大坝渗流监测与资料分析.ppt

大坝渗流监测与资料分析,二一二年五月,1 前言,2 大坝渗流安全监测,3 渗流监测资料整编分析,水库数量：全国现有水库86353座，其中大型529座，中型3181座，小型82643座（09年鉴） 建设年代：1950年ICOLD 统计15m以上大坝中国仅 22座，上世纪50-70年代建坝约占93% 地区分布：湘、赣、粤、川、鲁、鄂、滇7省水库数过5000座，占全国61%，湖南11815座为最多 坝型坝高：土石坝占大坝总数的93%，坝高30m 以上的水库9191座，15m以上2.63万,水库数量,1 前言,老化病害严重 工程标准低、质量差（先天不足） 维护不够、老化失修（后天失调） 病险水库较多 3万多座病险水库，占总数40% 老化、水毁、地震等不时新增 大坝风险居高 经济社会发展，水库影响增大 极端气候条件，突发事件影响,突出问题,1 前言,历年溃坝：19542009年56年间全国共发生水库溃坝 3504座，年均62.6座，其中小型3375座（占96%） 过程分布：溃坝高峰在大跃进、文革期间，最多1973年溃556座，改革开放后快速减少，近年低位稳定 重大灾害：1975年河南板桥、石漫滩溃坝，1993年青海沟后溃坝等，极大改变了大坝安全管理发展进程 近期情况：2000-2009年共47座，年均4.7座，近几年是,07年7座，08年1座，09年没有，10年已有8座,水库溃坝,1 前言,渗流问题的重要性 在工程事故统计中，渗流原因所占份额仅次于洪水漫顶，高达3040% 。 因工程质量认识、运用条件变化、技术要求提高，以及保障大坝运行安全和安全管理的需要，对已建坝进行渗流安全评价非常重要。,1 大坝渗流安全概要 1.1 渗流概念,大坝渗流危害 1）土石坝：破坏防渗与排水设施，造成坝基坝体和结构渗流破坏，降低坝坡稳定性。 2）混凝土坝：扬压力降低坝体稳定性，两岸地下水影响坝座和岩体稳定，对坝基和结构造成水化学侵害。 3）此外：过大的渗漏损失减低工程效益。,1 大坝渗流安全概要 1.1 渗流概念,渗流破坏：渗流作用下的孔隙介质结构的改变，又称渗透变形 破坏形式：管涌、流土、冲刷 土的分类：管涌、流土、过渡型，Cu判断 破坏指标：渗透坡降J，J破坏、J允许 破坏判断：直观判断、分析比对,1 大坝渗流安全概要 1.2 渗流破坏,安全：在设计条件下基础和结构不发生渗流破坏，渗流对结构影响是有限和可接受的，并将渗流量控制在可接受的范围内。 控制：“上堵下排”原则，上堵措施有防渗体和防渗结构，下排措施有排水体和反滤保护措施，通过这些措施将大坝渗流控制安全范围。,1 大坝渗流安全概要 1.3 大坝渗流安全与控制,2.1 概述 2.2 巡视检查 2.3 坝体渗流压力观测 2.4 坝基渗流压力观测 2.5 绕坝渗流观测 2.6 渗流量观测,2 大坝渗流安全监测,2 大坝渗流安全监测,相关技术标准： 土石坝安全监测技术规范（SL60-94） 土石坝安全监测资料整编规程（SL169-96） 混凝土坝安全监测技术规范（DL/T5178-2003） 混凝土大坝安全监测技术规范(试行)(SDJ336-89),2.1.2 渗流安全监测项目及要求 必设项目：1）巡视检查 2）渗流量观测 选设项目： 坝体渗流压力 坝基渗流压力 绕坝渗流观测,2 大坝渗流安全监测 2.1 概述,2.1.3 观测项目与观测频次,2 大坝渗流安全监测 2.1 概述,*注：巡视检查不受上述限制，有条件可多做一些巡视检查，尤其是汛期、高水位期、水位升降期应加密频次，加强巡视检查。,2.2.1 巡视检查的重要性 巡视检查是对设备监测在空间和时间不足上的补充，实践表明：很多渗流险情首先是巡视检查发现的，国外经验：大坝安全管理中巡视检查工作非常重要。,2 大坝渗流安全监测 2.2 巡视检查,2.2.2 巡视检查的重点 1）坝体：裂缝、兽洞、蚁穴等影响渗流安全的隐患。 