大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵及擴(kuò)展

1、大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵及擴(kuò)展其特殊性主要表現(xiàn)在如下3個(gè)方面：①投資及效益的巨大和失事后造成災(zāi)難的嚴(yán)重性；②結(jié)構(gòu)、邊界條件及運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性；③設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)性、不確定性和涉及內(nèi)容的廣泛性。以上特殊性說明了要準(zhǔn)確了解大壩工作性態(tài)，只能通過大壩安全監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也說明了大壩安全監(jiān)測的重要性。事實(shí)上，大壩安全監(jiān)測已受到人們的廣泛重視，我國已先后頒布了差阻式儀器標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測儀器系列型譜、《水電站大壩安全檢查實(shí)施細(xì)則》、《混凝大壩安全監(jiān)測

2、技術(shù)規(guī)范》、《水庫大壩安全管理?xiàng)l例》、《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》等，同時(shí)，國際大壩會(huì)議也多次討論過大壩安全問題［1］。大壩安全監(jiān)測是人們了解大壩運(yùn)行性態(tài)和安全狀況的有效手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、管理水平的提高及人們觀念的轉(zhuǎn)變，大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵也進(jìn)一步加深。為此，筆者從分析影響大壩安全的因素入手，對大壩安全監(jiān)測的若干問題進(jìn)行探討。1影響大壩安全的因素影響大壩安全的因素很多，據(jù)國際大壩會(huì)議“關(guān)于水壩和水庫惡化”小組委員會(huì)記錄的1100座大

3、壩失事實(shí)例，從1950年至1975年大壩失事的概率和成因分析中得出大壩失事的頻率和成因分別為：30%是由于設(shè)計(jì)洪水位偏低和泄洪設(shè)備失靈引起洪水漫頂而失事；27%是由于地質(zhì)條件復(fù)雜，基礎(chǔ)失穩(wěn)和意外結(jié)構(gòu)事故；20%是由于地下滲漏引起揚(yáng)壓力過高、滲流量增大、滲透坡降過大引起；11%是由于大壩老化、建筑材料變質(zhì)(開裂、侵蝕和風(fēng)化)以及施工質(zhì)量等原因；12%是不同的特有原因所致。通過上面的數(shù)值可以作如下分析：大壩失事的原因很多、涉及范圍也很廣，但

4、大致可以分成3類。第一類是由設(shè)計(jì)、施工和自然因素引起，它沒有一個(gè)從量變到質(zhì)變的過程，而是一旦大壩建成就已確定了的，如設(shè)計(jì)洪水位偏低、混凝土標(biāo)號過低、未考慮地震荷載等；第二類是在運(yùn)行、管理過程中逐步形成的，有一個(gè)從量變到質(zhì)變的發(fā)展過程，如沖刷、浸蝕、混凝土的老化、金屬結(jié)構(gòu)的銹蝕等；第三類是上述兩種混合情況，即設(shè)計(jì)、施工中的不完善在運(yùn)行中得不到改正，或者說隨著時(shí)間的推移和運(yùn)行管理的不力使設(shè)計(jì)、施工中的隱患發(fā)展為破壞。就目前而言，大壩安全監(jiān)測

5、主要是針對后兩種情況。下面將從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)3個(gè)階段來討論，著重強(qiáng)調(diào)目前大壩安全監(jiān)測容易忽視的一些方面。1.1設(shè)計(jì)階段眾所周知，在設(shè)計(jì)階段，壩址的確定決定了地形、地質(zhì)、地震發(fā)生頻率及水文條件等；樞紐的總體布置、壩型及結(jié)構(gòu)、材料選擇和分區(qū)、水文資料的收集及洪水演算、地質(zhì)勘探等都將影響大壩的安全。1980年6月19日，烏江渡水庫泄洪水霧引起開關(guān)站出線相間短路跳閘、引出線燒斷、工地停電，類似情況1980年6月23日在黃龍灘、1986年9

