克孜尔水库“9·23”序列地震大坝原型监测分析

于海波 翟世龙 吴英*

(1 塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆 阿拉尔843300)(2 新疆地震局，新疆 乌鲁木齐 830011)

震群易发生在一些特殊的区域上，这些区域内介质的裂隙分布较密，因而在应力增强的条件下，极易产生成组的弱震活动，形成间歇的小震群即序列地震，序列地震活动的出现并不偶然，它们是在地壳运动增强的背景下发生的［1］。

2005年9月23日北京时间13:00:40，在克孜尔水库坝址以东，北纬41°49＇、东经82°33＇处发生了Ms4.9、Ms4.8 级序列有感震群，9月26日北京时间08:05:12 再次发生Ms4.8 级有感地震，这一系列地震简称“9·23”序列地震。此次震群位于新构造运动非常活跃的库车凹陷内，凹陷内发育逆断裂和褶皱构造，克孜尔水库大坝就位于这个地质构造复杂的地区。

1 大坝原型与观测方法

克孜尔水库大坝工程设防烈度为8.5 度，属于中强地震多发区建坝，特别是F2 活断层与副坝右肩成70°，夹角穿过坝基，破碎带宽度达80m 有余，大坝构造内为粘土心墙(具体见图2)。克孜尔水库大坝是建造在F2 活断层上的一座大(Ⅰ)型水利枢纽工程(大坝原型图见图1)，属国内首例。

图1 大坝平面图及F2 断层位置示意图

图2 大坝0 +180m 断面图

1.2 观测方法

长期以来，地震一直是克孜尔水库大坝工程安全运行的重要潜在危险影响因素。当强烈有感地震发生以后，除了通过巡库检查工程外观来判定地震破坏情况以外，另外一个重要的手段就是大坝原型观测，对监测数据进行分析，评价克孜尔水库大坝工程的安全运行情况［2］。

原形观测大体有两种情况:一种情况是测定原体在爆破、地震或其它各种外界动荷载下的反应对此种情况，只要选择合适的拾震仪，通过放大，记录下信号即可［3］;另外一种情况是通过原型观测确定结构的自振特性，如自振频率、振型和阻尼特性，从原型观测识别结构的自振特性是完全必要的，它可以大坝分析提供建立力学模型的依据［4］。对于了解结构物的阻尼特性，坝－水－地基的相互作用，原型观测是唯一可靠的途径［5］，原型观测获得结构的自振特性，可以有多种不同的方法。

2 大坝应力监测分析

2.1 大坝应力监测

土体应力观测以主坝河床段0 +180 m 断面心墙及坝壳料中的6 组土压力计为主，监测坝体的应力变化情况，见表1。

表1 主坝河床段坝体应力系数(K)统计表

从表1 中的大小主应力关系变化来看:应力系数平均值2003年～2005年基本稳定在0.19 左右，说明水平应力及垂直应力震前、震后基本呈现稳定均匀的变化规律，没有突变现象。

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从心墙及坝壳料的侧压力系数变化来看:2003年～2005年粘土心墙侧压力系数在0.43～0.82之间，过渡料中侧压力系数在0.39～0.43 之间，震前震后没有突变现象。另外位于2/3 坝高层的侧压力系数2005年平均值有所偏高，主要原因是垂直应力计E23 测值不稳定造成的。

通过观测数据分析发现，大小主应力系数基本保持在0.19 左右，基本稳定，大小主应力系数，心墙、过渡料侧压力系数震前震后基本不变，证明土体应力在地震期间呈线性均匀变化，整体性较好，尚未出现异常变化。

2.2 导流涵洞界面应力:

在导流涵洞的洞顶、侧墙壁及导流涵洞底板下，分别布设了8 只界面式土压力计。从导流洞各部位的土压力计过程线可以看出:近年来洞顶及侧墙壁中土压力计测值不稳定，但是其他较稳定的土压力计测值变化反映，震后保持震前的状态，无异常变化，可认定洞顶及侧墙壁中土压力测值属于特殊情况，不会对观测产生影响，因此在这次地震后导流涵洞边界条件基本正常。

