大坝安全监控理论.ppt

大坝安全监控理论 方法与软件系统 大坝安全监控理论 方法与软件系统 专业知识 大坝监测数据整编 监测资料整编是定期或按照上级主管部门要求进行的系统 全面的监测资料整理工作 其工作内容是将大坝安全监测的各种原始数据和有关文字 图表 含影像和图片 等材料进行审查 考证 综合整理成系统化 图表化的监测成果 并汇编刊印成册或制成软盘 大坝安全监控理论 方法与软件系统 一 资料整编的内容 平时资料整理计算 查证原始观测数据的可靠性和准确性 如有异常或疑点应及时复测 确认 如影响工程安全运行 应及时上报主管部门 定期整编刊印在平时资料整理基础上 按规定时段对监测资料进行全面整编 汇编和分析 并附以简要安全分析意见 编印后刊印成册 遵循的原则严肃性 及时性 可靠性 大坝安全监控理论 方法与软件系统 平时资料整理 适时检查各观测项目原始观测数据和巡视检查记录的正确性 准确性和完整性 及时进行观测物理量的转换 填写数据记录表格 随时点绘各观测物理量过程线图 考察和判断测值的变化趋势 随时整理巡查记录 补充或修改有关监测系统及观测设施的变动或检验 校测情况 并相应修改各种考证图表 确保资料的衔接与连续性 大坝安全监控理论 方法与软件系统 定期整编刊印 汇集工程的概况 监测系统布置和各项考证资料 以及巡检的资料和有关报告 文件等 在平时资料整理的基础上 对整编时段内的各项观测物理量按时序进行列表统计和校对 绘制能表示各观测物理量在时间和空间上的分布特征图 以及有关因素的相关关系图 分析观测的变化规律及其对工程安全的影响 并对影响工程安全的问题提出处理意见 对上述资料进行全面复核 汇编 并附以整编说明后 刊印成册 建档保存 大坝安全监控理论 方法与软件系统 二 资料整编的工作流程 监测资料的搜集监测物理量的计算监测数据的补差和光滑填表和绘图原始监测资料的检验和误差分析初步分析和文字报告编写监测资料的检验和审查以及审定编印 大坝安全监控理论 方法与软件系统 三 监测资料的搜集 搜集资料的内容范围 观测数据的采集 现场巡查资料 监测有关的设计资料 监测仪器设备及安装的考证资料 监测仪器附近的施工资料 已有的成果报告 技术警戒值 安全判据及其它技术资料 有关的工程类比资料 规程规范等 大坝安全监控理论 方法与软件系统 四 监测资料的搜集 资料搜集的原则和要求 及时准确 尽可能全面 完整 做好校核工作 严防数据丢失 存储方法简洁 直观 便于保管 归档和查询 目录规范 资料的存储和表示方法 表格图形电子文件和数据库录音录像 大坝安全监控理论 方法与软件系统 五 原始观测资料的检验和处理 原始数据的可靠性检验误差分析和处理过失误差随机误差系统误差粗差判别和处理人工判断法统计分析法 大坝安全监控理论 方法与软件系统 原始数据的可靠性检验 逻辑分析方法作业方法是否符合规定 观测仪器性能是否稳定 各项测量数据物理意义是否合理 是否超过仪器量程和材料的物理限值 检验结果是否在限差以内 监测数据是否符合连续性 一致性 相关性等原则 大坝安全监控理论 方法与软件系统 连续性检验 大坝安全监控理论 方法与软件系统 一致性检验 大坝安全监控理论 方法与软件系统 相关性检验 同类监测量比较相关监测量比较 大坝安全监控理论 方法与软件系统 误差分析和处理 过失误差可直接将其剔除 必要时可根据历史和相邻资料进行补差 随机误差也称偶然误差 总体上服从正态分布 可采用常规误差理论进行分析处理 系统误差可以通过校正仪器来消除 大坝安全监控理论 方法与软件系统 粗差判别和处理 人工判断法包络线法3 法统计回归法 人工判断法是通过与历史的或相邻的观测数据相比较 或通过所测数据的物理意义判断数据的合理性 人工判断的另一方法是作图法 即通过绘制观测数据过程线或监控模型拟合曲线 以确定那些是可能的粗差点 大坝安全监控理论 方法与软件系统 包络线法 利用统计分析或结构分析 将监测物理量分解为各原因量 水压 温度 时效 等分效应之和 用实测或预估方法确定各原因量分效应的极大 极小值 即可得监测物理量的包络线 大坝安全监控理论 方法与软件系统 3 法 连续三次观测的测值 第i次观测的跳动值 跳动值的均值 方差和相对跳动特征 判别准则 qi 3 