藏木水电站施工期实测应力监测成果分析与评价

冯宇强,钟 声

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水电站施工期实测应力监测成果分析与评价

冯宇强,钟 声

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

对藏木电站大坝应变计组监测资料进行处理与分析，对于了解大坝安全性态和指导工程运行具有重要意义。本文结合坝体导流底孔下闸蓄水前的混凝土应力计算成果对坝体应力状态进行了定性、定量分析。综合分析认为藏木水电站大坝应力状态正常，安全状态良好。

藏木水电站；施工期；实测应力

0 前 言

藏木水电站是雅鲁藏布江干流中游桑日～加查峡谷段规划5级电站的第4级电站，上游衔接街需水电站，下游为加查水电站，电站位于西藏自治区山南地区加查县城上游17 km、雅鲁藏布江中游桑日～加查峡谷段出口处，处于西藏中部电网负荷中心位置。藏木水电站开发任务为发电，无航运、漂木、防洪、灌溉等综合利用要求。电站总装机容量510 MW，水库正常蓄水位3 310.00 m，校核洪水位3 310.61 m，设计洪水位3 310.00 m，死水位为3 305.00 m，电站具有日调节能力。

藏木大坝为混凝土重力坝，坝基和坝体应力是评价大坝安全的重要指标之一。因此，对大坝蓄水前的实测应力监测成果进行分析与评价，将十分有利于了解整个大坝施工期的安全性态，对于今后整个枢纽工程的安全运行将起到重要的指导作用。

1 测点布置

坝体应力结合工程特点，将5号溢流坝段、9号底孔坝段、12号厂房挡水坝段作为重点监测坝段，每个坝段设置1个监测断面，在不同高程布置应变计组。其中最上游一组为九向应变计组，共14组，其余为五向应变计组，共56组。每组应变计组附近埋设一套无应力计，共70套。在5号溢流坝段和9号底孔坝段的上游坝踵处各布置1套九向应变计组和1支无应力计，监测大坝基础部位应力应变。

2 应变计组合方式

根据不同部位应力状态，混凝土应变计按五向、九向布置，各组应变计组合方式参见图1、2。

图1 五向应变计组 图2 九向应变计组

3 混凝土试验参数及实测应力计算步骤

根据研究内容成果，对混凝土弹性模量和徐变参数进行拟合。

3.1 混凝土弹性模量(见表1)

表1 混凝土弹模试验成果

采用朱伯芳提出的公式，计算公式如下：

E(τ)=E0[1-eaxb]

式中τ——混凝土龄期；

E0——最终弹性模量，GPa；

a、b——常数。

拟合结果[1]见表2。

表2 混凝土弹性模量参数拟合

3.2 徐变参数拟合

混凝土徐变拟合公式的函数表达式为：

C(t,τ)=(a0+b0τ-c0)×

[1-e-(a1+b1τ-c1)×(t-τ)a2+b2ln(x+1)]

式中τ为龄期,d;t～τ为持荷时间,d;a0、b0、c0、a1、b1、c1、a2、b2为公式系数，结果[1]见表3。

表3 混凝土徐变度参数拟合

3.3 应力计算步骤

坝体混凝土应变计组实测应变转化为应力计算步骤如下【2】：

(1)为了分析扣除温度影响后的混凝土自生体积的变化，首先需求得温度线膨胀系数α，由此分析混凝土的温度变形，通过分离实测资料中温度变形对无应力计测值的影响，计算混凝土的自生体积变形值。扣除温度影响后混凝土自生体积计算公式为：

G(t)=ε0-αΔT0

式中G(t)——自生体积变形;

ε0——无应力计测值；

α——温度线膨胀系数；

ΔT0——温度变化量。

(2)五向应变计组、九向应变计组根据第一平衡不变量原理做平衡修正。

(3)在大体积混凝土中布置埋设的应变计组可以认为是代表点应力状态的一个测点，根据弹性力学基本原理，任意方向的应变εN与正应变、剪应变有如下关系式：

εN=εxl2+εym2+εzn2+γxylm+γyzmn+γxzln

式中εx、εy、εz——分别为x、y、z三个方向的正应变;

γxy、γyz、γxz——分别为剪应变;

l、m、n——为方向余弦，l=cos(N,X)，m=cos(N,Y)，N=cos(N,Z)。

对于由n支仪器组装而成的应变计组，可建立n个方程，方程组的矩阵形式如下：

[A]×{ε}={E}

式中 [A]——方程组的系数矩阵；

{ε}——正应变和剪应变矩阵；

{E}——实测应变矩阵。

(4)由正应变计算单轴应变：

取μ=0.167。

(5)根据《混凝土安全监测技术规范》，在实测应变和徐变试验资料的条件下，采用变形法计算各个方向混凝土的应力[3]。应力计算流程见图3。

图3 应力计算流程

4 应力计算成果分析

本文以藏木水电站5号坝段为例，进行应力计算成果分析[4]。

(2)坝体。5号坝段3 236 m高程X向(坝轴线方向)应力在-2.88～1.57 MPa之间，拉应力主要

图4 5号坝段坝踵部位3 229.00 m高程应力过程线

发生在一冷阶段，上游、中部目前基本稳定，总体为压应力；Y向(顺河向)应力在-3.91～1.38 MPa之间，下闸前总体表现为压应力；Z向(竖向)应力在-2.84～1.61 MPa之间，上游侧表现为压应力，压应力随时间增长而增大，下游部位存在一定拉应力，但量值较小，且变化较平稳(见图5)。

5号坝体3 240.25 m高程X向应力在-1.50～1.30 MPa之间，拉应力主要发生在冷却阶段，目前总体表现为压应力；Y向应力在-1.52～1.65 MPa之间，上游、中部总体为不大的拉应力，拉应力主要发生在一冷阶段，目前基本稳定；Z向应力在-1.64～1.31 MPa之间，目前总体为压应力，压应力随时间增长而增大。

图5 5号坝段3 236.50 m高程应力过程线

3 244.5 m高程X向应力在-3.33～0.89 MPa之间，拉应力主要发生在冷却阶段，目前均表现为压应力；Y向应力在-3.02～0.73 MPa之间，目前均表现为压应力，量值在-1.12～-2.86 MPa；Z向应力在-4.34～0.96 MPa之间，目前均为压应力，量值在-0.95～-3.11 MPa之间，压应力随时间增长而增大(见图6)。

图6 5号坝段坝踵部位3 240.25 m高程应力过程线

5 结 语

综合上述分析可知，藏木电站下闸前，大坝混凝土实测应力总体表现为受压，坝踵处于受压状态；坝体存在少量拉应力，主要发生在混凝土一冷期间，之后逐渐表现为受压状态，并持续增加；竖直向应力表现为受压，并随着坝体浇筑高程的增加而增大。整体来看，坝体混凝土实测应力符合一般规律，无异常突变，大坝施工期间，坝体应力状态正常。

[1] 雅鲁藏布江藏木水电站石灰石粉掺合料混凝土特性试验研究[R].成都勘测设计研究院,2013.

[2] 吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用[M」.北京:高等教育出版社,2003.

[3] DL/T5178-2003混凝土坝安全监测技术规范[S].中国电力出版社,2003.

[4] 藏木水电站导流底孔下闸蓄水前安全监测资料初步分析报告[R].成都勘测设计研究院,2013.

2016-08-23

冯宇强(1984-)，男，山西忻州人，硕士，工程师，从事工程安全监测工作。

698.1+1

B

1003-9805(2017)01-0074-04