某水利枢纽工程震后监测资料分析及震后安全评价

王迎春，张子凤

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，830000，乌鲁木齐）

某水利枢纽工程位于强震区，其大坝工程为百米高土坝，同时具有高坝大库的特点。大坝为黏土心墙堆石坝，心墙土料采用风积黄土，抗冲蚀性能和适应变形能力相对较弱，鉴于工程的特殊性和重要性，大坝内布置了较为全面的监测项目。工程于2001年开工建设，2005年完建。2007年7月20日18时06分53.0秒 （北京时间）工程坝址附近发生里氏5.7级地震，震源深度为9.7 km，震中距大坝坝址约47 km，工程区震感强烈，震中附近村庄由于房屋倒塌和破坏造成5 074户约1.9万人失去住所，灾区户数共30 311户，灾区人口约115 845人，地震未造成人员伤亡。经过地震现场灾害损失评估，此次地震直接经济损失为11 060.33万元。这是工程建设以来所经历的最大一次地震。震后枢纽管理单位立即组织对工程进行了外观检查和安全监测。

一、强震数据处理

由于工程处于强震区，大坝地震设防烈度为Ⅸ度，因此，地震监测也是工程的一项重要监测内容。枢纽四周设四个地震监测台，并在大坝坝顶和坝后坡安装了强震仪进行地震监测。地震时捕捉到的加速度过程见图1，绝对加速度反应谱见图2。

根据图1、图 2综合分析：峰值加速度 123.371gal，持时 9.9sec，卓越频率2.03Hz，三要素判定为Ⅶ度；反 应 谱 值 （gal）8Hz-401.378，5Hz-348.902，2Hz-127.36，1Hz-15.2678，反应谱判定为Ⅶ度；参考烈度值一次方加权为Ⅵ度，参考烈度值二次方加权为Ⅵ度；根据地震专业人员现场的科学考察，最终确定工程区位于Ⅵ度区。

二、震后枢纽工程外观检查

地震发生后，枢纽管理单位立即组织有关工作人员对库、坝区水工建筑物及发电系统进行了巡视检查，重点对大坝工程、联合进水口、发电厂房进行检查，未发现坝体裂缝、大坝上下游滑坡、塌坑等异常现象，水库水面、坝基渗流未见异常。泄洪洞、溢洪洞、排沙洞未发现裂缝、坍塌等，其主体结构稳定，闸门启闭设备运行正常。观察发现上游库岸部分地段有少量坍塌、滑坡等现象，下游河道内未见坍岸、滑坡、淤积等现象。

三、震前震后工程安全监测资料分析

1.大坝监测布置情况

该水利枢纽工程大坝为心墙堆石坝，心墙土料为风积黄土，属粉质壤土，土体抗冲蚀能力低。根据坝体设计计算结果及监测设计原则，坝体内外布置了变形、渗流、土压力、体应变等监测项目，主要布置于0+060 m、0+123.5 m、0+175 m、0+223 m、0+270 m五大典型断面，其中0+175 m断面为主监测断面，具体布置见图3。

2.内部外部变形监测

（1）内部变形监测

坝体内部变形监测包括心墙内部的沉降和水平位移，在选定的五大典型断面上分别布置有沉降及测斜管监测内部变形情况。五断面沉降及测斜震前震后测值稳定，仅大坝主监测断面990 m高程坝内心墙测点向下游位移 0.01 m，21日 0：30恢复震前测值。

（2）外部（表面）变形监测

在坝顶平行坝轴线的上、下游各布置一条监测纵断面，下游坝坡布置三条监测纵断面，监测坝体表面变形。三条监测断面震前震后测值稳定，无异常突变。

3.大坝渗压监测

（1）大坝帷幕前后渗压监测

震前帷幕前后各断面渗压水位表现于左岸断面大于河床断面，河床断面大于右岸断面（0+123.5 m＞0+175 m＞0+223 m）的趋势，与库水位相关性较好，帷幕前渗压水位与库水位存在5～30 m水头差，帷幕后渗压水位与库水位存在30～49 m水头差；震后帷幕前后各断面渗压水位保持了震前的变化趋势和水头差，未见异常突变。

（2）大坝心墙内渗压监测

心墙内渗压主要采用渗压计和测压管监测坝体渗压情况。监测分析震前震后心墙内渗压计监测水位平稳，最大变幅0.02 m，无异常突变，变化过程见图4；震前震后测压管监测渗压水位总体呈上升趋势，且震后上升速率大于震前，震后水位上升0.29 m，变化过程见图5。