大坝安全监控理论 方法与软件系统 六 监测物理量的计算 物理量转换电阻式差动电阻式差动电容式 差动电感式振弦式需要进行初值校正和基点校正的测点混凝土应力计算基准值的确定丢失初值的估算 大坝安全监控理论 方法与软件系统 正垂线 大坝安全监控理论 方法与软件系统 倒垂线 大坝安全监控理论 方法与软件系统 引张线 大坝安全监控理论 方法与软件系统 前方交会 大坝安全监控理论 方法与软件系统 三点式裂缝计 大坝安全监控理论 方法与软件系统 测斜仪 大坝安全监控理论 方法与软件系统 静力水准 大坝安全监控理论 方法与软件系统 静力水准 大坝安全监控理论 方法与软件系统 量水堰 三角堰梯形堰无侧向收缩矩形堰 大坝安全监控理论 方法与软件系统 混凝土应力计算 监测方法总变形 应变计非应力变形量 无应力计坝体应变 总变形 非应力变形量坝体应力 应变换算成徐变应力计算方法变形法 直接利用徐变试验求得的变形资料进行计算 松弛法 首先利用徐变资料算出松弛系数进行计算 大坝安全监控理论 方法与软件系统 基准值的确定 以初始值为基准值 如建筑物水平位移等取首次测值为基准值以某次观测值为基准值 如差阻式钢筋计 应变计等 大坝安全监控理论 方法与软件系统 初值的估算 丢失初值指在仪器埋设和测取初始值时 已发生相当大的变形 渗流或应力应变 初始值的估算应注意的问题是 必须查明所丢失初值的各种相关情况 正确理解不同结构物的性态机理 初始值估算的方法数值计算方法工程类比法试验方法 大坝安全监控理论 方法与软件系统 监测数据的补差和修匀 监测数据的补差全段拉格朗日一次插值法全段拉格朗日二次插值法监测数据的修匀三点移动平均法高斯平滑法 大坝安全监控理论 方法与软件系统 A 监测数据的补插 全段拉格朗日一次插值法全段拉格朗日二次插值法 大坝安全监控理论 方法与软件系统 B 监测数据的修匀 三点移动平均法中央点的修匀值起测点的修匀值终测点的修匀值 大坝安全监控理论 方法与软件系统 B 监测数据的修匀 高斯平滑法 大坝安全监控理论 方法与软件系统 七 填表和绘图 报表定期报表不定期报表绘图过程线分布图相关图 监测仪器 测点情况表监测作业情况表监测数据报表 大坝安全监控理论 方法与软件系统 分布图 大坝安全监控理论 方法与软件系统 相关图 大坝安全监控理论 方法与软件系统 八 监测资料的初步分析 异常1 变化趋势突然加剧或变缓 或发生逆转 如从正向增长变为负向增长 而从已知的原因量变化不能作出解释 大坝安全监控理论 方法与软件系统 八 监测资料的初步分析 异常2 出现与已知原因量无关的变化速率 大坝安全监控理论 方法与软件系统 八 监测资料的初步分析 异常3 出现超过历史极值 最大值 最小值 设计计算值 安全监控限值或数学模型预报值 大坝安全监控理论 方法与软件系统 九 文字报告编写 工程概况测点情况数据整理测值变化规律与特征简单的计算分析结果发展趋势与预测比较和判别评价与建议 大坝安全监控理论 方法与软件系统 十 成果的审核及审定编印 资料相关监测资料的收集和分类汇总各类监测资料的检验和审查资料的审定编印资料整编的要点 大坝安全监控理论 方法与软件系统 相关监测资料的收集和分类汇总 工程资料 勘测 设计 科研 施工 竣工 监理 验收 维护等方面的资料 仪器资料 仪器结构 测点布置 仪器埋设的原始记录和考证资料 仪器损坏 维修和改装情况 以及其它与之相关的文字图表资料 监测资料 人工巡查 监测原始记录 物理量计算结果及各种图表 与监测和测点有关的地质 水文 气象以及地震资料 不同时期对监测资料分析预测的结果和结论 相关资料 文件和批文 合同 总结 咨询 事故和处理 监测资料管理 仪器设备管理等方面的文字及图表资料 大坝安全监控理论 方法与软件系统 各类监测资料的检验和审查 审核资料的完整性 检查是否遗漏了某些重要方面的资料 资料中是否已经有遗失和损坏等 是否需要补充新的资料 审核资料的正确性和可靠性 逻辑审查 即根据知识 经验和理论审核资料的内容是否合理 是否符合实际情况 从不同资料得到的结果是否存在矛盾 所使用的公式和理论是否正确 合理 出现在不同资料中的同一数据是否一致等 技术审核 即检查是否有错误和疏漏 例如审核图表和文字中所引用数据 