水平旋流消能泄洪洞结构的动力响应特性分析

动力响应特性的监测仪器分为两类，即振动传感器和内观监测仪器。内观仪器监测的内容包括接缝变形监测、岩石变位监测、渗透压力监测和混凝土结构应力应变监测等。

4.4.10.1　结构物的振动特性

泄洪洞内的振动传感器布置在底座F-YX-02S（C—C断面）、F-YX-06S（D—D断面）和F-YX-06P（起旋室1—1断面）位置。

闸顶上布置了3只振动传感器，分别安装在竖井附近、交通桥上以及大坝坝顶。第三次过水试验中，将大坝上的振动传感器移至启闭机房内。

3次过水试验表明，水流运动引起的泄水建筑物的振动量级很小，各测点测量的最大振动加速度仅为0.046g，最大振动加速度均方根值为0.0075g。振动加速度相对较大的测点是F-YX-06P，即起旋室进口附近，该处由脉动压力引起的建筑物的振动相对大些。闸顶、交通桥和大坝的振动相对较小，实测最大振动加速度为0.01g，最大振动加速度的均方根值为0.0023g，说明泄洪洞运行时，水流脉动对闸顶建筑物、交通桥和大坝的影响甚小，未见明显振感。

从各测点振动加速度的时间过程线，尤其是闸门关闭前后振动曲线的变化趋势看，闸门全开时、闸门关闭过程中和闸门关闭后，各测点的振动时间曲线并没有明显的变化，表明泄洪洞运行期间高速水流脉动没有引起泄水建筑物的明显振动。

4.4.10.2　岩石变位

岩石变位计监测结果表明，泄洪洞过水期间，岩石变形很小，岩石的最大开合度为0.15mm（受拉，M-YX-05P），其他测点的岩石开合度不超过0.1mm（均受压）。第二次过水试验中，各测点岩石开合度的变化如表4.13所示。

表4.13　第二次运行试验前后岩石开合度

4.4.10.3　渗透压力

泄洪洞运行期间，混凝土衬砌外围的渗透压力略有增加，第一次过水试验时，最大渗透压力增幅为0.042MPa（测点P YX 07P），见表4.14。

表4.14　第一次运行试验前后混凝土衬砌外围的渗透压力变化

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4.4.10.4　混凝土结构应力应变

以第三次运行试验为例说明泄洪洞运行时钢筋计应力变化情况。

监测表明，C—C断面各测点（R-YX-01S～R-YX-06S）的拉应力增加，最大增幅为3.42MPa（测点R-YX-05S）；D—D断面各测点压应力增加，最大增幅为5.81MPa（测点R-YX-07S）；5—5断面除测点R-YX-05P压应力略有增加外（增加了0.63MPa），其他各测点的拉应力增加，最大增幅为2.19MPa（测点R-YX-02P）；10—10断面测点R-YX-10P的压应力略有增加，其增幅为0.47MPa，其他各测点的拉应力增加，最大拉应力增幅为7.60MPa（测点R-YX-07P）；13—13断面中，拉应力增幅最大的测点是R-YX-20P，其拉应力增量为3.03MPa，压应力增幅最大的测点是R-YX-19P，其压应力增量为1.26MPa。各测点的应力变化情况见表4.15。

泄洪洞建成后，对钢筋应力进行了长期监测，从测点钢筋应力的历时曲线分析看，自2005年6月初开始监测，经过一年多的监测资料分析，各测点钢筋应力变化幅值最小的是测点R-YX-15P，其值为3.5MPa，其他各测点的应力变化均超过了10MPa，测点R-YX-07S的钢筋应力变化幅度最大，最大值与最小值之差为60.0MPa，见表4.16。比较长期监测结果和运行试验期间的监测结果，由于温度等因素引起的结构物应力变化大于泄洪洞过水期间水流引起的变化，即泄洪洞运行期间水流对结构物应力的影响很小。

表4.15　第三次运行试验过程中钢筋应力变化情况

注　测点R-YX-18P的温差太大，数据不合理，故表中没有引用。

表4.16　泄洪洞钢筋计应力变化幅值　单位：MPa

续表

4.4.10.5　动态监测结果分析结论

原型监测中，进行结构物动态监测的项目是岩石开合度（传感器为测缝计）、缝展度（裂缝计）和混凝土结构的应变（无应变计和5向应变计组）。监测结果表明，泄洪洞过水前后，岩石开合度、缝展度和混凝土的应变没有明显的变化，即泄洪洞过水运行对混凝土结构影响甚微。