（3）异常分析

心墙测压管UP1震后测值上升0.29 m，震前上升速率为0.13 m/d，震后上升速率为0.18 m/d，至7月24日上升速率增加至0.33 m/d，7月25日上升速率开始下降并恢复到0.15 m/d。通过长序列数据分析发现测压管UP1震前震后测值变化曲线光滑，未见明显突变点，说明此次地震对心墙内渗压水位的影响已恢复正常。

（4）大坝坝壳料内渗压监测

主要采用渗压计和测压管监测坝壳渗压情况，震前大坝坝壳料渗压水位平稳，地震当天渗压计监测渗压水位均降低0.04～0.08 m，震后一周内恢复到震前水平，具体测值见表3；测压管监测水位平稳，未见上升和下降的趋势。

4.大坝土压力监测

（1）土压监测

0+175 m河床监测断面各测点土压力计震前震后测值稳定，未见异常突变。0+270 m断面、0+223 m断面、0+060 m断面左右岸测压方向土压力计震前测值稳定，震后呈缓慢增加的趋势 （0.01MPa/13d）， 其他测压方向（上下游方向及垂直方向）未见异常变化。

（2）异常分析

大坝两岸三断面（0+270 m断面、0+223 m断面、0+060 m断面）土压力计左右岸方向土压力计震前震后测值长序列分析，发现震后该方向土压力增加的幅度较小，且历年同期该方向土压力测值随水库水位的上升也存在缓慢增加的趋势，说明大坝两岸三断面左右岸方向土压力计震后呈现的小幅增长趋势与本次发生在工程附近的5.7级地震关系甚微。

5.绕坝渗流监测

（1）左岸绕渗监测

左岸 UP5、UP6、UP7、UP8 四测压管震前总体呈稳定趋势，震后UP5、UP8均显突升，突升0.01～0.02 m，震后1日内恢复震前水平；UP6震后呈缓降趋势；UP7震前震后稳定。

（2）右岸绕渗监测

右岸 UP8、UP9、UP10、UP11 四测压管变化各不同。UP9震前呈波动上升趋势，但震后呈快速下降趋势，震后1日水位下降2.48 m；UP10震前呈缓升趋势，震后趋于稳定；UP11震前呈缓升趋势，震后趋于缓降；UP12震前震后均呈缓降趋势。

（3）异常分析监测

综 上 所 述 UP5、UP8、UP9 三 测压管震前震后存在相对异常变幅，将三测压管2006至2008年三年测值进行长序列分析。UP5在939.10～939.70 m之间波动，与库水位存在一定的相关性，变幅为0.60 m，见图6；UP8在914.61～915.37 m之间波动，变幅为0.76 m，与库水位无明显的相关性，但受左岸边坡地下水位及降雨等的影响，年内变化呈现波动性，见图7；UP9 在 941.26～956.95 m 之间波动，变幅为15.69 m，与库水位存在一定的相关性，与UP8相似，同样存在受右岸边坡地下水位及降雨等的影响，年内变化呈波动性，见图8。因此可以判断UP-05震后呈现的测值突升现象一方面与库水位的上升存在一定相关性，同时也在一定程度上表现了震后大坝左岸地下水位的规律；UP-08、UP-09在震后出现的测值异常，主要是受岸坡地下水位及降雨等的影响，也反映了岸坡地下水位的变化规律。

表3 大坝坝壳料渗压水位监测表 单位：m

四、震后工程安全评价

通过现场巡视检查和震前震后安全监测资料的综合分析，得出以下结论：

从现场检查情况看，震后大坝坝体、引泄水建筑物、发电厂房未出现裂缝，各建筑物结构稳定、安全，闸门启闭设备运行正常。

大坝内部、表面变形不大，水平位移量小，竖向位移总体表现为沉降，震前震后无较大突变，符合大坝变形一般规律；大坝土压力上下游方向和垂直方向测值稳定，震前震后无明显变化，左右岸方向土压力震后出现小幅增加趋势，但变化规律与同期相似，说明大坝土压力受地震影响较小；大坝帷幕前后、心墙及坝壳料内渗压受地震影响渗压测值出现不同变幅异常，但在震后较短时间内均恢复了正常，且总趋势符合渗压水位长期变化规律，从测值长序列分析可以判定大坝渗透处于稳定状态；大坝左右岸绕坝渗流主要受上游水位、边坡地下水位及降雨等的影响，在震后呈现短时异常变幅，但不同部位渗流主导因素不同，从一定程度上反映了震前震后岸坡地下水位的变化规律，大坝坝体及左右岸渗流变化符合一般规律，总体是稳定的。总体而言，“7·20”地震对工程产生了一定的影响，但由于工程设防烈度高，没有对工程造成实质性危害，工程结构稳定、安全。