結合,就能為大壩優(yōu)化設計提供合理的科學建議。本文就是通過這一思想并結合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),開展大壩整體應力分析評價。2010年5月溪洛渡河床13~19壩段固結灌漿物探和水文地質資料分析得到壩河床壩段灌后分壩段彈性模量見表2。由表2和分析結果可知:在大壩部位進行了固結灌漿處理,河床13~19壩段綜合彈性模量平均提高約34.5%,最高提高約61.1%,為14.5MPa(13壩段);最低提高約8.0%,為9.72MPa(16壩段)。河床壩段建基面0~5,5~20m平均彈性模量分別為12.3,13.3GPa。結合當前巖體現(xiàn)狀以及施工期各項監(jiān)測數(shù)據(jù),溪洛渡提出的分層、分段、分區(qū)、分級、對標的巖體驗收評價方法通過計算分析是合適的。這一思想在制定更細致的工作手冊后具有較強推廣價值。3高混凝土變形和應力監(jiān)測開展大壩施工期變形和應力狀態(tài)進行跟蹤有規(guī)律的監(jiān)測,對了解大壩施工期工作狀態(tài)具有十分重要的科學和工程意義。在施工期,由于大壩每天都有升高,大壩體型沒有完全成型,較難采用GPS法、距離交會法等大壩外部變形監(jiān)測技術;而目前國內對高混凝土的變形和應力監(jiān)測大多仍采用內部監(jiān)測技術。主要的監(jiān)測手段和目的包括:(1)滑動測微計和多點位移計,在大壩澆筑時安裝在混凝土內部,用于監(jiān)測大壩內部的基礎變形特征;(2)精密水準儀,可以在外部空間進行布點監(jiān)測,用于從外部監(jiān)測大壩的沉降特性;(3)測縫計,主要安裝在基巖和壩體底部之間或裂縫之間,作用是進行壩體和基巖之間或裂縫的開合度的測量;(4)壓應力計,埋設在大壩混凝土或者基巖內部,以埋設的時間點的測值為基準值進行巖石或混凝土壓應力的測量;(5)滲壓計和測壓管,用以測量滲水壓力或水位。在溪洛渡大壩施工期的監(jiān)測系統(tǒng)中,上述5種監(jiān)測裝置都得到了應用,獲取了十分有意義的數(shù)據(jù)。3.1水庫基本變形狀態(tài)大壩的基礎變形主要通過多點位移計和基巖測縫計進行監(jiān)測。下文基于變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)對大壩基礎變形進行分析討論。(1)多點位移計監(jiān)測溪洛渡基巖垂直變形監(jiān)測主要采用多點(5點)正弦式位移計,布置在中間壩段,位移計下部與基巖固定,上部與基巖表面固定。測量的時候以最深的一根為基準點,其他4根相對于此根的讀數(shù)變化為兩根位移計底部之間的巖體變形情況,整個測量區(qū)域的基巖變形情況即為埋深最深的位移計的讀數(shù),將數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計可得基巖的變化情況。目前大壩安裝有振弦式多點位移計共3支,分別布置在中間的3個壩段(14,16,18壩段)。圖5為16壩段多點位移計監(jiān)測數(shù)據(jù)。從圖5可以看出,1#點作為基準點,其位移一直為0。其中2#~5#點的位移隨時間而不斷變化,開始時是正值,表示固結灌漿導致的基巖上抬變形,之后是負值,表示壓縮。隨著大壩的不斷上升,倒懸增加,位移監(jiān)測數(shù)值顯示為持續(xù)壓縮狀態(tài),而且壓縮量不斷增大。通過對多組溪洛渡施工期多點位移計監(jiān)測結果分析可知,影響監(jiān)測結果的因素主要有:(1)儀器安裝和固結灌漿的順序。若在固結灌漿之前進行儀器安裝,則會把由于灌漿而產(chǎn)生的上抬變形一起考慮;若在灌漿之后進行安裝,則就不能監(jiān)測到上抬變形的過程,而只有基巖的壓縮變形。(2)壩體自重與倒懸的影響。施工期隨著大壩澆筑,基巖承受大壩的自重增加,大壩自重產(chǎn)生的壓縮變形導致基巖從固結灌漿的上抬變形逐漸轉變?yōu)閴嚎s狀態(tài),分析監(jiān)測結果可知河床中部轉化快于右岸,右岸快于左岸。單從一個壩段看,沉降變形規(guī)律是上游壓縮,下游壩趾微張開。