高混凝土面板堆石壩的動態(tài)監(jiān)測

1、高混凝土面板堆石壩的動態(tài)監(jiān)測摘要：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(qiáng)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(yùn)行狀態(tài)、校核設(shè)計和改進(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、對面板壩監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展起了促進(jìn)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

3、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。2.1地震反應(yīng)監(jiān)測2.1.1地震反應(yīng)監(jiān)測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(jìn)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(qiáng)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。2.1.2測站布置和結(jié)果處理面板壩的地震反應(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

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(qiáng)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(qiáng)震儀來監(jiān)測地震時地面運(yùn)動的全過程以及壩體等水工建筑物對地震的反應(yīng)，在強(qiáng)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2.2水力學(xué)原型觀

6、測由于水力學(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。2.2.1流速監(jiān)測水流流速是水力學(xué)的重要參數(shù)，它是進(jìn)行消能沖刷、磨損、脈動、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(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)測斷面，平均流速一般采用浮標(biāo)、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(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(qiáng)度的變化情況。2.2.2動水壓力監(jiān)測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

8、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(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)場分別進(jìn)行。2.2.3水流振動監(jiān)測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，水流振動監(jiān)測主要是監(jiān)

9、測動水荷載的傳遞過程和結(jié)構(gòu)物對振動的反應(yīng)過程.振動測量系統(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)行測試工作；在水工閘門、隧洞及壩體的振動監(jiān)測中，也可以采用在結(jié)構(gòu)物上直接粘貼電阻應(yīng)變片的方法測取應(yīng)變值。2.3爆破振動監(jiān)測2.3.1爆破振動監(jiān)測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面的邊坡或地下洞室圍巖等結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)；同時在爆破振動荷載的反復(fù)作用下，會引起巖石、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，必須使爆破振動控制在安全范圍內(nèi)。2.3.2爆破振動監(jiān)測在工程爆破中，影響爆破振動的因素有爆破規(guī)模、爆破方式、與爆源相對位置、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起爆炸藥量Q（kg）和爆源距測點的距離R（m），爆破振動安全多采用質(zhì)點峰值振速進(jìn)行控制，即以實測質(zhì)點振速小于或等于允許質(zhì)點振速為依據(jù)，可根據(jù)薩道失斯基提出的經(jīng)驗公式計算：式中 V為爆破質(zhì)點振動速度（cm/s）為藥包形狀系數(shù)，一般取1/3或1/2為振動衰減指數(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、試驗研究，當(dāng)介質(zhì)為土質(zhì)時，Ka200，當(dāng)介質(zhì)為巖石時，Ka3070f（n）為爆破作用指數(shù)函數(shù)對于一些重要工程的爆破振動計算，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測得，從而獲得工程爆破振動的經(jīng)驗公式，并把它作為計算爆破允許裝藥量和確定安全距離的依據(jù)。爆破振動監(jiān)測所采用的儀器系統(tǒng)可由瞬態(tài)波數(shù)學(xué)存儲儀、速度傳感器、加速度傳感器和微機(jī)處理軟件系統(tǒng)組成。爆破振動監(jiān)測測點的布置主要考慮保護(hù)對象和爆源兩方面，一般采取以跟蹤監(jiān)測為主，鉆孔內(nèi)埋設(shè)的傳感器固定監(jiān)測為輔的原則；在具體的爆破振動監(jiān)測過程中，一個測點布設(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)爆破振動傳遞到測點時，自記儀將自動記錄信號。3、結(jié)語面板壩作為一種極具競爭力的新壩型，在我國得到廣泛的應(yīng)用，推動了面板壩監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。隨著大壩安全監(jiān)測技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，面板壩動態(tài)監(jiān)測的實施必將進(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