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[分享]何为“坝体变形处于弹性状态”？“弹性变形”又是什么？
【写在前面】
近日，一则“三峡大坝已变形，决堤在即”的言论流传于社交网络。在三峡集团给出详实监测数据、中国航天科技集团以高分六号卫星图像予以数次辟谣后，上述言论仍在发酵。与“三峡大坝变形”图组合出现的，还有一张宜昌交旅集团文化产业有限公司7月5日发布的“三峡大瀑布景区暂停接待游客的通知”。“三峡大坝变形决堤”论的传播者试图诱导舆论认为，正是“变形、溃坝”造成了景区“封坝”。
但不难发现，上述谣言从很多角度来看都站不住脚。本文邀请中国水力发电工程学会副秘书长张博庭为此撰文，剖析了“三峡大坝变形”谣言中的伪科学，同时解释了何为“坝体变形处于弹性状态”。
在压力作用下绝对不产生任何变形的工程结构，几乎不存在。材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来状态的性质称为弹性。超高层建筑在大风中的“摇摆”就是基于同样的道理。根据应力应变三阶段，未裂阶段为弹性变形、裂缝阶段混凝土呈塑性变形分布、破坏阶段塑性变形极限。若果真出现如传闻般严重的变形，坝体马上就会出现严重漏水。这显然与事实并不相符。
以下为张博庭《关于三峡大坝产生变形的探讨和说明》全文：
最近，一条三峡大坝“发生变形并可能溃坝”的消息，在一些微信群里被传播，同时附带疑似谷歌卫星图的三峡大坝图片坝体出现扭曲。于是，网络上有关“三峡大坝即将垮塌，下游几百万人危在旦夕”的传言不胫而走。特别是还有一位“旅居德国”、自称“水利专家”的王维洛，透露说“三峡大坝是走动的，这种设计决定了三峡大坝的脆弱性”。他称“三峡大坝的块体与基础并非一体，大坝的混凝土坝块是摆在岩石上的，所以受到水压力和温度的影响，他会发生不同的变形和位移，也就是说大坝在走。”
一时间让人感觉到，似乎中国的水利专家们都不敢说出真相。听到这种传言，作为水利水电的专业人士，确实感到很无奈。你说咱们相信这个传言吧，它确实也太离谱了。你说你不信吧，可它还真是“有图，有真相”。
记得几年前，某些国外的反华势力曾经威胁说“一旦爆发与中国的战争，首先要用原子弹轰击三峡大坝，可以让下游的几千万人生灵涂炭。”后来曾有水利水电专家站出来解释说，在三峡大坝的设计论证过程中，曾经考虑过核武器的威胁，并且做过多种模拟试验。最后三峡选定的“混凝土重力坝”是能够抵御住常规核武器攻击的。即使坝体在命中几百万吨当量的核武攻击后，大坝也就是炸开一个几十米的大口子，其作用相当于打开了几个关不上口的闸门，不会造成溃坝，也不会对下游造成太大的洪水威胁。今天看来，让照片变形的威力，居然可以大过原子弹。威胁使用原子弹所能引起的恐慌，居然不如让照片变形的谣言。
据了解，其实从谷歌地图上看到的卫星图片，是通过拍摄的多张图片，结合地理坐标等信息，经过拼接修正后再生成的。已经有遥感专家猜测“可能是国外公司不掌握中国的重要地理坐标数据，因此修正后的图片就会不准确，视觉效果上可能发生变形。”当然，我们也不能完全排除，是不是有人故意在照片拼接时做些了手脚。
其实，中国的三峡只是世界上最大的水电站（水电装机容量世界第一），但三峡的水库和大坝，在世界上都不是最大的。三峡水库的蓄水量，在世界上只能排在第20多位。世界上库容最大的乌干达欧文水库，库容要比三峡大上几十倍。三峡大坝的坝高，在世界上也要排到几十位之后。
这些比三峡大几十倍的水库、大坝，大都已经建成几十年、上百年了，但从未听说过它们什么水库“压偏了地轴”或者大坝“出现了变形”等等怪事。为什么我们比它们小得多（建成也要晚很多年）的三峡，却总是屡屡出现“奇迹”？
大家都知道三峡是世界上最大的水电站，但可能不太了解三峡的水库和大坝，在世界上根本还排不上号。为什么“水库再大”、”水坝再高“，只要建在国外都是安全的，但只要建在中国，就一定要出大问题？造谣者的逻辑矛盾昭然若揭。
