混凝土壩安全評(píng)估與監(jiān)控方法的改進(jìn)ppt課件

1、混凝土壩安全評(píng)估與監(jiān)控方法的改進(jìn)1;.2當(dāng)前矛盾： 建壩規(guī)模、高度空前 安全評(píng)估方法：陳舊 重力壩，材料力學(xué)方法 拱壩，多拱梁法 抗滑穩(wěn)定，剛體極限平衡 70年前老方法31.儀器觀測(cè)不能給出應(yīng)力場(chǎng)和安全系數(shù)1.1 儀器測(cè)點(diǎn)太少儀器測(cè)點(diǎn)太少總 共：20壩段觀測(cè)剖面：3個(gè)（應(yīng)變計(jì)，溫度，滲壓計(jì)）無(wú) 測(cè) 點(diǎn)：17個(gè)12343層，每層34測(cè)點(diǎn)每點(diǎn)：3、5、7向應(yīng)變計(jì)水工結(jié)構(gòu)書(shū)本：應(yīng)力簡(jiǎn)單實(shí)際應(yīng)力：復(fù)雜原 因：分層施工 溫度變化觀測(cè)剖面應(yīng)變計(jì)測(cè)點(diǎn)5圖1 景洪重力壩三維 仿真計(jì)算第一主 應(yīng)力包絡(luò)圖（MPa）6圖2 陳村重力壩18壩段 順河剖面第一主應(yīng) 力包絡(luò)圖（MPa）71.2 應(yīng)變計(jì)有效率較低應(yīng)變計(jì)有效

2、率較低 因素：儀器埋設(shè) 基準(zhǔn)值取值 自生體積變形 儀器維護(hù) 運(yùn)行期，應(yīng)變計(jì)有效率較低每點(diǎn)6個(gè)應(yīng)力分量，需6個(gè)應(yīng)變分量反算 7個(gè)應(yīng)變計(jì)，壞2支，算不出6個(gè)應(yīng)力分量8小結(jié)：小結(jié)： （1）應(yīng)變計(jì)：很難測(cè)出應(yīng)力場(chǎng)全貌 不能給出安全系數(shù) 作 用：監(jiān)控 校核 （2）可用觀測(cè)資料：變位，溫度，場(chǎng)壓力 不能給出大壩應(yīng)力場(chǎng)、安全系數(shù) （3）安全系數(shù)計(jì)算：設(shè)計(jì)規(guī)范方法92. 目前采用的安全評(píng)估方法重力壩應(yīng)力材料力學(xué)法拱壩應(yīng)力拱梁分載法抗滑穩(wěn)定剛體極限平衡法七、八十年以前的老方法 優(yōu)點(diǎn)：積累了一定實(shí)用經(jīng)驗(yàn) 缺點(diǎn)：不能反映真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)102.1 現(xiàn)行安全評(píng)估方法的缺點(diǎn)現(xiàn)行安全評(píng)估方法的缺點(diǎn)（1）沒(méi)有考慮：施工溫度應(yīng)力

3、、施工過(guò)程（2）只 考 慮：壩面水壓力 未 考 慮：地基水荷載、地應(yīng)力、 基礎(chǔ)開(kāi)挖、處理（3）抗滑穩(wěn)定：只考慮力的平衡 未考慮應(yīng)力狀態(tài)、壩與基礎(chǔ)相互影（4）拱梁分載法采用Vogt系數(shù)，太粗糙 不能考慮滲流、地應(yīng)力、斷層、節(jié)理（5）忽略了非線性溫差（6）不能考慮非線性變形、裂縫、接縫影響11評(píng)估結(jié)果：評(píng)估結(jié)果：脫離實(shí)際 有的工程：質(zhì)量很差，問(wèn)題很多 評(píng)估結(jié)果：安全系數(shù)相當(dāng)大123.全壩全過(guò)程有限元仿真的安全評(píng)估(1) 力學(xué)特性：彈性變形、徐變、非線性變形(2) 屈服準(zhǔn)則：混凝土五參數(shù)準(zhǔn)則 巖 體帶抗拉強(qiáng)度的Druker-Prager準(zhǔn)則 節(jié)理、接縫Mohr-Coulumb準(zhǔn)則(3)全壩仿真：拱壩

4、全部壩段，重力壩單個(gè)壩段(4)全過(guò)程仿真：開(kāi)工施工運(yùn)行 氣候變化、溫度控制、接縫開(kāi)合、裂縫、 地應(yīng)力、施工質(zhì)量(5) 荷載：自重、溫度、水壓力、滲流場(chǎng)、地應(yīng)力(6) 反分析：充分利用觀測(cè)資料反算材料熱學(xué)、力學(xué)參數(shù)(7) 安全評(píng)估：超載或降強(qiáng)，非線性計(jì)算至破壞，安全系數(shù)13全過(guò)程有限元仿真安全評(píng)估特點(diǎn)全過(guò)程有限元仿真安全評(píng)估特點(diǎn)充分反映實(shí)際情況充分利用觀測(cè)資料安全評(píng)估結(jié)果符合實(shí)際14基于全過(guò)程仿真的安全評(píng)估與監(jiān)控基于全過(guò)程仿真的安全評(píng)估與監(jiān)控設(shè)計(jì)階段：考慮施工過(guò)程施工階段：全壩、全過(guò)程仿真運(yùn)行階段：反分析+全壩全過(guò)程仿真15設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)階段1.優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 反映：各種復(fù)雜因素 施工過(guò)程2.避免事