6、月3日在白山等也曾發(fā)生。以上事故的發(fā)生引起工地停電和泄洪閘門不能開啟的嚴(yán)重后果，均是由于整體布置不合理，對泄洪水霧飄移危害認(rèn)識不夠所致。喀什一級大壩位于高地震烈度區(qū)，粘土斜墻壩的抗震性能差，而設(shè)計(jì)又將防滲膜放在斜墻下游側(cè)，形成潛在的最薄弱滑裂面，因而在1985年大地震時(shí)，迎水面滑落庫中，其原因是壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。綜上所述，大壩的許多安全隱患是由設(shè)計(jì)階段留下的，特別是水文計(jì)體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)狀況，還應(yīng)包括輔助機(jī)電設(shè)備及泄洪消能建筑物等。3.2

7、大壩安全監(jiān)測的針對性大壩安全監(jiān)測是針對具體大壩的具體時(shí)期作出的，一定要有鮮明的針對性。(1)時(shí)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(xiàn)問題的時(shí)期，因此在前一個(gè)階段監(jiān)測的重點(diǎn)應(yīng)是設(shè)計(jì)參數(shù)的復(fù)核和施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，而后者則應(yīng)是針對材料老化［7］和設(shè)計(jì)復(fù)核進(jìn)行。大壩的破壞機(jī)理研究至今還是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，關(guān)鍵是原型破壞試驗(yàn)作不了，因此，加強(qiáng)對潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在關(guān)鍵時(shí)候能發(fā)揮作用，能得到

8、關(guān)鍵數(shù)據(jù)；(2)空間結(jié)構(gòu)上的針對性。針對具體的壩址、壩型和結(jié)構(gòu)有針對性地加強(qiáng)監(jiān)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(jié)構(gòu)、高強(qiáng)震地區(qū)均質(zhì)土壩的液化、薄拱壩壩肩的穩(wěn)定、破碎地基及深覆蓋層上筑壩的基礎(chǔ)處理及防滲、多泥沙河流的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩(wěn)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(yīng)注意對霧化的監(jiān)測和汛期對備用電源的檢查等。再者，大壩監(jiān)測應(yīng)和大壩設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理互相補(bǔ)充，特別是在設(shè)計(jì)中運(yùn)用新結(jié)

9、構(gòu)、新方法、新材料，施工時(shí)發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)條件。運(yùn)行遇到不利工況時(shí)，大壩安全監(jiān)測理應(yīng)成為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)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(chuàng)造條件。3.3監(jiān)測手段和方法大壩安全監(jiān)測包括巡視檢查和儀器監(jiān)測［4］，筆者認(rèn)為巡視檢查和儀器監(jiān)測是分不開的。前者也要盡可能的利用當(dāng)今的先進(jìn)儀器和技術(shù)對大壩特別是隱患進(jìn)行檢查，以便作到早發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，因此，必須借用

10、高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態(tài)面波法等進(jìn)行檢查［6］，從而完成對其定位及嚴(yán)重程度的判定。人工巡查和儀器監(jiān)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(jiān)測的水平所決定的。大壩邊界條件和工作環(huán)境較為復(fù)雜，同時(shí)，由于材料的非線性(特別是土石壩)，從而使監(jiān)測的難度增大；另一方面，目前儀器監(jiān)測還只能作到“點(diǎn)(小范圍)監(jiān)測”，如測縫計(jì)只能發(fā)現(xiàn)通過測點(diǎn)的裂(接)縫開度的變化，而不能發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)以外裂(接)縫開度的變化；變形(滲流)測點(diǎn)監(jiān)測到的是壩體

11、(基)綜合反應(yīng)，因而難以進(jìn)行具體情況的原因分析。正是由于上述原因，監(jiān)測手段和方法必須多樣化，即將各種監(jiān)測手段和方法［4］［5］結(jié)合起來，將定性和定量監(jiān)測結(jié)合起來，如將傳統(tǒng)的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測同面波法、彩色電視、超聲波、CT、水質(zhì)分析等結(jié)合起來。隨著科技水平的發(fā)展，一種真正的“分布式測量系統(tǒng)”——光纖測量系統(tǒng)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(yàn)。該系統(tǒng)將光纖既作為傳感部件，又作為信號傳