3 大坝渗流监测

渗流观测包括坝后渗流量、孔隙水压力计及测压管水位监测，通过监测分析，来判断地震对大坝安全的影响，以及地震对水库的安全蓄水造成的影响［6］。

3.1 坝后渗流量观测资料

表2 坝后及泄水建筑物渗流量统计表 单位:L/S

从坝后及泄水建筑物渗流量统计表可以看出:主坝渗流量实测0.29 L/S～0.37 L/S，起伏不大，与地震前观测值相比，尚无异常状态，和设计计算渗流量库水位(高程1 149.6 m)1.16 L/S 相比少得多，说明震后主坝渗流状态基本稳定。

排水廊道渗流量从右坝肩应急处理工程结束后，处在比较稳定的变化状态，这两年渗流量保持在0.027 L/S～0.054 L/S 范围内，震后没有出现异常变化。从副坝及泄水建筑物渗流量资料来看，副坝及泄水建筑物均没有出现异常变化，各个渗流井渗流量保持在地震发生前的变化趋势。

经分析后发现，地震结束后各个渗流井渗流量随着库水位的变化而保持正常变化的趋势，与往年及等库水位时相比，基本一致，没有异常变化。

3.2 孔隙水压力计观测资料

从主、副坝心墙及基岩中埋设的所有孔隙水压力计的观测资料来看:坝基基岩及心墙中的孔隙水压力计测值震后基本保持正常的变化规律，无异常现象。

下表3 是主坝左肩、河床段、右坝肩基岩的位势值。从表3 可以看出:主坝0 +118 m 断面上游8 米处，0 +600 m 断面上游16 米，8 米及下游8 米处，0+875 m 断面上游60 米处位势值明显高于往年同期，其他部位基本保持稳定状态。通过分析，上述断面位势偏高的主要原因:由于滞后时间较长，部分传感器测值不稳定，所以位势值略有偏高，这与地震无关，地震前后主坝各部位孔隙水压力计的观测资料没有出现异常变化。

表3 主坝基岩位势均值统计表 单位:%

表4 副坝断层带(1 +173～1 +206)孔压计位势(Φ)成果表 单位:%

从表4 副坝断层带(1 +173 m～1 +206 m)孔压计位势值可以看出，F2 断层带孔压计位势值与往年同期相比略有偏高，但这与库水位变化和滞后时间对比，副坝(1 +173 m～1 +206 m)渗水目前基本正常，这说明，这次地震对F2 断层带渗流状态基本上没有影响。

4 分析总结

4.1 主、副坝心墙水位，保持震前变化趋势，尚无异常起幅;

4.2 坝后渗流总量与震前渗流量和等库水位时相比一致，尚无异常变化;

4.3 实测右坝肩地下水位仍保持今年秋蓄期间的较低水位;排水廊道渗流量为0.048 L/S，尚无异常变化;

4.4 位于副坝右肩F2 断层带中的测压管、位移计及孔隙水压力计等仪器测值尚无异常变化。

4.5 震前震后坝体压缩率和主坝心墙的倾度值变化不大，符合一般土石坝的变化规律，坝体压缩率基本处于稳定状态，目前尚不存在横向裂缝的可能性。

4.6 震后坝体水平位移资料没有明显的异常变化，坝体水平位移方向保持历年的变化趋势。

5 结语

从大坝的原体看，这次地震对主副坝坝体、坝基、F2 断层带基本上没有影响，对心墙及坝壳料的变形影响较小，初步认为震后大坝运行状态基本正常，但是要加强主坝渗流量观测及主坝桩号0 +600断面原型观测工作。

［1］国家地震局预测预防司.测震学分析预报方法［M］.北京:地震出版社，1997:40－48.

［2］张宏科，况伦文.克孜尔水库主坝左肩原型观测资料综合分析［J］.新疆水利，2003(05):48－54.

［3］安景生，张宏科，况伦文.克孜尔水库主坝左坝肩观测资料异常情况分析［J］.大坝与安全，2003(02):36－38.

［4］翟世龙.克孜尔水库诱发地震的形成条件和诱发机制［J］.新疆水利，2002(01):01－08.

［5］杨志荣，田兆光，安景生，等.新疆克孜尔水库地震危险性预测研究［J］.地震，01，21(1):39－46.

［6］龚鸿庆.关于新丰江水库地震的成因问题［J］.华南地震1982(3):72－78.