紫坪铺混凝土面板堆石坝震损特性分析.pdf
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1、第 3期 ( 第 3 3 4 期) 吉 林 水 利 2 0 1 0年 3月 文章编号1 0 0 9 2 8 4 6 ( 2 0 1 0 )0 3 0 0 0 8 0 4 紫坪铺混凝土面板堆石坝震损特性分析 牟林 。 。蔡德文。 ( 1 四川大学水利水电学院,四川 成都 6 1 0 0 6 5 ; 2 中国水电顾问集团成都勘测设计研 究院,四川 成都 6 1 0 0 7 2 ) 摘要 紫坪铺面板 坝经受了超设计标准的地震考验,经震后及 时修复 ,目前其监洲仪 器运行正常,完好率迭 8 3 。震 后 大坝坝顶一次产 生了 8 1 c m 的明显震 陷和超过 3 0 c m的水平位移 , 目前坝体变
2、形 已趋 于稳 定,但 面板脱空厦施工缝错抬 现 象明显。紫坪铺 大坝具有较强的抗震能力,地震后坝体总体稳 定,且堆石密度提 高,有利 于震后永久变形的减小。 关键词 地震震陷;水平位移 ,面板脱空;错抬 中图分类号TV6 4 1 4 文献标识码 B 1 前 言 紫坪铺水利枢纽工程位于岷江上游的都江堰 市麻溪 乡,距 都江堰市 9 k m。混凝 土面板堆石 坝坝高 1 5 6 m,坝顶高程 8 8 4 O m,河床段趾板基 础开挖高程 7 2 8 0 m,坝顶全长 6 6 3 7 7 m,坝顶 宽 度 1 2 m,上 游 坡 度 为 1 :1 4 ,下 游 边 坡 8 4 0 0 m 高程马道
3、 以下 为 1 :1 4 ,8 4 0 0 m 马道 高程 以 上 的 边 坡 为 1 :1 5 ,坝 后 设 两 层 马 道 , 马道宽 5 0 m。本 区域构造部位处于北东 向龙门 山构造带的中南段,基本构造主要 由平武茂 汶 断裂 、: l l J l I 一映秀 断裂 、安 县 一灌县 断裂 、彭 灌复背协和懒板凳一白石飞来峰构造所组成。坝 址 区即位于北川一映秀断裂和安县一灌县断裂所 挟持的断块上,三条主干断裂的地震活动均具有 分段性 。2 0 0 6年 9月 3 0日水库开始下 闸蓄水 , 2 0 0 6年底工程完工。 大坝监测项 目包括坝体表面变形监测 、坝体 内部变形监测、渗流
4、监测、强震监测、面板结构 变 形 和 应 力 监 测 等 ,设“ D AM O + 2 5 1 ” 和 “ D AM O+3 7 1 ”二个典型断面。坝体表面变形 监测设混凝土防浪墙上 1 条测线和下游坝坡 2 条 测线。面板周边缝和上部高程板间缝设测缝计 , 其他面板仪器多数位于两个典型断面上。 “ 5 1 2 ”汶川大地震震 中距紫坪铺大坝直线 距离 1 7 k m,地震时上游库水位约 8 3 0 8 3 2 m, 相应库容 3 3亿 M3 ,库前水深 约 1 0 2 O m。根 据强震仪观测成果估算坝址基岩地震烈度超过 9 度 ,超过大坝设防烈度。本文侧重介绍大坝监测 仪器的破损及修复情
5、况,并结合监测资料分析大 坝 的震损 特性 。 2 监测仪器震 后性态 2 0 0 8年 5月 1 2日下午 2 :2 8 ,紫坪铺面板 堆石坝遭受 8 0级汶川特大地震,并经历之后发 生多次余震。现场检查表明,重要的变形和渗流 渗压仪器 2 6 9套 ,其 中 2 2 3套仪 器完好,7 O套 仪器异常。经 2 0 0 8年 5月 1 4日一 1 6日对 5 6套 水管式沉降仪和 3 7套引张线式水平位移计进行 了检修 ,修复 了其 中绝 大多数仪 器; 目前,2 4 个水平测点已经恢复观测,只有 3个水管式沉降 仪测点( V6 、V9 、V3 4 )无法修复 。目前完好 率 8 3 ( 震
