克孜爾水庫“9·23”序列地震大壩原型監測分析

2013-11-12 07:04:00于海波翟世龍吳英

塔里木大學學報 2013年1期

于海波翟世龍吳英*

(1 塔里木大學水利與建筑工程學院，新疆阿拉爾843300)(2 新疆地震局，新疆烏魯木齊 830011)

震群易發生在一些特殊的區域上，這些區域內介質的裂隙分布較密，因而在應力增強的條件下，極易產生成組的弱震活動，形成間歇的小震群即序列地震，序列地震活動的出現并不偶然，它們是在地殼運動增強的背景下發生的［1］。

2005年9月23日北京時間13:00:40，在克孜爾水庫壩址以東，北緯41°49＇、東經82°33＇處發生了Ms4.9、Ms4.8 級序列有感震群，9月26日北京時間08:05:12 再次發生Ms4.8 級有感地震，這一系列地震簡稱“9·23”序列地震。此次震群位于新構造運動非?；钴S的庫車凹陷內，凹陷內發育逆斷裂和褶皺構造，克孜爾水庫大壩就位于這個地質構造復雜的地區。

1 大壩原型與觀測方法

克孜爾水庫大壩工程設防烈度為8.5 度，屬于中強地震多發區建壩，特別是F2 活斷層與副壩右肩成70°，夾角穿過壩基，破碎帶寬度達80m 有余，大壩構造內為粘土心墻(具體見圖2)?？俗螤査畮齑髩问墙ㄔ煸贔2 活斷層上的一座大(Ⅰ)型水利樞紐工程(大壩原型圖見圖1)，屬國內首例。

圖1 大壩平面圖及F2 斷層位置示意圖

圖2 大壩0 +180m 斷面圖

1.2 觀測方法

長期以來，地震一直是克孜爾水庫大壩工程安全運行的重要潛在危險影響因素。當強烈有感地震發生以后，除了通過巡庫檢查工程外觀來判定地震破壞情況以外，另外一個重要的手段就是大壩原型觀測，對監測數據進行分析，評價克孜爾水庫大壩工程的安全運行情況［2］。

原形觀測大體有兩種情況:一種情況是測定原體在爆破、地震或其它各種外界動荷載下的反應對此種情況，只要選擇合適的拾震儀，通過放大，記錄下信號即可［3］;另外一種情況是通過原型觀測確定結構的自振特性，如自振頻率、振型和阻尼特性，從原型觀測識別結構的自振特性是完全必要的，它可以大壩分析提供建立力學模型的依據［4］。對于了解結構物的阻尼特性，壩－水－地基的相互作用，原型觀測是唯一可靠的途徑［5］，原型觀測獲得結構的自振特性，可以有多種不同的方法。

2 大壩應力監測分析

2.1 大壩應力監測

土體應力觀測以主壩河床段0 +180 m 斷面心墻及壩殼料中的6 組土壓力計為主，監測壩體的應力變化情況，見表1。

表1 主壩河床段壩體應力系數(K)統計表

從表1 中的大小主應力關系變化來看:應力系數平均值2003年～2005年基本穩定在0.19 左右，說明水平應力及垂直應力震前、震后基本呈現穩定均勻的變化規律，沒有突變現象。

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從心墻及壩殼料的側壓力系數變化來看:2003年～2005年粘土心墻側壓力系數在0.43～0.82之間，過渡料中側壓力系數在0.39～0.43 之間，震前震后沒有突變現象。另外位于2/3 壩高層的側壓力系數2005年平均值有所偏高，主要原因是垂直應力計E23 測值不穩定造成的。

通過觀測數據分析發現，大小主應力系數基本保持在0.19 左右，基本穩定，大小主應力系數，心墻、過渡料側壓力系數震前震后基本不變，證明土體應力在地震期間呈線性均勻變化，整體性較好，尚未出現異常變化。

2.2 導流涵洞界面應力:

在導流涵洞的洞頂、側墻壁及導流涵洞底板下，分別布設了8 只界面式土壓力計。從導流洞各部位的土壓力計過程線可以看出:近年來洞頂及側墻壁中土壓力計測值不穩定，但是其他較穩定的土壓力計測值變化反映，震后保持震前的狀態，無異常變化，可認定洞頂及側墻壁中土壓力測值屬于特殊情況，不會對觀測產生影響，因此在這次地震后導流涵洞邊界條件基本正常。

3 大壩滲流監測

滲流觀測包括壩后滲流量、孔隙水壓力計及測壓管水位監測，通過監測分析，來判斷地震對大壩安全的影響，以及地震對水庫的安全蓄水造成的影響［6］。

3.1 壩后滲流量觀測資料

表2 壩后及泄水建筑物滲流量統計表單位:L/S

從壩后及泄水建筑物滲流量統計表可以看出:主壩滲流量實測0.29 L/S～0.37 L/S，起伏不大，與地震前觀測值相比，尚無異常狀態，和設計計算滲流量庫水位(高程1 149.6 m)1.16 L/S 相比少得多，說明震后主壩滲流狀態基本穩定。

排水廊道滲流量從右壩肩應急處理工程結束后，處在比較穩定的變化狀態，這兩年滲流量保持在0.027 L/S～0.054 L/S 范圍內，震后沒有出現異常變化。從副壩及泄水建筑物滲流量資料來看，副壩及泄水建筑物均沒有出現異常變化，各個滲流井滲流量保持在地震發生前的變化趨勢。

經分析后發現，地震結束后各個滲流井滲流量隨著庫水位的變化而保持正常變化的趨勢，與往年及等庫水位時相比，基本一致，沒有異常變化。

3.2 孔隙水壓力計觀測資料

從主、副壩心墻及基巖中埋設的所有孔隙水壓力計的觀測資料來看:壩基基巖及心墻中的孔隙水壓力計測值震后基本保持正常的變化規律，無異常現象。

下表3 是主壩左肩、河床段、右壩肩基巖的位勢值。從表3 可以看出:主壩0 +118 m 斷面上游8 米處，0 +600 m 斷面上游16 米，8 米及下游8 米處，0+875 m 斷面上游60 米處位勢值明顯高于往年同期，其他部位基本保持穩定狀態。通過分析，上述斷面位勢偏高的主要原因:由于滯后時間較長，部分傳感器測值不穩定，所以位勢值略有偏高，這與地震無關，地震前后主壩各部位孔隙水壓力計的觀測資料沒有出現異常變化。