混凝土面板堆石坝面板压性缝监测设计探讨.pdf

西北 水 电 2 01 1年 增 刊 文章编 号 ： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 1 ) S 1 0 0 O 1 _ _ 0 4 混凝土面板堆石坝面板压性缝监测设计探讨 陈树联， 顾永明 ( 中国水电顾 问集团西北勘测设计研 究院， 西安7 1 0 0 5 6 ) 摘要 ： 随着对 面板堆石坝面板挤压 问题认 识 的不 断提高 ， 目前常用 的监测手段 已无法满 足面板挤压 监测 的要求 。 文章将面板压性缝的压缩变形分为了3个阶段 ， 并提出了挤压监测的新手段， 为以后高面板堆石坝压性缝监测设计 提供了参考。 关键词 ： 面板 堆石 坝 ； 安全监测 ； 面板 ； 接缝变形 ； 压性缝 ； 挤 压 中图分类号 ： T V 6 4 1 4 3 ； T V 6 9 8 1 1 文献标识码 ： A S t u d y o n mo n i t o r i n g d e s i g n o f c o mp r e s s i v e j o i n t s o f c o n c r e t e f a c e d r o c k fi l l d a m CHEN Sh ul i a n， GU Yo ng mi n g ( H y d r o c h i n a X i b e i E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ， C H E C C ，X i a n 7 1 0 0 5 6 ，C h i n a ) Abs t r ac t ：W i t h i n c r e a s i n g a wa r e ne s s o n t he f a c e s l a b c o mpr e s s i v e i s s u e s o f c o n c r e t e f a c e r o c k f i l l d a m ， t h e c o mmo n mo n i t o r i n g me a n s a p p l i e d n o w c a n n o t me e t t h e r e q u i r e me n t s o n t h e mo n i t o r i n g o f t h e f a c e s l a b c o mp r e s s i o n I n t h i s p a p e r ， t h e c o mp r e s s i v e d e f o r ma t i o n o f t h e f a c e s l a b c o m p r e s s i v e j o i n t i s d i v i d e d i n t o t h r e e s t a g e s ， p r o p o s i n g t h e n e w m o n i t o r i n g m e a n s a c c o r d i n g l y T h i s s t u d y p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r m o n i t o r i n g d e s i g n o f c o m p r e s s i v e j o i n t s o f h i g h c o n c r e t e f a c e r o e k fi l l d a m Ke y w o r d s ： c o n c r e t e f a c e d r o c k fi l l d a m； s a f e t y mo n i t o r i n g ； f a c e s l a b ， j o i n t d e f o r ma t i o n ； c o m p r e s s i v e j o i n t ； p r e s s 0 前 言 混凝土面板堆石坝是 以堆石体为支承结构 、 并 在其上游表面设置混凝土面板作为防渗结构的一种 堆石坝。从 1 8 9 5年美 国建成 5 4 m 高的 Mo r e n a坝 至今 ， 混凝土面板堆石坝 的建设 和发展经历 了一个 多世纪 的发展历程 ， 其设计和施工方法 日趋成熟 ， 在 世界范围内的应用也 日益广泛 ， 面板堆石坝逐渐成 为一种极富竞争力的土石坝坝型。 早期 的面板堆石坝均属于 中低坝 ， 坝体 内部未 安装任何监测仪器 ， 仅通过表面测量和人工巡视方 法掌握变形状况 ， 所获得监测成果为后期面板堆石 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 8 - 2 2 作者简 介： 陈树联 ( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 高级工程师 ， 主要 从事大坝安全 监测方 面的工作 顾永明( 1 9 8 0 一) ， 男 ， 工程师 ， 主要从事大 坝安全监 测方面 的工 作 坝发展积累了一些经验。进入 2 0世纪 6 0年代 ， 位 移监测开始应用于坝体 内部； 进入 9 0年代 ， 面板堆 石坝监测 技术 进 一 步成 熟。中 国在 “ 七五 ” 、 “ 八 五”、 “ 九五” 期间对面板堆石坝的安全性进 行了重 点研究 ， 在大坝内埋设 了大量的监测仪器 ， 取得 了较 大成绩 ， 为现在的面板堆石坝技术作 出了重大的贡 献 。 随着面板堆石坝技术 的不断发展 ， 面板堆石坝 的坝高不断增大 ； 国内外相继设计 、 建造了一批坝高 大于 1 5 0 m， 甚至 2 0 0 I T I 以上的高面板堆石坝工程 。 坝高增加的直接后果就是堆石体应力水平的增加 、 坝体及面板承受水压力的增大 ， 以及混凝土面板长 度 的增加。由于堆石材料的高度非线性特征 ， 其在 高应力条件下的应力变形特性对于坝体和面板的变 形性态有着至关重要 的影响 ， 而混凝土面板在高水 头压力作用下的应力数值和分布规律 ， 也是关 系到 整个坝体防渗体系安全的重要问题 。 2 陈树联 ， 顾 永明 混凝 土 面板 堆 石坝 面板 压性缝 监 测设计探 讨 为适应面板 自身变形 、 改善面板受力状况 ， 减小 甚至消除面板中应力集 中的可能 ， 以防止面板混凝 土出现过大的应变而发生开裂或破坏 ， 方便施工等 ， 面板都要设置永久垂直缝 ； 近年来 ， 随着越来越多的 面板堆石坝 出现面板挤压破损现象 ， 面板压性缝的 监测设计成为备受关注的问题。 1 常用 的面板垂 直缝监 测 根据有限元计算等前期计算成果 ， 面板垂直缝 一 般被分为压性缝和拉性缝 ； 在早期 的监测设计 、 土 石坝监测技术规范 中多提 到拉性缝的监测， 认为拉 性缝 的监测 比压性缝的监测更为重要。但 国内外已 建的高面板堆石坝 ， 陆续出现在 蓄水后 因面板被挤 坏或开裂而导致水库渗漏严重的事故 ； 如 ： 中国的天 生桥一级 ， 巴西 的 B a r r a G r a n d e 、 C a m p o s N o v o s和非 洲的 Mo h a l e 大坝等。随着面板堆石坝的发展 ， 我们 对面板堆石坝面板挤压问题 的认识越来越深入 。面 板堆石坝垂直缝变形监测 ， 尤其对于高面板堆石 坝 而言， 应根据面板变形和应力计算成果， 将压性缝作 为重点监测对象。 面板垂直缝变形监测主要是采用表面测缝计 ， 主要包括 ： 单 向测缝计和两 向测缝计 ( 一般为开合 度和沉降方向) 。典型监测布置是在主要监测断 面 布置测缝计 ， 如图 1 所示。 为了更准确地 区分 面板 拉性 缝和压性缝 的区 域 ， 可沿坝轴线方 向布置监测断面 ， 形成网格形。网 格形监测布置见图 2 。 陲 差 、 l警 l 妻 、 雷 一 轴 出 2 5 ( 塑 惦 。 J l l 2 _2 a 月 缝 上 I I -2 -0 ( 翊 _ 、 塑 上I O ： n一 _ 2 J I 2 _2 l J 】 地 1 4 刀 、 _ 、 ， 1 一 ， 暑 k 2 0 3 屹 J l 2 _ 2 2 、 一 _ 、 一 1 一 _ _ 、 一 J I - 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