包括数值 正负 小数点和单位换算等 图表的内容和单位 坐标轴的单位和刻度 大坝安全监控理论 方法与软件系统 资料的审定编印 内容 资料分类 编组和汇总 报告编写 编印 注意事项 整编时资料应按不同的标志进行分组 以便保存 管理和调用 按资料的性质可分为 原始资料 未经加工并将保持不变的资料 和综合资料 经过加工的资料 整编报告应着重于对工程状况整体性的把握 不仅包括对个别仪器和分散的数据进行分析 更重要的是要考虑发展的全过程 以及在此过程中诸多因素的影响 考虑从所有仪器和测点在各个时期得到的数据之间的联系 以及从资料中综合反映出来的本质特征 大坝安全监控理论 方法与软件系统 十一 监测资料整理的计算机化 计算机进行监测资料整理的基本要求数据的组织管理及存档报表 绘图以及文字报告的计算机实现实现计算机进行监测资料整理的方式 大坝安全监控理论 方法与软件系统 计算机进行监测资料整理的基本要求 具有监测资料数据库的建库 管理和维护功能 包括各种资料的录入 修改 删除 文件备份及整理 检索查询 数据的内外交换等 具有全套监测资料整理作业功能 从原始数据采集 物理量计算 图表绘制 数据处理 初步分析 异常值识别和文件编辑等 具有良好的人机界面 完善的联机帮助等 大坝安全监控理论 方法与软件系统 观测资料的存档 存档永久保存的资料有 仪器资料 观测原始记录 观测的月 季和年报表 计算机中不同时期观测数据的备份 大坝安全监控理论 方法与软件系统 数据的组织和管理 原始数据与物理量数据 计算数据 的分离数据表结构的统一分组存放数据建立临时数据表建立索引表严格数据表的管理 大坝安全监控理论 方法与软件系统 绘图功能的要求和注意事项 常规绘图功能 分段选择绘图数据 曲线局部放大 提供数据捕捉功能 多输出接口 打印输出设置灵活 大坝安全监控理论 方法与软件系统 报表和文字报告的计算机实现 计算机生成报表利用通用的制表程序实现 利用数据处理系统的通用制表功能实现 利用数据处理系统的专用制表功能实现 计算机生成文字报告 大坝安全监控理论 方法与软件系统 计算机进行资料整理的实现 直接采用制表软件 EXCEL购置或开发监测资料整理数据库软件系统系统是否经过鉴定 是否被实际使用过 通用性和适用范围 使用上的方便性 开放性 是否提供详细的用户手册 理论文本 专业知识 原型监测资料分析 概述大坝及坝基安全监控模型体系常规函数关系模型预测模型新型模型大坝及坝基的反分析理论和方法反演分析反馈分析 大坝安全监控理论 方法与软件系统 1 1资料分析的方法和技术路线 技术路线 方法 比较法统计分析法物理分析方法 大坝安全监控理论 方法与软件系统 1 2分析内容和步骤 评估大坝的工作性态 资料分析及结构性态分析 应用数学模型分析资料分析巡视检查资料分析坝体的整体性判断防渗排水设施的效能校核大坝稳定性 初分析 绘制曲线和图形分析监测物理量的时空变化规律检验原始数据的可靠性特征值统计和分析异常值判断分析监测物理量变化规律的稳定性 大坝安全监控理论 方法与软件系统 2 大坝及坝基安全监控模型体系 大坝安全监控理论 方法与软件系统 2 1统计数学及统计模型 回归分析法 变形监测量的统计模型 应力应变观测量的统计模型 渗流观测量的统计模型 位移单测点统计模型位移时空分布模型裂缝开合度统计模型 扬压力渗流量两岸地下水浸润线 大坝安全监控理论 方法与软件系统 回归分析法 基本原理估计回归系数的方法多元回归逐步回归差值回归加权回归正交回归 大坝安全监控理论 方法与软件系统 回归分析法 多元回归 样本 最小二乘法 基本思想 将影响因变量的所有自变量纳入回归方程中 用每个因子的偏回归平方和考察对因变量的影响 存在的问题 当因子过多时 往往使法方程的回归系数的矩阵出现病态 而无法求解或所得回归方程的精度不高 大坝安全监控理论 方法与软件系统 回归分析法 逐步回归分析法 基本思想 对因变量作用显著的因子开始 并从大到小依次逐步引入回归方程 基本步骤 当后面的因子引入使前面已引入回归方程中的因子不显著时 就将其剔除 在引入与剔除因子的每一步都作统计检验 使回归方程只含有显著因子 最佳回归方程 大坝安全监控理论 方法与软件系统 回归分析法 差值回归法 针对的问题 因子之间相关 