6、前大坝仪器完好率 1 0 0 ) ,具体如 表 1 所 示 。 3 大坝外观 的震损 3 1堆石 坝坝体 和下 游坝坡 1 )堆石 坝 下 游 坝 坡 基 本 平 整 ,局 部 松 动 。 坝体中央 8 5 0 m高程和靠右岸接头段的下游坝坡 松动个 别块石滚落 ,沿坡 面 向下稍有 滑移,同 时,两个部位坝顶路面与下游坝坡 交接处开裂, 坝体 中央 “ D AM 0 +2 0 0 0 +4 0 0 ”下游人行 道和坝面公路结合处开裂最 大达 6 3 c m,右岸接 头段下游干砌石与路面混凝土结构脱开 ,最大宽 收稿 日期2 0 0 9 1 1 1 3 作者简介牟林 ( 1 9 8 0 一)
7、,大学本科 ,在 职研 究生,工程师,现从事 大坝安全监测工作 。 一 8 一 吉林水利 紫坪铺混凝土面板堆石坝震损特性分析 牟 林等 2 0 1 0年 3月 ( 2 )坝顶上游 防浪墙基本完好 ,但 接缝开 裂 或 挤 压 变 形 明 显 。左 岸 侧 接 缝 最 大 开 度 3 0 mm,左岸侧接缝开度较小 ,中间部位接缝 多 呈挤压破坏性质 ,表层隆起开裂。坝顶下游青石 栏杆全部损坏 ,其右岸侧 3 0 0多米 和左岸 6 0多 米损毁。坝顶 路面 与岸 坡接头均 出现裂缝和错 台,右岸接头 出现 1 5 0 2 0 0 mm错 台,左岸接 头处开裂 6 0 mm。 3 2混凝土 面 板
8、 大坝混凝土面板震损严重。5 #一 2 3 #、3 5 #一 3 8 #混凝土面板 8 4 5 0 m高程以上二、三期 施工缝错抬 ,最大错台达 1 7 c m8 4 5 m高程以上 面板大面积脱空 ,5 #一 6 #、2 3 #一 2 4 #等面 板垂 直缝 挤 压 破 坏 ,2 3 #一 2 4 #板 间缝 挤 压 破 坏至 7 9 0 m 高程 ;面板周边缝及止 水损毁严重 , 如图 1和图 2 。 4 大坝震 后变形及渗流特性 4 1 坝顶和下游坝坡表面变形 地震导致大坝堆石体在主震周期内产生了较 大的地震永久变 形 ,有较 显著 的垂 直 向下 的震 陷。坝体震陷最大值 7 4 4
9、3 mm,发生在 D AM O +2 5 1断面 坝顶 中央的 Y7测点 ,下 游坝 坡 8 5 0 m 高程沉降 4 6 3 2 mm,8 2 0 m 高程沉降 2 5 1 4 mm, 7 6 0高程 沉 降 3 1 mm。整 体上 ,沉 降值 向两 岸 ( 下游坡)随坝体高度逐渐减小 。 坝顶和下游坝面测点水平位移指 向下游 ,两 图 1 8 4 5 m高程二 、三期面板水 平施工缝错 台 图 2 2 3 #面 板水 平 向挤压破坏 一 9一 吉林水利 紫坪铺混凝土面板堆石坝震损特性分析 牟 林等 2 0 1 0年 3月 岸上部位移指向河谷 中央,下部位移指向右岸 。 整体上 ,水平位移