(2)影響復合基巖復合結構閉合度的因素大壩施工期監(jiān)測安裝了2種測縫計,分別是振弦式測縫計和差阻式測縫計,主要布置在5~25壩段大壩與基礎銜接處。基巖測縫計測量數(shù)據(jù)表示了基巖面與壩體底面之間的開合度的值,正值表示“開”,負值表示“合”。從圖6可以看出,14壩段在一、二灌尤其是二灌的時候,基巖和壩體間的開合度會出現(xiàn)較大的升高,最大值達到了1mm左右。三灌影響較小。2010年9月份開始,基巖和大壩的接觸處現(xiàn)階段已經(jīng)閉合,并有繼續(xù)壓縮的趨勢。從施工期多組基巖測縫計監(jiān)測結果可知,影響開合度變化過程的因素主要有3個方面,即壩體自重倒懸、灌漿、溫度影響:(1)壩體澆注高度越高,接觸面上壓應力越大,開合度也就越大。每倉的澆筑量產(chǎn)生的壓應力大約為0.08MPa。壩體自重在接觸面上產(chǎn)生壓應力,使得開合度下降,這對接觸面的穩(wěn)定是有利的。隨著大壩的繼續(xù)澆筑,開合度會進一步下降,接觸面上的接觸穩(wěn)定性會得到進一步加強。(2)在灌漿期間的開合度增大,變化較為明顯,基本上為突變性質。由于灌漿過程中漿液的灌入,擁有一定壓力的漿液在接觸面上產(chǎn)生了近似于拉應力的作用,使得接觸面上的開合度隨之增大。并且由于灌漿壓力比壩體自重應力大,故而其產(chǎn)生的開合度上升值一般比自重應力產(chǎn)生的開合度下降值更大。但是這種開合度的增大和拉應力產(chǎn)生的效果又不相同,拉應力產(chǎn)生的開合度增大會使得接觸面上出現(xiàn)裂隙,但是灌漿會有漿液的填充,所以接觸面上還是密實的,灌漿對壩體穩(wěn)定性影響相應也較小。(3)溫度變化會導致基巖和壩體的變形。一般來說,溫度升高的時候,基巖和壩體都會發(fā)生熱正值,所以在基巖和壩體的接觸面上會出現(xiàn)一定的正向的擠壓應力,使得正向壓應力增大,使基巖和壩體直接的接觸更加緊密。而溫度升高的時候則是另外的情況,基巖和壩體都會出現(xiàn)相應的收縮,那么產(chǎn)生的正向應力就是負的,相當于拉應力,于是壩體和基巖之間的正應力減小,于是開合度也就變大。總體來說,溫度的影響還是由于熱脹冷縮導致產(chǎn)生一定的溫度應力,從而影響到開合度的變化。(3)多點位移計觀測結果廊道水準儀布置在廊道里,監(jiān)測廊道的上抬或者沉降變形。廊道實測變形的觀測時間為從2010年12月份開始安裝水準儀進行觀測。廊道變形監(jiān)測結果如圖7所示(圖中,正值為上抬變形,負值為沉降變形)。為了便于與多點位移計的觀測數(shù)值比較,將多點位移計從2010年12月份開始至2011年8月16日的觀測值進行比較分析(見圖8)。從圖7可以看出,中間壩段大部分時間處于壓縮變形狀態(tài),且觀測時間越長,累計位移值越大。兩岸的壩段隨時間延長有上抬趨勢。由圖8可知,大壩廊道觀測點的位移變化幅度略大于基巖的變化幅度,但兩者都符合拱壩垂直變形規(guī)律。3.2大壩工作性態(tài)的監(jiān)測結果分析為了解施工期大壩各典型壩段的應力變化狀態(tài),在大壩混凝土與巖石接觸部分共埋設了15個巖石壓應力計,分別以埋設的時間點的測值為基準值進行巖石壓應力的測量。圖9為河床15壩段的巖石壓應力–時間變化曲線。從圖9可以看出,壓應力一直較為穩(wěn)定,2009年3月底出現(xiàn)一個極值,之后迅速下降。在這之后壓應力一直處于緩慢的波動狀態(tài),2009年7月之后壓應力值小于0。2010年12月變?yōu)檎?之后逐漸增加至大約1MPa。壓應力計逐漸轉為壓縮,隨著大壩的進一步澆注,壓應力計顯示壓力不斷增大,基巖不斷被壓縮的規(guī)律。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,儀器的安裝時機和性態(tài)、灌漿后基巖的工作狀態(tài)、壩體澆筑狀態(tài)都是影響大壩巖石壓應力測量的因素。利用上述監(jiān)測手段不但可監(jiān)測施工期大壩和基礎的運行狀態(tài),而且為安全有效施工,反饋檢驗設計效果提供了科學支撐。通過現(xiàn)場大量數(shù)據(jù)分析結果中的量值關系,分析重要突變點和臨界點的數(shù)值,并理順這些變化的原因,可以準確評估大壩實時工作性態(tài)。