袁秋霜,菅 強,韓 慶

(1.中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，西安 710065；2 西安航天基地配套工程服務(wù)有限公司，西安 710065)

0 前 言

對于混凝土面板堆石壩，趾板、面板與防浪墻是重要組成部分，布置于大壩最上游，為鋼筋混凝土建筑物，自下而上聯(lián)合組成防滲體，起主要防滲作用?；炷撩姘鍨榇髩蔚闹饕罎B結(jié)構(gòu)，但厚度較?。黄湎掠蔚亩咽w墊層雖為低透水性，但其滲透系數(shù)仍比面板混凝土大若干數(shù)量級，因而滲漏水的水頭損失主要發(fā)生在面板的厚度范圍內(nèi)，使面板承受很大的水力梯度[1]。面板在運行期中，長時間擋水，隨著庫水位的升降，混凝土面板在墊層坡面上隨堆石體的變形而產(chǎn)生位移與撓曲變形，一般總體呈凹鏡形，使各條面板自兩側(cè)向中央部位滑移[2-3]。如果壩體沉降變形較大，以及面板與堆石體變形不協(xié)調(diào)，面板內(nèi)部會形成極為復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，從而引發(fā)面板局部擠壓破壞和面板的結(jié)構(gòu)性裂縫[4-5]。面板的結(jié)構(gòu)性裂縫主要表現(xiàn)為壩肩附近平行于趾板線的斜向裂縫和面板水平向的張拉裂縫；壩肩的斜向裂縫主要緣于壩肩處堆石的不均勻變形，而面板水平向張拉裂縫則主要由堆石整體變形所導(dǎo)致的面板拉應(yīng)力過大所造成的。表1列舉出部分目前已建的面板堆石壩的面板破壞情況統(tǒng)計，局部擠壓破壞與結(jié)構(gòu)性裂縫為面板破壞的2種主要形式。因此，進一步研究中高面板堆石壩的面板應(yīng)力問題，加強面板應(yīng)力監(jiān)測與分析，對改進設(shè)計方法、面板滲漏查找修復(fù)具有重要的工程意義[6-8]。

表1 已建面板堆石壩面板破壞情況統(tǒng)計表

1 面板應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

首先，面板應(yīng)力測點布置。對于大壩面板應(yīng)力監(jiān)測，測點應(yīng)按面板條塊布置，通常選取河谷最長面板條塊及其左右岸坡各一面板條塊。對于高度超過100 m的1級壩，宜在可能產(chǎn)生擠壓破壞的面板條塊增設(shè)1個監(jiān)測斷面。測點布置于面板條塊的中心線上，面板鋼筋計布置順坡和水平兩向[9-10]。對于高壩以及形態(tài)特殊的大壩面板，要專門研究面板應(yīng)力監(jiān)測方案，加強監(jiān)測點的數(shù)量[11]。因此，一般而言，大壩面板的監(jiān)測儀器數(shù)量眾多，各支儀器從埋設(shè)后開始采集數(shù)據(jù)，在持續(xù)數(shù)年的施工期，會積累較為龐大的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析工作任務(wù)較重。

其次，面板應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的主要困難在于監(jiān)測點數(shù)量眾多，且各監(jiān)測點的空間分布不同，在施工期隨著時間的推移，各監(jiān)測點數(shù)據(jù)都處于不斷的變化之中，對某一個關(guān)鍵時刻的面板整體應(yīng)力分布規(guī)律可通過逐一查看此時各個測點的應(yīng)力值，能夠獲得一個宏觀的認(rèn)識。但是想獲得面板整體應(yīng)力分布隨時間動態(tài)變化的發(fā)展趨勢便使得工作量驟增。常規(guī)的面板應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析首先繪制各測點的應(yīng)力變化過程曲線，通過分別查看各測點的過程曲線來了解大壩面板的整體情況[12]。缺點在于，獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)相對獨立，無法將所有測點的歷史數(shù)據(jù)形成一個隨時間同步推進、同步展示的整體進行分析。從而對不同時刻的整個面板全部測點綜合應(yīng)力分布規(guī)律掌握不足。

因此，迫切需要一種強有力的手段對面板應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析工作進行輔助，強化整體分析與動態(tài)分析的能力，準(zhǔn)確掌握不同大壩面板獨特的受力特點。針對以上需求，結(jié)合目前已有的監(jiān)測數(shù)據(jù)整編分析手段，采用可視化程序語言編制了一款對全局?jǐn)?shù)據(jù)進行同步推移、同步展示的輔助程序，實現(xiàn)了對已有監(jiān)測數(shù)據(jù)的整合分析與提煉。

