白生貴

吐魯番市水利水電勘測設計研究院，中國·新疆 吐魯番 838000

1 引言

煤窯溝水庫是煤窯溝河上的一座攔河式水庫，水庫總庫容980 萬m3，最大壩高44.8m。該水庫工程壩體采用混凝土面板砂礫石壩，混凝土面板為壩體擋水及防滲主要結構，面板為整體式面板，設置縱向分縫結構。本次面板分縫變形監(jiān)測儀器選用整體式TS 型三向測縫計，定期采集數(shù)據(jù)分析面板分縫變形情況，該水庫安全監(jiān)測中布設的三向測縫計為水庫后期安全運行及評估提供有效的數(shù)據(jù)支撐[1]。

2 整體式TS 型三向測縫計工作原理

整體TS 型三向測縫計中的位移傳感器采用的是SDW-200 型電位器式位移計。整體式TS 型三向測縫計基于點面組合的TS 型三向測縫計構造，將3 支傳感器的一端通過鉸支座固定在面板上的一個點，另一端固定在一個垂直于止板且平行于周邊縫的平面上。將固定在平面上的3 個端點分別固定在2 條直角邊上，2 條直角邊分別平行和垂直于止板平面，3 支傳感器的另外一端固定在面板上面的一點，其結構圖如下圖所示[2]。

圖1 TS 三向測縫計結構圖

整體式TS 型三向測縫計公式推導：在圖2所示的坐標系中，面XOY平行于周邊縫所在部位止板，X軸垂直于周邊縫，指向對岸為正，即周邊縫張開位移張開為正、閉合為負；Y軸平行于周邊縫，指向河谷為正，即周邊縫剪切位移向下為正、向上為負；Z為周邊縫所在部位止板的法向方向，向上為正，即周邊縫面板上抬為正、下沉為負。A、O、B為固定不動點，P為面板上面被測動點，h和s為固定邊[3]。

安裝時，被監(jiān)測點的初始位臵為P(x0，y0，z0)，AP=L1，BP=L2，OP=L3。在△OBP和△OAP中，分別利用余弦定理求得y0 和z0，利用空間任意2 點間距離公式求得x0。a1、a2 和a3 為3 支傳感器的連桿長度，U1，U2，U3 為3 支傳感器的初始讀數(shù)，A1、A2 和A3 為3 支傳感器的變化后讀數(shù)，d1、d2 和d3 分別為L1、L2 和L3 變化后的長度。用同樣方法可求得yi、zi和xi，P點i時刻的坐標與初始位臵坐標之差△yi、△zi和△xi，即周邊縫三向位移（如圖2所示）[4]。

圖2 整體式三向測縫計算原理圖

3 整體式面板周邊縫監(jiān)測

3.1 整體式面板周邊縫監(jiān)測點位布設

在主壩左、右岸與東、西副壩的結合部位的趾板處分兩個高程分別布置1 組三向測縫計，在最大斷面面板與趾板的結合部位布臵1 組三向測縫計，以監(jiān)測面板周邊縫的變化情況，共計6 組三向測縫計（如圖3所示）。

圖3 周邊縫監(jiān)測儀器布置圖

3.2 三向測縫計監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2016年5月18日至2016年5月20 完成大壩1+380m、1+600m、1+740m 三個監(jiān)測斷面924.5m 和938.8m 高程的周邊縫及板間縫三向測縫計的埋設工作，三向測縫計埋設布置見下圖。

圖4 大壩周邊縫三向測縫計特征值表

（1）924.5m 高程周邊縫變形1+380m 斷面J1 測點監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：面板相對于趾板開合變形一直表現(xiàn)為張開變形，剪切變形一直表現(xiàn)為向右岸變形，沉降變形表現(xiàn)為先抬升再沉降在抬升的變形過程（如圖5所示）。

圖5 1+380m 斷面924.5m 高程J1 三向位移過程線圖

1+600m 斷面J3 測點監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：面板相對于趾板開合變形表現(xiàn)為先壓縮后張開變形，剪切變形一直表現(xiàn)為向左岸變形，沉降變形一直表現(xiàn)為抬升變形（如圖6所示）。

圖6 1+600m 斷面924.5m 高程J3 三向位移過程線圖

1+740m 斷面J5 測點監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：面板相對于趾板開合變形表現(xiàn)為先壓縮后變形，剪切變形表現(xiàn)為先向右岸再向左岸變形過程，沉降變形表現(xiàn)為先抬升后沉降的變形過程（如圖7所示）。

圖7 1+740m 斷面924.5m 高程J5 三向位移過程線圖

（2）938m 高程板間縫變形監(jiān)測1+380m 斷面J2 測點監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：右面板相對左岸面板開合變形表現(xiàn)為先壓縮、再張開、后壓縮、在張開的變化過程，剪切變形表現(xiàn)為先向庫盤方向、再向壩頂方向、然后向庫盤方向剪切的變化過程，沉降變形一直表現(xiàn)為沉降變形（如圖8所示）。

圖8 1+380m 斷面938m 高程J2 三向位移過程線圖

1+600m 斷面J4 測點監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：右面板相對左岸面板開合變形表現(xiàn)為先壓縮、再張開、后壓縮、再張開的變化過程，剪切變形一直表現(xiàn)為向庫盤方向，沉降變形一直表現(xiàn)為抬升變形（如圖9所示）。

圖9 1+600m 斷面938m 高程J4 三向位移過程線圖

1+740m 斷面J6 測點監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：右面板相對左岸面板開合變形表現(xiàn)為壓縮和張開變形相互轉換的變化過程、剪切方向一直表現(xiàn)為先向庫盤、再向壩頂、然后向庫盤的變形過程、沉降方向表現(xiàn)為為沉降和抬升變形相互轉換的變化過程（如圖10所示）[5]。

圖10 1+740m 斷面938m 高程J6 三向位移過程線圖

從埋設于1+380m、1+600m、1+730m 三個監(jiān)斷面的趾板與面板間的周邊縫、面板與面板間的板間縫測點兩個半月的觀測數(shù)據(jù)及其過程線可知測點處周邊縫和板間縫的變形量值小，結構穩(wěn)定。

4 結語

三向測縫計在煤窯溝水庫整體式面板周邊縫的監(jiān)測點布設，通過采集數(shù)據(jù)分析，周邊縫、板間縫的三向測縫計的觀測數(shù)據(jù)及其過程線可知測點處周邊縫和板間縫的變形量值不大，面板間的周邊縫及面板與面板間的板間縫結構是穩(wěn)定的。說明三向測縫計在整體式面板分縫觀測中數(shù)據(jù)采集可靠運行良好，為水庫結構安全提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)[6]。