從上面監(jiān)測結果變化的分析可以看出,影響大壩真實工作性態(tài)的原因大致如下:(1)大壩體型:拱壩在蓄水以前,設計的體型一般向上游倒懸,大壩順河向上游變形,上游壩踵受壓,下游壩趾受拉,一旦蓄水,隨著水位增高,變形逐漸轉為向下游,壩踵壩趾受力狀態(tài)正好相反。(2)大壩壩體彈性模量的均一性與大壩基巖彈性模量的不均勻性以及大壩自重倒懸,使得大壩廊道的位移監(jiān)測值與基巖多點位移計的存在一定差異。(3)在施工過程中采取的工程措施可能導致基礎出現(xiàn)變形。例如固結灌漿,可能引起相應部位發(fā)生上抬的反應。大壩監(jiān)測的數(shù)據(jù)不僅可以用來直接評估大壩的實時性態(tài),而且可以利用這些成果指導和反饋三維數(shù)值計算的結果,為正確評價運行期的大壩基礎的工作提供科學依據(jù)。4計算結果及分析本小節(jié)通過對溪洛渡進行三維數(shù)值建模分析,采用Drucker-Prager屈服準則(D-P準則)和ABAQUS計算軟件,計算分析大壩的應力狀態(tài),并與實際監(jiān)測結果進行反饋分析比較?；A巖體的真實力學參數(shù)按表2和圖4所列參數(shù)進行重新計算分析,本文計算結果截止到2011年8月底。4.1壩段基礎圍巖質量本次計算方案采用整體網(wǎng)格模擬,大壩三維計算網(wǎng)格如圖10所示。計算模擬了各級巖體分類、各個斷層及軟弱夾層,基礎混凝土置換及壩踵貼角處理。本次計算還特別模擬了河床壩段不同壩段基礎的巖體質量,在數(shù)值模擬計算中,對基礎巖石進行了細分,分別賦值,這樣更能準確模擬實際情況。層間、層內錯動帶分布如圖11所示。4.2壩體圍巖應力分析圖12給出了15壩段施工期垂直位移云圖。圖13給出了施工期第三主應力圖。大壩整體詳細特征應力值見表3。通過施工期(截止到2011年8月)計算分析表明:(1)下游面順河向位移均為負值,即壩體向上游傾斜,最大位移為22.5mm,發(fā)生在16壩段頂部;由于倒懸的影響,豎直向下的位移在大壩上游面取得最大值,值為3cm左右。(2)在目前施工期基礎彈性模量的提高可改善大壩基礎受壓狀態(tài),減少壓應力集中,使應力分布均勻,但改善程度有限。上、下游面拉應力水平不超過2MPa,拉應力主要集中在左右岸陡坡壩段上部高程。下游面孔口部位較其他部位拉應力大;左右岸拱端壓應力水平相當,小于5MPa,左岸略大于右岸。建基面主要是壓應力,均值為3~4MPa,特別是上游側。4.3壩段變形與實測的比較大壩在目前施工期情況下,通過數(shù)值分析解,比較特征河床壩段314m高程垂直位移與監(jiān)測值,并反饋材料參數(shù)。通過反饋材料參數(shù)求得在運行期的該高程的垂直位移數(shù)值解。從表4可以看出,16壩段實測值與計算值是非常一致的。其余2個壩段雖然與實測值有較大地差別,說明數(shù)值計算中對基巖各區(qū)域的材料屬性區(qū)分還不是很精細。16壩段是中間壩段,其拱分載的能力比較弱,主要是梁作用,所以垂直向的位移較大;越靠近兩岸,拱分載的能力越強,垂直向位移越小。圖14列出了特征河床壩段垂直位移計算值與實測值比較。從圖14可以看出,各種方法得到的施工期的垂直位移值隨壩段的變化規(guī)律是一致的,在16壩段差別很小。運行期的垂直位移值雖大于施工期,但規(guī)律一致?？傊?盡管數(shù)值分析可以開展線彈性和非線性計算,但由于很難精確模擬真實巖體結構面、節(jié)理等,監(jiān)測儀器安裝時機和性態(tài),以及實際輸入巖體力學參數(shù)與真實工作狀態(tài)下巖體力學參數(shù)的仍存在一定差異,導致目前大壩實際監(jiān)測變形值與有限元計算結果存在一定偏差。從變形基本規(guī)律上兩者是吻合的。4.4壩內壩段基礎應力分析通過埋設在10,12,15,16,20和22壩段壩基的15個巖石壓應力計觀測拱壩建基面上的壓應力。截至2011年8月,巖石壓應力計所測壓力為0~3.46MPa,最大壓應力部位為12壩段壩基中部。由表5可知:(1)實測值和圖11,12顯示的計算值均顯示,河床壩段基礎上游側壓應力較大;靠近岸坡的壩段,下游側基礎呈現(xiàn)受拉狀態(tài)。(2)在最大壓應力的量值上兩者基本一致的,應力分布上呈現(xiàn)河床壩段壓應力大,兩側小