10、向两岸 ( 下游坡)随坝体高度 逐渐减 小。坝顶 向下 游 的 水平 位 移 最 大值 达 2 0 0 mm,发生在 D AM O+3 7 1断面 的坝顶中部 的 Y8测点 ,下游坝坡 8 5 0 m 高程达 2 7 0 8 mm, 堆石体顶 部水平位移大 于 3 0 0 mm。左岸 岸坡较 陡 ,沿 坝轴 线 向河 床 中间水平 位移 达 2 2 6 1 mm。 坝顶 右岸接 头部 位错位 ,靠坝侧 有 2 6 mm 上抬 位 移 ,但 仍 然 比溢 洪 道 边 墙 下 沉 5 O一 1 0 0 mm。则溢洪道边墙应相对坝体有显著上抬 。 宏观上看,坝体表面变形与堆石体高度、坝 址河谷地形
11、、震源方向等有关系 ,沉降位移远大 于水平位移 ,坝体应更加密实,坝体变形在地震 主周期后很快收敛 ,余震对变形影响较小。 4 2 坝体内部变形 4 2 1 坝 体 内部 沉 降 坝体 内部 测 点 均 发生 了地震 沉 降。DAM O +3 7 1 断面沉降量相 对 DAM 0 - 9 2 5 1断面沉降 量小 1 O 9 , 6 ,两个 断面坝体堆石高 度相差 1 O , 两者差值 比例基本一致。坝体最大沉降量 8 1 0 3 mm,发 生 在最 大 坝高 断 面 DAMo-92 5 0断 面 的 8 5 0 0 0 m高程 ,即坝体 中部 ,最大沉 降量 为约 占坝高的 0 5 2 。坝
12、体内部震陷量总的规律是 随坝高而增大 ,上部高程沉降量大于下部高程 , 两个观测高程之间沉降量基本呈现倍数关系。同 高程坝轴线部位沉降量大于其上下游坝区,坝轴 线下游部位沉降量大于上游区域,但沉降区域基 本呈现渐变过渡。库水位 以下的上游坝面沉降值 随深度增 加而 大 幅度减 小 ,远 小于下 游坝 面沉 降 值 ,说明库水作用于上游面,使得地震时上游坡 比下游坡更加稳定。次堆石区沉降量略大于主堆 石区,次堆石区卵石填筑区域位移量偏大,说明 不同坝料之间的沉降存在一定的差异性。 地震后坝内沉降迅速收敛 ,受余震影响 ,坝 体内部沉降略有波动 ,现已趋于稳定。表明坝体 堆石料在地震循环作用下颗粒
13、破碎而发生体积收 缩,坝体相对更加密实。后续 6 级 以上的余震对 坝体内部沉降影响很小 ,说明大坝抵抗地震变形 的能力 相应 有所 提高 。 4 2 2 坝体 内部 水 平变位 地震 主震期间,坝体内部 7 9 0 0 m 高程 以上 各个条带的水平位移计位移值大于仪器量程,均 没有准确的数据。经分析,水平位移值约 3 0 0 5 0 0 mm 范 围 内 ,8 2 0 m 高程 和 8 5 0 m 高 程 观 测房 基 准点 向下 游 移 动 约 2 5 0 mm,则 应 有 指 向 坝体 一 】 0一 内部水平位移 1 0 0 2 5 0 mm。 地震主周期后坝体水平位移迅速收敛 ,余震
14、 对坝体水平变形基本没有影响,后期与库水位没 有 明显 的关 联性 。 4 3 面 板周 边缝 和板 间缝 变位 大坝震 陷导 致 混 凝 土 面板 与 L墙 搭 界 水 平 周边缝 产生 较 大错 位 ,止水 构 造 剪切 破 坏 明显 , 如右坝肩河床底部 7 4 5 m 高程 附近 Z 9周边缝测 点测得 的沉降量 ( Z ) 、张开度( X) 、剪切位移 ( Y)变位分别从震前的 1 0 8 2 6 0 3 9 0 8 mm增 加到 5 3 8 6 3 4 8 9 5 8 3 9 mm,且 剪切位 移测值 第二天又急剧增加到 1 0 4 2 4 mm。但该测缝计相 邻点位测值震后变位较
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