混凝土壩安全評(píng)估與監(jiān)控方法的改進(jìn)

1、混凝土壩平安評(píng)價(jià)與監(jiān)控方法的改良.當(dāng)前矛盾： 建壩規(guī)模、高度空前 平安評(píng)價(jià)方法：陳舊 重力壩，資料力學(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.1.儀器觀測(cè)不能給出應(yīng)力場(chǎng)和平安系數(shù)1.1 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)123.3層，每層34測(cè)點(diǎn)每點(diǎn)：3、5、7向應(yīng)變計(jì)水工構(gòu)造書本：應(yīng)力簡(jiǎn)單實(shí)踐應(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).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.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.1.2 應(yīng)變計(jì)有效率較低 要素：儀器埋設(shè) 基準(zhǔn)值取值 自生體積變

2、形 儀器維護(hù) 運(yùn)轉(zhuǎn)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.小結(jié)： 1應(yīng)變計(jì)：很難測(cè)出應(yīng)力場(chǎng)全貌 不能給出平安系數(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)、平安系數(shù) 3平安系數(shù)計(jì)算：設(shè)計(jì)規(guī)范方法.2. 目前采用的平安評(píng)價(jià)方法重力壩應(yīng)力資料力學(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)：積累了一定適用閱歷 缺陷：不能反映真實(shí)應(yīng)力形狀.2.1 現(xiàn)行平安評(píng)價(jià)方法的缺陷1沒有思索：施工溫度應(yīng)力、施工過程2只 考 慮：壩面水壓力 未 考 慮：地基水荷載、地應(yīng)力、 根底開挖、處置3抗滑穩(wěn)

3、定：只思索力的平衡 未思索應(yīng)力形狀、壩與根底相互影4拱梁分載法采用Vogt系數(shù)，太粗糙 不能思索滲流、地應(yīng)力、斷層、節(jié)理5忽略了非線性溫差6不能思索非線性變形、裂痕、接縫影響.評(píng)價(jià)結(jié)果：脫離實(shí)踐 有的工程：質(zhì)量很差，問題很多 評(píng)價(jià)結(jié)果：平安系數(shù)相當(dāng)大.3.全壩全過程有限元仿真的平安評(píng)價(jià)(1) 力學(xué)特性：彈性變形、徐變、非線性變形(2) 屈服準(zhǔn)那么：混凝土五參數(shù)準(zhǔn)那么 巖 體帶抗拉強(qiáng)度的Druker-Prager準(zhǔn)那么 節(jié)理、接縫Mohr-Coulumb準(zhǔn)那么(3)全壩仿真：拱壩全部壩段，重力壩單個(gè)壩段(4)全過程仿真：開工施工運(yùn)轉(zhuǎn) 氣候變化、溫度控制、接縫開合、裂痕、 地應(yīng)力、施工質(zhì)量(5)

4、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)資料反算資料熱學(xué)、力學(xué)參數(shù)(7) 平安評(píng)價(jià)：超載或降強(qiáng)，非線性計(jì)算至破壞，平安系數(shù).全過程有限元仿真平安評(píng)價(jià)特點(diǎn)充分反映實(shí)踐情況充分利用觀測(cè)資料平安評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)踐.基于全過程仿真的平安評(píng)價(jià)與監(jiān)控設(shè)計(jì)階段：思索施工過程施工階段：全壩、全過程仿真運(yùn)轉(zhuǎn)階段：反分析+全壩全過程仿真.設(shè)計(jì)階段1.優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 反映：各種復(fù)雜要素 施工過程2.防止事故 梅花壩 響水壩 柯茵布蘭壩 托拉壩.施工階段1.了解施工期溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)2.預(yù)告運(yùn)轉(zhuǎn)期應(yīng)力場(chǎng)3.發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處置.運(yùn)轉(zhuǎn)階段平安評(píng)價(jià)切合實(shí)踐.陳村拱壩.陳村拱壩：壩高76.3m，弧長(zhǎng)41

5、9m，28個(gè)壩段施工：19581962 19681972完工 1978 加高1.3m缺乏溫控，未冷卻即灌縫程度裂痕：高程105m，長(zhǎng)300m，深5m 高程111.5m，長(zhǎng)200m，深10m壩頂豎向裂痕：深8m根底：4條大斷層.圖7.1.2 陳村大壩整壩網(wǎng)格表示圖 .圖7.1.4 陳村拱壩橫縫、施工縫、壩體裂痕單元表示圖 .圖7.3.1 夏季上游面主應(yīng)力分布云圖單位：t/m2 .圖7.3.2 夏季下游面主應(yīng)力分布云圖單位：t/m2 .圖7.3.3 夏季壩體剖面1應(yīng)力分布云圖單位：t/m2 .圖7.3.4 冬季上游面主應(yīng)力分布云圖單位：t/m2 .圖7.3.5 冬季下游面主應(yīng)力分布云圖單位：t/m

6、2 .圖7.3.6 冬季壩體剖面應(yīng)力分布云圖單位：t/m2 .圖8 18壩段壩頂徑向位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較圖 .圖11.3.35 思索初應(yīng)力冬季水壓超載構(gòu)造破壞時(shí)上游面損壞分布圖 .圖11.3.36 思索初應(yīng)力冬季水壓超載構(gòu)造破壞時(shí)下游面損壞分布圖 . (a) 11壩段 (b) 18壩段 (c) 21壩段圖11.3.37 思索初應(yīng)力冬季水壓超載構(gòu)造破壞時(shí)11、18、21壩段剖面損壞分布圖 .超載系數(shù)： 思索應(yīng)力歷史：冬季 1.80 夏季 1.91 不思索應(yīng)力歷史：2.17 常規(guī)多拱梁計(jì)算：壓應(yīng)力平安系數(shù)12.34.豐滿重力壩.豐滿重力壩：壩高91.7m，全長(zhǎng)1080m19371945，澆89%

7、19481953，復(fù)建無(wú)冷卻縱縫未灌漿，220m以上無(wú)鍵槽施工質(zhì)量低裂痕多176267.7m176267.7m.47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 ).運(yùn)轉(zhuǎn)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)程度向深約4.5m.運(yùn)轉(zhuǎn)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)， 縱縫及施工縫縫面部分拉應(yīng)力0.2MPa。.運(yùn)轉(zhuǎn)期冬季第一主應(yīng)力等值線壩體表層混凝土受拉， 部分區(qū)域拉應(yīng)力0.8MPa。.縱縫面開合形狀 冬季夏季縱縫在接近下游面區(qū)域冬季張開、夏季閉合，壩體內(nèi)部區(qū)域處于大范圍70%的張開形狀。大面積縱縫的張開使壩體受力條件惡化，整個(gè)大壩不能整體受力，對(duì)壩體整體性和平安不利。 .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.按規(guī)范計(jì)算：資料力學(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0.07倍抗滑穩(wěn)定：K=