3 大壩安全監測的新內涵
通過以上分析可知,影響大壩安全的因素很多(壩址選擇、樞紐布置、壩體結構、材料特性、水庫調度等)、時間跨度大(從設計施工到運行管理);大壩安全監測的目的是為了在確保工程安全的前提下,更好地發揮工程效益。隨著科技的發展、人們觀念的變化,實現大壩安全監測的手段和目的都有了一定程度的變化,筆者認為可從如下幾方面進行理解。
3.1監測范圍和內容
規范[4][5]規定“大壩安全監測范圍,包括壩體、壩基、壩肩,以及對大壩安全有重大影響的近壩區岸坡和其它與大壩安全有直接關系的建筑物和設備”。眾所周知,瓦依昂(Vajont)拱壩就是由于庫區發生大滑坡引起了潰壩;1961年3月6日,我國柘溪水電廠首次蓄水時,在大壩上游右岸1.55km處也曾發生大滑坡;佐齊爾拱壩1978年12月份發現拱冠向上游移動的原因就是因為離壩1.5km的地方在比壩低320m處開挖了一條排放地下水的隧洞所致。可見,關系大壩安全的因素存在的范圍大,包括的內容多,如泄洪設備及電源的可靠性、梯級水庫的運行及大壩安全狀況、下游沖刷及上游淤積、周邊范圍內大的施工特別是地下施工爆破等。
大壩安全監測的范圍應根據壩址、樞紐布置、壩高、庫容、投資及失事后果等進行確定,根據具體情況由壩體、壩基推廣到庫區及梯級水庫大壩,大壩安全監測的時間應從設計時開始直至運行管理,大壩安全監測的內容不僅是壩體結構及地質狀況,還應包括輔助機電設備及泄洪消能建筑物等。
3.2大壩安全監測的針對性
大壩安全監測是針對具體大壩的具體時期作出的,一定要有鮮明的針對性。
(1)時間上的針對性。
由于大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期是大壩安全容易出現問題的時期,因此在前一個階段監測的重點應是設計參數的復核和施工質量的檢驗,而后者則應是針對材料老化[7]和設計復核進行。
大壩的破壞機理研究至今還是一個薄弱環節,關鍵是原型破壞試驗作不了,因此,加強對潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監測系統在關鍵時候能發揮作用,能得到關鍵數據;
(2)空間結構上的針對性。
針對具體的壩址、壩型和結構有針對性地加強監測,如針對面板堆石壩面板與趾板之間的防滲、碾壓混凝土壩的層間結構、高強震地區均質土壩的液化、薄拱壩壩肩的穩定、破碎地基及深覆蓋層上筑壩的基礎處理及防滲、多泥沙河流的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩定等。由于總體布置不合理,泄洪水霧有可能引起跳閘等問題,應注意對霧化的監測和汛期對備用電源的檢查等。再者,大壩監測應和大壩設計、施工和運行管理互相補充,特別是在設計中運用新結構、新方法、新材料,施工時發現新的地質構造和地質條件。運行遇到不利工況時,大壩安全監測理應成為檢驗設計、施工及運行效果的必要手段,從而為采取必要的工程措施以確保大壩安全創造條件。
3.3監測手段和方法
大壩安全監測包括巡視檢查和儀器監測[4],筆者認為巡視檢查和儀器監測是分不開的。前者也要盡可能的利用當今的先進儀器和技術對大壩特別是隱患進行檢查,以便作到早發現早處理,如土石壩的洞穴、暗縫、軟弱夾層等很難通過簡單的人工檢查發現,因此,必須借用高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態面波法等進行檢查[6],從而完成對其定位及嚴重程度的判定。人工巡查和儀器監測分不開的另一條原因是由于大壩的特殊性和目前儀器監測的水平所決定的。大壩邊界條件和工作環境較為復雜,同時,由于材料的非線性(特別是土石壩),從而使監測的難度增大;另一方面,目前儀器監測還只能作到“點(小范圍)監測”,如測縫計只能發現通過測點的裂(接)縫開度的變化,而不能發現測點以外裂(接)縫開度的變化;變形(滲流)測點監測到的是壩體(基)綜合反應,因而難以進行具體情況的原因分析。正是由于上述原因,監測手段和方法必須多樣化,即將各種監測手段和方法[4][5]結合起來,將定性和定量監測結合起來,如將傳統的變形、滲流、應力應變及溫度監測同面波法、彩色電視、超聲波、CT、水質分析等結合起來。隨著科技水平的發展,一種真正的“分布式測量系統”——光纖測量系統即將面世,水科院、國電公司成都院等單位已對此作了大量的研究,也曾在三峽作過試驗。該系統將光纖既作為傳感部件,又作為信號傳輸部件埋設于壩體中,使每一根光纖成為大壩的神經,感受大壩性態的變化并具體定位,從而使監測走向立體和全方位。
目前,自動化系統還存在費用高、可靠性難以保證、監測項目不全、安裝調試困難、實時化程度低等問題,筆者認為一種費用低、安裝調試簡單、易維護、可以進行大范圍監測、實時性高的系統才是發展方向。同時,監測方法、監測量的變化(如由標量到矢量、由數值分析到圖象分析)必將導致分析方法的變化。
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