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1、1高混凝土面板堆石坝的动态监测摘要：地震反应监测、水力学原型观测、爆破振动监测是高面板坝动态监测的重要组成部分，应给予足够的重视，本文简要阐述了高面板坝动态监测的目的以及它的主要内容与有关问题。 关键词：高混凝土面板坝 地震反应监测 水力学原型观测 爆破振动监测 1、引言 混凝土面板坝是近二三十年内发展起来的一种新坝型，由于它的发展历史较短，以及现有面扳坝计算理论还不够成熟和完善，面板坝的设计基本上是经验性的，采用工程类比的经验方法较多，所以应加强混凝土面板坝的监测，积累大量的实测资料，为正确评价大坝运行状态、校核设计和改进施工水平提供依据。随着高混凝土面板坝的出现，以及深覆盖层上面板坝的兴建
2、，对面板坝监测技术的发展起了促进作用，同时也引出了面板坝监测技术的许多问题。1993 年青海省沟后面板坝的失事，对我国面板坝的监测技术提出了新的课题。面板坝的监测按外荷载引起物理量的变化速度可分为静态监测和动态监测，对于静态监测，国内外己做了较多的研究，而对作为同样重要的动态监测的研究则较少，特别是面板坝的地震反应性态如何，几乎没有任何的实测资料，所以探讨混凝土面板堆石坝的动态监测具有重要的现实意义，本文简要介绍了高混凝土面板堆石坝动态监测的目的以及它的主要内容与有关问题。22、动态监测面板坝的静态监测包括水平位移、沉降、孔隙水压力、土压力、面板的应变和挠度、周边缝的位移、钢筋应力和渗流量；动
3、态监测包括地震反应监测、水力学原型观测和爆破振动监测。对于地震反应监测来说监测物理量是瞬时的，发生的时刻目前难以预测，荷载作用的时间极短，一般只有几十秒；而水力学原型观测中监测物理量持续的时间较长。2.1 地震反应监测2.1.1 地震反应监测的目的我国是地震多发国家，有不少面板坝建在地震区，象己建成的小干沟面板坝（55m）、大桥面板坝（95m）都处于地震烈度 8以上的地区，而且地震运动对面板坝的坝体、坝基和溢洪道的稳定性有重要的影响，大坝在地震时的性态很复杂，因此对地震区的面板坝进行地震反应监测是一项重要的工作.智利考戈蒂坝（75m）位于地震区，上游坝坡 11.6，下游坝坡 11.8，上游采用
4、分层的混凝土面板，面板下为砾石垫层，1943 年 4 月 7 日智利中部发生 8.3 级地震，坝址测得加速度为 0.14g，地震后坝顶沉陷 350mm，1945 年至 1946 年又沉陷460mm，同时下游坝坡有石块滚落。在面板坝上布置强震监测仪器，可监测天然地震和水库诱发地震对坝区的影响以及坝体对地震的反应，可以获得不同高程的振动加速度过程线，可为坝体、坝基和坝区附近高边坡的抗滑稳定分析提供实测资料。32.1.2 测站布置和结果处理面板坝的地震反应监测可分为工程地震监测与工程动力性质监测，后者包括动孔隙水压力、动土压力、动位移。由于地震监测仪器价格较贵，在坝上布设的仪器不可能很多，因此，应将
5、有限的仪器布置在关键的部位，对于面板坝而言除在坝体布置强震仪外，还应在坝下游距坝址约 2 倍坝高左右处设一基岩自由场测站，以测取基岩的地震动特性。目前国内面扳坝的地震反应监测测站一般设在坝的表面，布置在下游坝坡上，如天生桥一级面板坝，在下游坝坡三个位移观测断面的不同高程，以及坝体的两端布置了强震仪观测站 13 个，形成了地震观测网；至于工程动力性质监测，目前国内还只限于动孔隙水压力观测。地震反应监测主要是利用强震仪来监测地震时地面运动的全过程以及坝体等水工建筑物对地震的反应，在强震加速度记录测试中，一般直接测得到的是加速度信号，可用辛普生数值积分法推求相应的速度和位移变形。实测的加速度记录为欲
6、计算的速度曲线为欲计算的位移曲线为42.2 水力学原型观测由于水力学这门学科的发展还没有达到完善的程度，有些设计参数还得从模型试验中获取，工程是否安全有待实践的检验。因此，有必要从原型中测得实际资料。2.2.1 流速监测水流流速是水力学的重要参数，它是进行消能冲刷、磨损、脉动、空蚀和掺气资料分析的依据。水流流速可分为区段平均流速、时间平均流速、脉动流速和断面平均流速，可根据工程的规模、等级以及研究项目的需要确定监测项目和监测部位。对于高面扳坝，溢洪道是主要的泄水建筑物，且它的长度有些长达 100 多米，水流的流速很大，一般在溢洪道的溢流坝面、陡槽、挑流鼻坎未端等部位设流速监测断面，平均流速一般
