新疆恰甫其海枢纽泄洪表孔监测资料分析

赵慧琴

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 泄洪隧洞概况

恰甫其海表孔溢洪洞全长489.43 m，为无压泄水隧洞。进口WES堰顶宽度为15 m，洞身为马蹄形，最大宽度为11.0 m，最大高度为13.0 m，坡比为7%，出口明渠段坡比为50%，采用挑流消能方式。

2 仪器布置

恰甫其海枢纽工程表孔泄洪洞共设5个监测断面，分别布设钢筋计、应变计、无应力计、渗压计、底流速仪及脉动压力传感器基座，进行混凝土及钢筋的应力应变、渗流监测和水力学观测。其中，A-A（0+046.05）断面共安装 3支钢筋计、3组应变计、1支无应力计和1支渗压计；B-B（0+250.00）断面共安装3支钢筋计、3组应变计、1支无应力计和1支渗压计；C-C（0+480.00）断面共安装埋设了3支钢筋计、3组应变计、1支无应力计和1支渗压计；D-D（0+485.00）断面布设了1支底流速仪及3支脉动压力传感器基座；F-F（0+661.58）断面，布设了1支底流速仪及3支脉动压力传感器基座、1支渗压计。

3 资料分析

3.1 无应力计分析

表孔泄洪洞混凝土在不受外力作用时发生的变形称为自由体积变形，主要包括由于温度变化引起的热胀冷缩变形及湿度变化引起的湿胀干缩变形，以及水泥水化作用引起的自生体积变形。

式中：α——温度线膨胀系数，△T0——温度变化量；εg（t）——混凝土自生体积变形，随时间而变化；εw（t）——湿度变化引起的变形。

无应力计是用于测定混凝土的自由体积变形，对无应力计分析主要是：一是可以了解混凝土无应力应变的变化规律，即混凝土实际线膨胀系数以及自生体积变形趋势性变化的类型；二是当无应力计与对应的工作应变计温度条件不相同时，利用回归方程来计算无应力应变。

无应力计的回归方程形式如下：

式中：T为无应力计测点温度；t为测时距分析起始日期的时间长度（d）；a0，a1，a2，a3，a4为回归系数；k=-0.01。

利用逐步回归求解上述方程，所得a1为对混凝土线膨胀系数的估计值，时间函数的组合部分简称为时效分量，包括了自生体积变形及湿度变形的变化部分。

通过分析可知：

1）3支无应力计温度测值在2006年后基本一致，主要受到外界气温影响，年周期明显，在-0.90℃至20.30℃之间。

2）无应力计应变测值与温度呈正相关，在2006—1—1 至 2008—8—7 时段，N5，N6，N7 的应变均为压应变，变幅分别为 165.48 με，222.14 με和 202.20 με。

3）无应力计应变测值与温度具有较强的线性相关性，回归分析得到N5，N6，N7的线膨胀系数分别为 7.7 με/℃，9.1 με/℃和 9.2 με/℃（其中με 即为 10-6，下同），平均为 8.7 με/℃。无应力计应变测值，主要是温度引起的，时效分量很小。

3.2 混凝土应变分析

表孔溢洪洞钢筋混凝土无配套、无应力计的应变计，所测的应变为实测应变。有配套的无应力计的应变计，按平面应力问题换算成单轴应变：

式中：εx，εy分别为实测的混凝土应变计环向与轴向应变（温度修正后）；ε0为无应力计实测应变（温度修正后）；εx′，εy′分别为环向与轴向单轴应变；μ为混凝土的泊松比，取1/6。

采用统计模型对各测点的位移测值进行定量分析，统计模型的因子形式如下：

水位分量：h，h2，h3和 h4，其中 h=（H-900）/100，H为测时当天平均水位。

温度分量：T（测点），表示测点温度以及Sin（s）、Cos（s）、Sin2（s）、Sin（s）.Cos（s），其 中 s=2πt/365，t为测时距分析起始日期的时间长度（d）。温度分量为半年及年周期性因子。

时效分量：t，ln(1+t)，e-kt。其中 t为时间长度，含义同上，k=0.01。

通过分析可知：

1）同组应变计的温度测值基本一致，侧墙的Y2—24、Y2—27和 Y2—30在后期温度测值基本一致，比其它测点变幅稍大，为21℃～22℃，其它为18℃～20℃，只有Y2—23较为特殊，变幅只有9.20℃左右，最低温度为6.0℃，明显高于0℃，最高温度15.20左右，明显低于其它测点，初步分析原因为该处受地下水影响所致。