2）下游：散浸、出水点、集中渗水、塌陷隆起等，翻砂冒水、混水等。 3）上游：凹陷、塌坑等，水面漩涡、漏水声等，必要时做水下检查。 4）建筑物接触部位的渗流进出口。,2 大坝渗流安全监测 2.2 巡视检查,2.3.1 观测目的及内容 1）监控观测断面坝体的渗流安全变化。 2）了解防渗排水措施的工作效能。 3）掌握观测断面的坝体压力分布。 4）确定断面上水位线位置。 5）监控穿坝建筑物渗流安全。,2 大坝渗流安全监测 2.3 坝体渗流压力观测,均质坝 斜墙坝 宽心墙坝 窄心墙坝 坝体渗流压力观测布置示意图,2.3.3 观测设备 1）设备有测压管、孔隙水压力计两类。 2）高坝、渗透系数小和压力变幅小的土层不宜测压管，测压管管径不宜大，渗流急变区的花管段不宜长、测点不宜少。 3）观测设备的考证资料要准确，孔口要防雨水，数据采集设备要定期校验。 4）造孔要干钻，反滤和分段止水要可靠。,2 大坝渗流安全监测 2.3 坝体渗流压力观测,2.4.1 观测目的及内容： 1）监控观测断面坝基的渗流安全变化。 2）了解防渗排水措施的工作效能。 3）掌握透水地基的渗压力大小及其分布。 4）监控穿坝建筑物渗流安全。 5）坝基范围包括天然岩土层，深入坝基的防渗排水设施等。,2 大坝渗流安全监测 2.4 坝基渗流压力观测,2.4.2 观测布置 1）横断面布置：取决于地层结构、地质构造，断面数一般不少于 3 个，应顺流线方向布置，或与坝体渗流压力观测断面相重合。 2）观测孔布置：根据建基面轮廓、坝基地质条件、防渗和排水型式，一般不少于3个。 3）观测点布置：一般在不同高程布置 12个。,2 大坝渗流安全监测 2.4 坝基渗流压力观测,2.4.3 观测设备 1）与坝体观测一样，设备有测压管、孔隙水压力计两类，设备选用原则也同。 2）一般选用与坝体观测一样设备，便于观测。一般坝基观测对测压管的限制放宽。,2 大坝渗流安全监测 2.4 坝基渗流压力观测,1）目的：监控结合面渗流安全，了解绕渗对大坝渗流的影响，掌握坝肩地层渗流安全。 2）布置：一般在结合面和外围布置 13 断面，沿结合面和流线方向布置。 3）设备：一样的渗流压力观测设备。,2 大坝渗流安全监测 2.5 绕坝渗流观测,2.6.1 重要性 渗流量是反映渗流场状态的另一大基本要素，是反映渗流安全问题最直观、灵敏和综合的因素，对防渗体工作状况反映最全面及时，很多工程变化在渗流压力观测判断还不够明确时，渗流量反映已相当明显。,2 大坝渗流安全监测 2.6 渗流量观测,2.6.2 观测项目 有流量和水质两个方面观测指标，前者是任何工程等级的工程都应该观测的项目，土石坝更是必不可少。水质观测又可包括透明度、温度和化学成分观测。,2 大坝渗流安全监测 2.6 渗流量观测,2.6.3 观测设备 根据渗流量大小和汇集条件选用方法设备： 1）容积法：流量小于1 L/s 时宜采用容积法。 2）量水堰法：流量在 1300 L/s 之间时宜采用量水堰法。 3）测流速法：当流量大于300 L/s 或受落差限制不能设量水堰时，可用测流速或典型断面水位的方法。,2 大坝渗流安全监测 2.6 渗流量观测,2.6.4 渗流量观测布置原则 1）根据坝型和坝基地质条件、渗漏水出流和汇集条件，及所采用的测量方法等确定。 2）对坝体、坝基、绕渗及导渗 （含减压井和减压沟）的渗流量，应分区、分段进行测量。 3）对明流和潜流尽可能完全测量，有条件的工程宜建截水墙或观测廊道。透水层深厚不能观测是应在下游顺水流方向做地下水位观测。 4）所有集水和量水设施应避免客水干扰。,2 大坝渗流安全监测 2.6 渗流量观测,2.6.5 量水堰的设置注意问题 1）量水堰应设在矩形断面排水沟的直线段，槽底和侧墙不漏水； 2）堰板与侧墙和水流方向垂直，堰板平正，堰口水平； 3）堰上水流为自由出流形式，不受其它（杂物）干扰； 4）量水堰考证资料准确，存档备查。