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时间:2018-01-08
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1、对大坝渗压监测中两个问题的看法李旦江储海宁(南京电力自动化设备总厂水电仪器公司,南京210003)【摘要】本文从论述渗压监测的重要性出发,提出对大坝渗压监测中两个问题的看法。首先指出,土石坝安全监测技术规范中不应以坝高和渗压滞后作为限制采用测压管的理由,采用何种监测方式应注重实际效果。其次,对渗压监测仪器就灵敏度、精度、长期稳定性等多项指标进行讨论,指出长期稳定性应作为埋设仪器选型的主要指标。【关键词】大坝安全监测渗压仪器【中图分类号】TV698.11.前言众所周知,大坝建成蓄水后,由于库水位作用,导致坝体、坝基和坝肩出现
2、渗流现象,这对大坝安全是不利的,但又是不可避免的。根据国外资料统计,由于大坝渗流问题引起失事的大坝工程占失事总数的40.5%。例如,震惊世界的法国马尔巴塞拱坝和美国提堂土坝的垮坝,就是由于渗流异常造成的。我国水利部工管局也对建国20多年来全国241座大型水库先后发生的1000宗工程事故进行过整理分析[1],其中渗流事故(含管涌在内)有317宗,占事故总数的31.7%。可见,渗流异常是大坝事故的重要原因。大坝渗流问题成为设计、施工、运行管理的关键课题,受到国内外坝工界高度重视。大坝渗流问题的复杂性在于以下两点:1、渗流㘯介质
3、的不均匀性。直到目前为止,学术界对大坝渗流的机理仍有争论,就混凝土坝和土石坝两大类坝型而言,比较普遍的看法是,混凝土坝的渗流是水流通过混凝土和岩石内部裂隙网络(包含接触面在内)的渗流,土石坝的渗流是水流在散粒体固体介质中的渗流。2、影响因素的复杂性。实际运行中的大坝,随着库水位的变化,大坝渗流是一种非稳定的、三维水流运动。即使以比较成熟的土石坝散粒体渗流理论考虑[2],根据连续性原理和达西定理虽可导出渗流的基本方程式,但由于方程中的因变量是一个三维变量,并含有时间参变量,再加上复杂的边界条件,解析解是不可能的,数值解也很困
4、难。因而,设计计算和模型试验时一般都假定为稳定渗流,而且通过多项简化,才能求解渗流方程得出渗流流网。显然,计算结果与实际情况会有很大出入。鉴于上述原因,大坝渗流的原型观测就成为监控渗流性态的最可靠、最行之有效的方法,因而被绝大多数工程所采纳。我国混凝土坝安全监测技术规范(DL/T5178-2003)和土石坝安全监测技术规范(SL60-94)都将渗流监测列为大坝安全监测的必测项目,而大坝渗透压力监测(以下简称渗压监测)是大坝渗流监测的重要组成部分。本文拟对土石坝渗压监测布置中采用埋设渗压计还是测压管的问题,以及采用振弦式仪器
5、还是其它型式仪器的问题进行讨论。2.土石坝采用埋设渗压计方式还是测压管方式根据规范,混凝土坝渗压监测项目有:坝基扬压力;坝体、坝基渗压;绕坝渗压等。这些项目都是基于混凝土坝的渗流模式考虑的,即在可能的裂隙网络信道上监测渗压,如扬压力监测是沿坝基混凝土、岩石接触面,坝体渗压监测是沿坝体浇筑层面,坝基渗压监测是沿断层破碎带,绕坝渗压监测是沿坝肩混凝土、岩石接触面等。同样,土石坝渗压监测项目也有:坝体、坝基渗压;绕坝渗压等。但是,土石坝是按照散粒体渗流模式考虑的,所以渗压监测的布置是围绕着如何通过渗流流网分析来确定坝体浸润线、坝
6、基渗压和绕坝渗压进行的。尽管混凝土坝和土石坝的渗压监测布置不尽相同,但是,监测方式基本相同,即采用埋设渗压计方式或测压管方式。关于监测方式这一点,混凝土坝安全监测技术规范并没有明确的选择限制,使用者可以因地置宜地选择,但土石坝安全监测技术规范在这方面却有明确限制,如关于坝体渗压监测,规范4.2.3.1条规定:“渗流压力观测仪器,应根据不同的观测目的、土体透水性、渗流场特征以及埋设条件等,选用测压管或振弦式孔隙水压力计。一般情况是:(1)作用水头小于20m的坝、渗透系数大于或等于10-4cm/s的土中、渗压力变幅小的部位、监
7、视防渗体裂缝等,宜采用测压管。(2)作用水头大于20m的坝、渗透系数小于10-4cm/s的土中、观测不稳定渗流过程以及不适宜埋设测压管的部位(如铺盖或斜墙底部、接触面等),宜采用振弦式孔隙水压力计,其量程应与测点实有压力相适应。”对此,笔者就有关问题讨论如下:2.1坝高不是决定采用埋设渗压计方式还是测压管方式的主要因素我国一些著名的高土石坝,如105m高的白龙江碧口壤土心墙土石混合坝、73m高的渭河冯家山均质土坝等,除在壤土心墙部位采用埋设渗压计外,坝体其它部位(除无法设置测压管的部位外)的渗压监测都采用测压管监测,因为测
8、压管直观、可靠、制作简单、施工方便。从观测原理来讲,两者都是监测渗流流网中的点压力,再通过流网分析确定坝体浸润线,通常也可近似将该点渗压测值换算的水位作为铅直面上的浸润线水位(见图1)。不管是低坝还是高坝,埋设渗压计方式能够执行的功能测压管方式也能做到。以不透水地基上的均质土坝为例:低坝的最高和最低浸润
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