2）A—A断面均为压应变，且与温度过程正相关；Y2—23温度特殊，应变测值变幅亦小；环向的Y2—22—2和Y2—24—2的压应变，大于轴向的Y2—22—1和Y2—24—1，压应变最大为-265.20 με（Y2—22—2）。

3）B—B 断 面 Y2—27（Y2—27—1、Y2—27—2）测值规律性较差（2007年7月由于受雷雨天气及其它因素的影响，数据采集模块出现硬件故障，返厂修理后恢复正常）。

4）C—C断面，2006年后，各测点应变变幅在70 με 至 135 με 左右，Y2—30—2 有一定的拉应变，最大为85.13 με，其它基本为压应变。

3.3 钢筋计应力分析

表孔溢洪洞钢筋计所测应力实际是综合应力，包含了荷载应力（相应于设计计算的应力）和附加应力，附加应力则包括混凝土徐变、自生变形、干缩变形、温度变形对钢筋形成约束产生的应力。

采用统计模型对各测点的位移测值进行定量分析，统计模型的因子形式如下：

温度分量：T（测点），表示测点温度以及 Sin（s）、Cos（s）、Sin2（s）、Sin（s）、Cos（s），其中 s=2πt/365，t为测时距分析起始日期的时间长度（d）。

时效分量：t，ln（1+t），e-kt。其中 t为时间长度，含义同上，k=0.01。

回归结果方程见表1。

表1 表孔溢洪洞钢筋计应力测值回归结果方程表 MPa

由此可见：

1）各断面的钢筋计的温度年周期明显，底板内R37，R40，R43受地温影响变化较平缓，变幅较小，但各处差异明显，变幅为8.0℃，10.3℃，16.7℃不等；侧墙内R38，R41，R44受气温影响，锯齿较多，变幅较大，为24℃左右，各处基本一致。

2）A-A断面R37，R38在2006年后，应力基本为压应力，测值分别在-20.21 MPa至-8.98 MPa，-28.66 MPa至8.55 MPa之间；R37与温度相关关系不明显，R38应力基本与温度负相关；R38回归分析结果表明：主要为温度分量，R37，R38均有不到4 MPa的时效分量（拉应力）。

4 应力应变工作性态评价

1）A—A断面为压应变，且与温度过程正相关；环向压应变大于轴向，压应变最大为-265.20 με（Y2—22—2）；未减去无应力应变的Y2—22、Y2—23与温度的关系呈现非线性；减去了无应力应变的Y2—24—1，Y2—24—2与温度有较好的线性正相关关系。表明在2006年后其应变基本为温度变形，荷载变形很小。钢筋计拉应力较小，2006年后测值应力在-28.66 MPa至8.55 MPa之间。

2）B—B断面应变计测值规律性较差；钢筋计R40在2005-06-06至13日，应力从22.83 MPa激增至228.25 MPa，超过仪器常规量程200MPa，原因不明，其后在250 MPa左右周期性变化，变幅为10 MPa左右，基本与温度正相关；R41为拉应力，与温度呈负相关，2006年后在16.89 MPa至96.44 MPa之间，回归分析结果表明：主要为温度分量，有7.5 MPa左右的时效分量（压应力）。总体而言，该断面应力水平较高，混凝土可能出现裂缝。

3）C—C 断面，Y2—30—2有一定的拉应变，最大为85.13 με，其它基本为压应变，应变变幅在70 με至135 με左右；轴向应变基本与温度过程的正相关性强于环向的各测点，表明轴向的荷载作用（包括温度荷载及外荷载）变化很小，其应变基本为温度变形；环向的测点与温度的关系呈现较强的非线性或负相关。其中Y2—30—2基本与温度过程负相关，表明有一定的荷载作用（包括温度荷载及外荷载）。钢筋计应力为拉应力，基本与温度负相关，2006年后分别在25.21 MPa至63.41 MPa、10.00 MPa至54.22 MPa之间，回归分析结果表明：主要为温度分量。

无应力计测值表明，表孔溢洪洞衬砌混凝土线膨胀系数平均为8.7 με/℃，时效分量（自生体积变形及湿度变形）性态不一，收缩型最大收缩为-67.87 με（N06），膨胀型最大膨胀为 12.33 με（N07），这主要是无应力计受测向约束而不能完全自由变形，以及混凝土本身的不均匀性所致。