5、故 梅花壩 響水壩 柯茵布蘭壩 托拉壩16施工階段施工階段1.了解施工期溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)2.預(yù)報(bào)運(yùn)行期應(yīng)力場(chǎng)3.發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理17運(yùn)行階段運(yùn)行階段安全評(píng)估切合實(shí)際陳村拱壩18;.1920陳村拱壩：陳村拱壩：壩高76.3m，弧長(zhǎng)419m，28個(gè)壩段施工：19581962 19681972完工 1978 加高1.3m缺乏溫控，未冷卻即灌縫水平裂縫：高程105m，長(zhǎng)300m，深5m 高程111.5m，長(zhǎng)200m，深10m壩頂豎向裂縫：深8m基礎(chǔ)：4條大斷層圖7.1.2 陳村大壩整壩網(wǎng)格示意圖 21;.圖7.1.4 陳村拱壩橫縫、施工縫、壩體裂縫單元示意圖 22;.圖7.3.1 夏季上游面主應(yīng)力分布

6、云圖（單位：t/m2） 23;.圖7.3.2 夏季下游面主應(yīng)力分布云圖（單位：t/m2） 24;.圖7.3.3 夏季壩體剖面1應(yīng)力分布云圖（單位：t/m2） 25;.圖7.3.4 冬季上游面主應(yīng)力分布云圖（單位：t/m2） 26;.圖7.3.5 冬季下游面主應(yīng)力分布云圖（單位：t/m2） 27;.圖7.3.6 冬季壩體剖面應(yīng)力分布云圖（單位：t/m2） 28;.MY4 6 8 10 12942 4 6 8 10 12952 4 6 8 10 12962 4 6 8 1012972 4 6 8 10 12982 4 6 8 10 12992 4 6 8 10 12002 4 6 8 10 120

7、12 4 6 8 10 12022 4 6 8 10 12032 4 6 8 10 1204觀測(cè)值計(jì)算值位移圖8 18壩段壩頂徑向位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較圖 29;.圖11.3.35 考慮初應(yīng)力冬季水壓超載結(jié)構(gòu)破壞時(shí)上游面損壞分布圖 30;.圖11.3.36 考慮初應(yīng)力冬季水壓超載結(jié)構(gòu)破壞時(shí)下游面損壞分布圖 31;. (a) 11壩段 (b) 18壩段 (c) 21壩段圖11.3.37 考慮初應(yīng)力冬季水壓超載結(jié)構(gòu)破壞時(shí)11、18、21壩段剖面損壞分布圖 32;.33超載系數(shù)：超載系數(shù)： 考慮應(yīng)力歷史：冬季 1.80 夏季 1.91 不考慮應(yīng)力歷史：2.17 常規(guī)多拱梁計(jì)算：壓應(yīng)力安全系數(shù)12.3

8、4豐滿重力壩34;.35豐滿重力壩：豐滿重力壩：壩高91.7m，全長(zhǎng)1080m19371945，澆89%19481953，復(fù)建無(wú)冷卻縱縫未灌漿，220m以上無(wú)鍵槽施工質(zhì)量低裂縫多176267.7m176267.7m3647壩段施工期溫度和應(yīng)力結(jié)果（ ）施工期最大溫度包絡(luò)圖（ ） 施工期第一主應(yīng)力包絡(luò)圖 (t/m2 )37運(yùn)行期溫度場(chǎng)1990-2005年最低溫度包絡(luò)圖(負(fù)溫) 下游面負(fù)溫區(qū)水平向深約4.5m38運(yùn)行期夏季第一主應(yīng)力等值線壩體內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)，壩體內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)， 縱縫及施工縫縫面局部拉應(yīng)力縱縫及施工縫縫面局部拉應(yīng)力0.2MPa。39運(yùn)行期冬季第一主應(yīng)力等值線壩體表層混凝土受拉，壩體表層混凝土受拉， 局部區(qū)域拉應(yīng)力局部區(qū)域拉應(yīng)力0.8MPa。40縱縫面開(kāi)合狀態(tài) 冬季夏季縱縫在靠近下游面區(qū)域冬季張開(kāi)、夏季閉合，壩體內(nèi)部區(qū)域處于大范圍（70%）的張開(kāi)狀態(tài)。大面積縱縫的張開(kāi)使壩體受力條件惡化，整個(gè)大壩不能整體受力，對(duì)壩體整體性和安全不利。 41設(shè)計(jì)水位地震 縱縫縫面大面積受拉 壩踵出現(xiàn)大面積拉應(yīng)力區(qū)， 最大拉應(yīng)力值約1.0MPa 壩體表層混凝土受拉。 壩踵出現(xiàn)大面積拉應(yīng)力區(qū)， 最大拉應(yīng)力值達(dá)1.2MPa溫升溫降42按規(guī)范計(jì)算：按規(guī)范計(jì)算：材料力學(xué)方法：無(wú)拉應(yīng)力常規(guī)有限元：拉應(yīng)力深度為底寬的0.02倍 規(guī)范0.0