2 程序簡介

(1) 編程工具

采用可視化程序語言Visual Basic(簡稱VB)，該編程工具是Microsoft公司開發(fā)的一種通用的基于對象的程序設(shè)計語言，為結(jié)構(gòu)化和模塊化，以面向?qū)ο?、包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動為機制的可視化程序設(shè)計語言。功能強大，便于維護。

(2) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共2部分，分別為所有測點應(yīng)力數(shù)據(jù)表1份(xls格式)和大壩面板應(yīng)力監(jiān)測點分布圖(jpeg格式)1張。

(3) 程序界面

程序包含2個窗口。首先是數(shù)據(jù)輸入窗口(見圖1)。通過按鈕“輸入應(yīng)力值”選取測點應(yīng)力數(shù)據(jù)表(xls格式)，輸入的監(jiān)測數(shù)據(jù)會顯示在本窗口內(nèi)，以方便查看。

圖1 數(shù)據(jù)輸入界面圖

數(shù)據(jù)輸入后，會自動啟動“應(yīng)力動態(tài)分布圖”窗口(見圖2)。窗口中展示的面板體型為事先導(dǎo)入的“大壩面板應(yīng)力監(jiān)測點分布圖”。窗口底部為滑動條控件，用于控制窗口中顯示的數(shù)據(jù)值的時刻。窗口左下角為圖例及大壩面板的相關(guān)參數(shù)。

(4) 功能簡介

1) 用戶可以手動拖動滑動條的滑塊，使其指向任意想要查看的時刻。

圖2 應(yīng)力動態(tài)分布圖界面圖

2) 應(yīng)力動態(tài)分布圖窗口中顯示出滑塊所指示日期的各監(jiān)測點的應(yīng)力值分布總圖。壓應(yīng)力用“-”，拉應(yīng)力用“+”。橫向鋼筋計應(yīng)力用水平短線表示，縱向鋼筋計應(yīng)力用豎直短線表示。

3) 如果滑塊所指示時刻水庫已蓄水，應(yīng)力動態(tài)分布圖窗口中會顯示指示時刻的庫水在大壩面板上的淹沒線，并標(biāo)注當(dāng)前庫水位高程。

4) 本程序設(shè)置了動態(tài)預(yù)警分析功能，用戶可以手動輸入面板應(yīng)力警戒限值，當(dāng)某監(jiān)測點應(yīng)力超限時，會在應(yīng)力動態(tài)分布圖窗口中突出顯示。

3 應(yīng)用演示

在云南某高面板堆石壩面板應(yīng)力監(jiān)測資料分析工作中，采用本分析輔助程序，對面板整體應(yīng)力的演變過程進行分析與研究，時間跨度從監(jiān)測儀器安裝埋設(shè)至水庫蓄水運行。程序應(yīng)用結(jié)果見圖3～6。

圖3 2014年4月6日面板鋼筋計應(yīng)力分布圖 (未蓄水)

從圖3～6看出，云南某高面板堆石壩河谷最長面板條塊上鋼筋應(yīng)力在不同時段的變化情況及對應(yīng)的測值，鋼筋應(yīng)力在儀器安裝初期部分受拉部分受壓狀態(tài)，到蓄水至正常蓄水位時鋼筋應(yīng)力均為受壓狀態(tài)。通過對面板應(yīng)力分析可視化程序的應(yīng)用，監(jiān)測數(shù)據(jù)分析人員能夠快速且直觀掌握不同時段面板應(yīng)力的變化過程與變化趨勢，為后續(xù)面板應(yīng)力問題的研究打下一定的基礎(chǔ)。

圖4 2014年11月5日面板鋼筋計應(yīng)力分布圖 (蓄水前)

圖5 2014年11月14日面板鋼筋計應(yīng)力分布圖 (蓄水至1 569.30 m)

圖6 2015年3月13日面板鋼筋計應(yīng)力分布圖 (蓄水至正常蓄水位)

4 結(jié) 語

本程序的開發(fā)旨在將原本獨立的單支面板應(yīng)力監(jiān)測儀器的觀測數(shù)據(jù)進行同步推移與同步展示，便于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析人員形成大壩面板應(yīng)力的全局認(rèn)識，掌握大壩面板全時段的變化趨勢，從而提升觀測數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量與效率，為進一步研究中高面板堆石壩的面板應(yīng)力問題，改進設(shè)計方法、面板滲漏查找修復(fù)打下一定的基礎(chǔ)。