,2 大坝渗流安全监测 2.6 渗流量观测,3.1 简述 3.2 原始资料及考证资料 3.3 观测资料整编 3.4 渗流观测资料分析 3.5 渗流观测综合分析,3 渗流监测资料整编分析,1）渗流监测是监控大坝安全运行的重要内容，通过资料分析才能充分发挥监测作用。 2）通过监测资料分析，及时掌握工程安全状况，进行一定的预测预报。 3）监测资料整编分析是工程管理工作的重要内容，应当制度化。 4）主要内容包括：考证资料，定期整编分析与刊印，遇工程问题或大坝安全鉴定等应全面整理分析监测资料。,3 渗流监测资料整编分析 3.1 简述,1）观测设施考证资料：观测设施布置（平剖面图、数据表格），埋设安装的位置与初始的读数，新的校验测试修正。 2）监测记录考证整理：参数的转换，温度修正，系列化。,3 渗流监测资料整编分析 3.2 原始资料及考证资料,主坝部分测压管考证表（举例）,1）考证资料：观测设施布置（平剖面图），埋设安装位置与初始的读数，新的校验测试修正，观测设施考证表。 2）整理编印：原始数据转换，温度等参数修正。观测数据、过程线关系图等图表编制，刊印成册。,3 渗流监测资料整编分析 3.3 观测资料整编,3.4.1 渗流压力资料分析 按坝体、坝基、绕渗分别整理分析。 1）过程线分析：各测点渗流压力过程线，含上下游水位和降雨。确定并消除迟后时间，剔除差错数据。 2）特定过程线：特定库水位下渗流压力过程线，测点位势过程线。i(P-H2)/(H1-H2)100% 3）相关线：渗流压力与库水位(或上下游水位差)相关线。 4）渗流压力分布：坝体横断面渗流压力（含浸润线位置）分布，坝基渗流压力等势线分布，对比设计浸润线位置。,3 渗流监测资料整编分析 3.4 观测资料分析,3.4.2 渗流量资料分析 渗流量受温度影响，统一折算成10水温渗流量；潜流占有较大比重且有观测的，推求潜流量。 1）过程线分析：各测点渗流量过程线，含上、下游水位和降雨。确定并消除迟后时间，剔除差错数据。 2）特定过程线：特定库水位下渗流量过程线，画引流量过程线。qQ/(H1-H2) 3）相关线：渗流量与库水位（或上下游水位差）相关线。 4）渗流压力分布：坝体横断面渗流压力（含浸润线位置）分布，坝基渗流压力等势线分布，对比设计浸润线位置。,3 渗流监测资料整编分析 3.4 观测资料分析,此外，渗流量分析还有： 1）水质（透明度）变化分析等。 2）渗漏损失分析，渗漏损失是一个相对的问题，主要考量绝对值大小、相对于来水和兴利的关系、总体水资源状况等。,3 渗流监测资料整编分析 3.4 观测资料分析,3.4.3 渗流观测资料统计分析 对渗流压力p、渗流量q等因子可以通过数理统计方法建立与相关因子（如水位h、降雨i、时间t等）之间的统计学关系（统计模型），进而推求两者之间的定量关系，用于对资料的分析解读和预测预报，也是目前大坝监测资料分析中常用的一种方法。p,qf(h)+f(i)+f(t)+c,3 渗流监测资料整编分析 3.4 观测资料分析,渗流压力统计模型（举例）,渗流压力水位的多因子统计模型很多，这里主要考虑上游水位、降水量、时间等因子。统计模型为：,h=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7+a8x8+a9x9+a10x10,式中：1）h为渗流压力水位；2）x1为当日上游水位；3）x2为前1至10日上游水位平均值；4）x3为前11至30日上游水位平均值；5）x4为前31至60日上游水位平均值；6）x5为当日降水量；7）x6为前1日降水量；8）x7为前2日降水量；9）x8为前3日降水量；10）x9为（当日-开始蓄水日期）/365；11）x10为lnx9。,3.4.4 渗流异常分析 1）渗流异常现象（如集中渗水点、散浸范围、渗水透明度）过程分析。 2）异常现象与库水位关