谣言经不起推敲。为什么世界上建有的几十万座水库大坝，从来没有一个出现过“严重变形”，而偏偏中国的三峡出了这种问题？原因恐怕只有一个，有人（有意或者无意地）在照片上做了手脚。因为，根据常识，大坝的建筑材料都是脆性的。一旦在水压力下，出现（谣言中）如此严重的变形，马上就会出现严重的漏水、甚至垮塌。也就是说，只变形、不漏水的“大坝”在现实中不可能存在。
其实，早在21世纪初期三峡水库175米蓄水年前，这位旅居德国自称“水利专家”的王维洛，就曾在网络上大肆散布说“中国的三峡大坝，出现了严重的设计错误。三峡水库的水利坡度不应该是2米，而是42米。因此，最终的三峡大坝不可能实现蓄水到175米的目标。除非把三峡的移民增加到250万。”
对于这个谣言，当时我们很多水利专家（包括我国最水利界著名的潘家铮院士）都进行过解释和说明，但始终都没有办法澄清（当时的猫眼论坛每天都有关于三峡蓄水的争论）。直到2010年三峡水库成功蓄水到175米，实测的水利坡度只有1米多，上述谣言才被事实揭穿。王维洛此后销声匿迹了一段时间，也不再敢自称“水利专家”了。想不到十几年之后，这个当年的骗子，又打着“水利专家”的旗号出来骗人了。
文章说“三峡大坝2006年全线挡水、2010年至2018年连续9年蓄水至175m水位运行，运行以来的监测资料表明：各建筑物工作性态正常，工程运行安全可靠。大坝变形方面，截至2019年4月，坝基累计垂直位移在1.45mm～26.69mm之间，坝体沉降趋于稳定，蓄水前后没有明显增加；坝基上下游方向水平位移在-0.24mm～4.63mm之间，蓄水前后坝基位移变化多在1.0mm以内；坝顶上下游方向水平位移在-1.82mm～28.70mm之间，主要受水位和温度影响呈周期性变化，一般每年冬季向下游位移，夏季向上游位移；垂直位移和水平位移分布与坝高相关，表现为河床中间大，两岸逐渐减小，符合重力坝变形规律，坝体变形处于弹性状态，各项指标均在设计允许范围内。”
这些观测数据比较专业，可能需要简单解释一下。
首先需要说明的是，在压力荷载作用下，任何建筑结构都必然发生一定的弹性变形。例如，我们常见的高楼大厦，因为它只有下面的基础是相对固定的，所以，在风力作用下，常常会发生一定的结构变形（位移晃动）。水坝的结构与高楼大厦有所不同，它下面的基础和左右两岸坝肩三面都是相对固定的。所以，尽管水库的水压力要比自然界中的风压力大得多，大坝的结构变形要比高楼大厦小得多（通常要小几个数量级）。在压力作用下绝对不产生任何变形的工程结构，几乎是不存在的。
观测数据中的“坝顶上下游方向水平位移在-1.82mm～28.70mm之间”就相当于高楼大厦在风压力的作用下产生的结构变形。一般来说，一座185米高的大楼，在风压力的作用下产生几十厘米的弹性位移，是非常正常的现象。而一座185米高，2000多米长的大坝，在巨大的水压力作用下，所产生的最大弹性位移，最多也没超过28.7毫米。这说明，三峡大坝结构稳定性非常高。即使在巨大的水压力作用下，大坝的结构变形也非常小。
此外，与近似钢架结构的高楼大厦不同，水坝的大体积混凝土块体在巨大压力下，除了要产生结构变形之外，还会产生一定的材料变形。所观测的数据“坝基上下游方向水平位移在-0.24mm～4.63mm之间”主要是来自大坝的混凝土材料变形。超过百米的大体积混凝土，在巨大的水压力下，最大的材料变形地方都没有超过5毫米，这说明浇筑大坝混凝土的质量，还是非常好的。
数据中的“截至2019年4月，坝基累计垂直位移在1.45mm～26.69mm之间，坝体沉降趋于稳定，蓄水前后没有明显增加”主要反映的是大坝的垂直沉降。这里的数值大小，主要取决于大坝基础的具体情况。在沉降方面，最重要的表述是“坝体沉降趋于稳定，蓄水前后没有明显增加”。
总之，三峡集团微信所公布这些数据，对于专业人士来说，很快都会发现三峡大坝的建设质量之高。但对于一些没有什么工程概念、不知道任何建筑结构在压力荷载作用下都会产生一定位移和变形的人士来说，也难免会产生“闹了半天，三峡大坝还真产生了变形”的误解。所以，非常有必要再作出以上解释。
END
来源：水利 微信公众号 水利水电资料库
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