7、采用浮标、毕托管及流速仪来测定，由以上各法测定的流速，应及时进行整理分析，给出垂线的流速分布和平均流速，断面的流速分布和平均流速以及代表流速分布特征的 a 系数值。脉动流速与消能冲刷、脉动压力、空蚀与掺气等有密切的关系，它是水力学原型观测中的重要内容，一般在沿水流方向与垂直水流方向布置足够的测点，以便了解水流紊动强度的变化情况。2.2.2 动水压力监测高速水流的动水压力对于确定溢洪道的动力符载、空蚀和掺气等现象具有重5要的影响，它的瞬时值包括时均压力和脉动压力，一般作用在建筑物上的瞬时荷载高于时均荷载，若设计时只考虑时均均载，而未考虑脉动压力，建筑物就有破坏的危险。对于高面板坝，时均压力测点一
8、般布置在溢洪道的闸孔中线、闸墩两侧和溢流堰的堰顶，而脉动压力可在沿水流方向与垂直水流方向布置足够的测点，同时在水流特性与边界条件有突变的部位也布置测点.并尽量使之与模型测点相对应，以便验证模型试验的结果。监测脉动压力的传感器是将实际物理量转换为电的模拟量来实现的，所以测量之前，必须进行率定，找出物理量同模拟量之间的关系，率定在室内和现场分别进行。2.2.3 水流振动监测随着高面板坝的兴建，有关水力引起结构物的振动问题已引起人们的关注，而流动诱发振动问题较复杂，利用现有的流体力学和结构力学的基本理论还不能完全解决它，因此，需通过原型观测获得数据来解决。面板坝的溢洪道泄槽、水工闸门容易产生振动，水
9、电站的引水管道由于内水压力的波动也容易引起振动问题，水流振动监测主要是监测动水荷载的传递过程和结构物对振动的反应过程.振动测量系统包括传感器、放大器和记录器三部分，这三部分需合理配套才能正确进行测试工作；在水工闸门、隧洞及坝体的振动监测中，也可以采用在结构物上直接粘贴电阻应变片的方法测取应变值。2.3 爆破振动监测2.3.1 爆破振动监测的目的6在面板坝的施工过程中，坝基、溢洪道、地下建筑物（包括施工导流洞和地下厂房）的开挖和坝料开采过程中有时要进行爆破，这使炸药的部分能量将以波的形式在岩体、水、空气中传播，形成冲击波，可能引起具有潜在滑动面的边坡或地下洞室围岩等结构动力失稳；同时在爆破振动荷
10、载的反复作用下，会引起岩石、混凝土等材料的力学参数变化，如材料力学强度指标的降低，材料中原有裂隙的扩张或者新裂隙的产生，以及渗透系数的增大等。因此，必须使爆破振动控制在安全范围内。2.3.2 爆破振动监测在工程爆破中，影响爆破振动的因素有爆破规模、爆破方式、与爆源相对位置、装药结构、爆区的地形、地质等，但最主要的因素为一次同时起爆炸药量 Q（kg）和爆源距测点的距离 R（m），爆破振动安全多采用质点峰值振速进行控制，即以实测质点振速小于或等于允许质点振速为依据，可根据萨道失斯基提出的经验公式计算：式中 V 为爆破质点振动速度（cm/s） 为药包形状系数，一般取 1/3 或 1/2 为振动衰减指
11、数K 为与地形、地质、爆破方式有关的系数，在具体计算中，7Ka 为随介质物理力学性能而变化的参数，根据试验研究，当介质为土质时，Ka200，当介质为岩石时，Ka3070f（n）为爆破作用指数函数对于一些重要工程的爆破振动计算，上述公式中的 K 和 a 值可在工程施工初期，通过小药量爆破试验测得，从而获得工程爆破振动的经验公式，并把它作为计算爆破允许装药量和确定安全距离的依据。爆破振动监测所采用的仪器系统可由瞬态波数学存储仪、速度传感器、加速度传感器和微机处理软件系统组成。爆破振动监测测点的布置主要考虑保护对象和爆源两方面，一般采取以跟踪监测为主，钻孔内埋设的传感器固定监测为辅的原则；在具体的爆
12、破振动监测过程中，一个测点布设水平向和竖直向传感器，传感器用石膏固定，然后与自记仪相连，当爆破振动传递到测点时，自记仪将自动记录信号。3、结语面板坝作为一种极具竞争力的新坝型，在我国得到广泛的应用，推动了面板坝监测技术的发展。随着大坝安全监测技术和计算机技术的发展，面板坝动态监测的实施必将进一步为面板坝的安全提供有效的保证。 参考文献 1蒋国澄，傅志安，凤家骥.混凝土面板坝工程M.武汉：湖北科学技术出版社.1997. 2李珍照.大坝安全监测M.北京：中国电力出版社.1997. 3苏克忠，张力飞，朱栗武.大坝强震安全监测M.北京：中国水利水电出版8社.1996. 4松辽水利委员会科学研究所，长江科学院编.水工建筑物水力学原型观测.北京：水利电力出版社.1988. 5梁润.施工技术M.北京：水利电力出版社.1985.
