相较于混凝土坝, 土石坝的数量和高度都更高, 但造价却较低。而超高土石坝的坝高超出了一般的土石坝, 起到了更好的防洪作用。因此, 有必要对超高土石坝的安全监测问题展开研究, 继而更好的发展更高的土石坝。
1 超高土石坝的资料分析
1.1 超高土石坝的定义
所谓的土石坝, 其实就是由当地土料、石料或混合料堆砌而成的挡水坝, 堆砌的过程中材料需要经过抛填和碾压处理。从坝高角度来区分, 低土石坝的坝高小于30米, 中土石坝的坝高在30米到70米之间, 高土石坝的坝高要超出70米, 而超高土石坝的坝高一般要超过150米。目前, 世界最高的土石坝为罗贡坝, 坝高为335米。
1.2 超高土石坝与其他土石坝的区别
对比超高土石坝与其它土石坝可以发现, 超高土石坝与其它土石坝的区别主要就在于坝高。相较于其他土石坝, 超高土石坝的坝高要远远超出正常土石坝的坝高。所以, 与其它土石坝相比, 超高土石坝较难出现洪水漫过坝顶的现象, 继而不容易因水流携带土粒而导致坝体局部破坏或整体溃决[1]。因此, 由于超高土石坝的抗冲性能要优于其他土石坝, 所以得到了业界的重视。
2 超高土石坝监测的具体评价办法研究
2.1 土石坝常规安全监测方法
在土石坝的常规安全监测方面, 主要需要监测的物理量为渗流和变形。其中, 渗流量的监测方法主要有两种, 一种是利用管口渗流量仪进行排水孔的单孔量测, 另一种是利用量水堰测量汇流到其中的渗流量。而在土石坝的变形监测方面, 目前主要使用全站仪和电子水准仪。其中, 全站仪可以完成土石坝变形的高精度测量, 并且只需要使用较短的时间。例如, 在小浪底工程中, 主要使用的就是TCA2003型全站仪进行大坝外部变形的监测。而一座土石坝上可以布设数以百计的监测点, 所以每年采集和积累的数据将是海量的。因此, 还需要使用数据挖掘技术进行有效的数据的挖掘、分析和处理。
2.2 超高土石坝的特性
从特性上来讲, 超过土石坝是散粒体结构, 所以需要依靠墙体的抗剪强度进行稳定性的控制。同时, 这种结构决定了其只能出现局部滑动失稳, 而并不会出现整体滑动失稳和倾覆失稳现象。整体上来看, 超高土石坝的坡度、断面和体积都比较大。在挡水时, 由于水会从坝体和坝基的颗粒孔隙向下渗透, 所以容易引起水库水量的流失, 甚至引起坝体、坝基的渗透变形[2]。此外, 由于坝高过大, 并且使用的材料为松散颗粒, 所以容易出现沉陷值过大的问题, 继而引起坝体的变形。
2.3 对超高土石坝安全性的分析
在超高土石坝的安全性分析方面, 主要需要考虑的问题就是坝体变形的问题。就目前来看, 用于分析超高土石坝应力变形的方法分为两类, 即正演分析和反演分析。其中, 正演分析就是根据坝体的设计指标开展相应的坝料力学特性试验。而通过求取模型计算参数, 并参照坝体填筑施工程序和水库蓄水过程, 则可以完成坝体应力变形的计算。反演分析则是利用原型观测资料和数学模型完成正演分析中的计算参数、模型的反求, 从而完成对坝体变形的分析。相较于正演分析, 反演分析显然更加符合土石坝计算理论, 所以得到了人们的重视。
3 土石坝安全监测的分析评价
3.1 系统设计
为了完成土石坝安全监测的合理评价, 可以建立相应的安全监测分析评价系统。在功能上, 系统可以完成对各种观测资料的录入、查询、维护和深入分析, 并且完成对土石坝实测性态的评价。按照系统功能, 在可以将系统划分成系统用户管理、观测资料分析、观测资料管理和土石坝实测性态评价这四个模块。其中, 用户管理模块可以实现用户注册、注销和用户资料修改等功能, 资料管理模块可以完成观测资料的录入、查询、修改和删除, 资料分析模块可以完成土石坝渗流分析和预测预报等, 而实测性态综合评价模块可以完成土石坝实测性态评价。
3.2 应用实例
以陆浑水库实测观测资料为例, 在应用安全监测分析评价系统时, 需要先完成登录认证后进入主界面。而不同用户权限不同, 只有系统管理员才能进行用户管理。在资料管理界面, 用户可以进行资料的录入、修改、删除和查询。资料分析界面包含了渗流资料分析界面和沉降资料分析界面等界面, 每个界面都包含建模条件选择、数据组织、模型分析结果和模型效果图几项。而根据之前的建模结果和专家经验, 则可以在综合评价界面完成土石坝实测性态评价。
4 结语
总而言之, 超高土石坝在坝高和稳定性方面与其它土石坝有一定的区别。所以, 在进行超高土石坝的安全监测时, 除了使用土石坝常规安全监测方法, 还要从坝体变形方面完成超高土石坝的安全性分析。而除此之外, 还可以建立相应的安全监测分析评价系统, 以便为超高土石坝的安全监测提供有力的支持。
摘要：随着土石坝坝高的不断增加, 超高土石坝得以诞生, 并引起了人们的关注。而除了使用土石坝的常规安全监测方法进行超高土石坝的安全监测, 还要考虑到超高土石坝的特性。因此, 本文对基于超高土石坝的安全监测问题展开了研究, 以便为关注这一话题的人们提供参考。
关键词：超高土石坝,安全监测,评价
参考文献
[1] 谭恺炎.高混凝土面板堆石坝安全监测若干问题的讨论[J].大坝与安全, 2010, 03:26-29.
[2] 沈嗣元, 马能武, 葛培清等.超高心墙堆石坝安全监测工程的创新技术探讨[J].人民长江, 2010, 20:5-8+11.