基本原理 使各个自变量的因子始终保持在相对独立的前提条件下进行回归计算 基本步骤 在实测资料中扣除相同水位 或水深 的水压 或水位 分量 使只保留温度和时效影响的自变量 并作出回归分析 建立剩余位移与水压 或水位 相关的回归模型 将两个回归模型相加 得到差值回归模型 大坝安全监控理论 方法与软件系统 回归分析法 差值回归法 大坝安全监控理论 方法与软件系统 回归分析法 其它方法 加权回归法 为了重点考虑精度较高的监测资料或者必须考虑某个因子对因变量的作用时 为此 在回归分析时对这些资料或因子赋以较大权 使所建回归模型中保留这些资料或因子 正交多项式回归法 法方程组易于病态 为了提高求解的稳定性 采用正交法和镜像映射法 使法方程的系数矩阵中 仅保留主对角线的项 其他为零 大坝安全监控理论 方法与软件系统 混凝土坝变形测点的统计模型 变形测点或空间位移场的位移 大坝安全监控理论 方法与软件系统 混凝土坝变形测点的统计模型 水压分量 大坝安全监控理论 方法与软件系统 混凝土坝变形测点的统计模型 温度分量 大坝安全监控理论 方法与软件系统 混凝土坝变形测点统计模型 时效 裂缝分量 时效分量 指数函数 双曲函数 多项式 对数函数和线性函数等 裂缝分量 大坝安全监控理论 方法与软件系统 混凝土坝变形测点的统计模型 回归模型 方法 回归分析法 回归模型 因子的回归系数 因子之间的简单相关系数 复相关系数 标准差和显著性水平等 用途 评价模型的可靠性 评价大坝及坝基的变形性态 监控大坝及坝基变形性态 单点模型的不足 基本没有反映坝体和坝基的整体作用 用单测点模型反演的参数也不完全代表坝体和坝基的实际参数 大坝安全监控理论 方法与软件系统 2 2确定性模型和混合模型 出发点 当监测资料不包括荷载发生的极值或监测资料较短时 从力学概念上解析大坝及坝基的结构性态 基本原理 主要分量由有限元分析 计算各个分量时考虑极限荷载工况 确定性模型 水压 温度用FEM计算 时效分量用FEM计算或用统计模型 混合模型 水压用FEM计算 其它分量用统计模型 3 大坝及坝基的反分析理论和方法 大坝安全监控理论 方法与软件系统 3 1概述 反演分析 依据监测资料正分析的成果 应用计算力学 结构和渗流FEM等 反求计算参数 计算模型及其计算成果等 以校准影响计算精度的主要因素 大坝安全监控理论 方法与软件系统 3 1概述 反馈分析 融合正分析与反演分析的成果 通过对大坝及坝基设计 施工和运行中遇到的问题进行计算力学和理论分析 从中寻找某些信息和规律 及时反馈到设计 施工和运行中 从而优化设计 施工和运行 大坝安全监控理论 方法与软件系统 3 2大坝及坝基计算参数的反演分析 变形参数混凝土坝的坝体弹性模量 坝基和库盘基岩的变形模量 大坝及坝基的粘弹性参数 土石坝的Duncan Chang模型的参数和徐变度 断裂参数断裂韧度纵缝等价摩擦系数热力学参数导温系数 导热系数线膨胀系数等渗流参数坝体混凝土的渗流扩散系数和湿胀应力土石坝防渗体的渗透系数 大坝安全监控理论 方法与软件系统 反演分析模型 核心思想 坝体混凝土的弹性模量 坝基和库盘岩体的变形模量仅与水压分量有关 由变形测点建立的反演模型由位移时空分布建立的反演模型 大坝安全监控理论 方法与软件系统 库盘基岩的模量反演 库盘基岩的分区变形模量利用库岸的沉陷监测资料 用大范围有限元模型计算不同水位时在沉陷测点的沉陷量 实测值与计算值进行最佳拟合 库盘基岩的综合变形模量坝基的倾斜监测资料 基于分区变形模量的有限元计算值 大坝安全监控理论 方法与软件系统 坝基基岩的变形模量反演 用建基面高程附近测点的实测位移进行反演 用近坝区有限元模型计算不同水位时 在该点的位移 用大范围有限元计算不同水位时 在该点由库盘变形引起的位移 由监控模型分离出水压分量 反演模型 大坝安全监控理论 方法与软件系统 坝体混凝土的弹性模量反演 由测点监控模型或位移时空分布模型中分离的水压分量中扣除由于基岩和库盘变形引起的位移 用近坝区有限元模型计算不同水位时 在该点的位移 反演模型 大坝安全监控理论 方法与软件系统 反演应注意的几个关键问题 反演坝体 坝基 库盘等的模量时 必须只包括相应的坝体 坝基和库盘变形引起的位移 用高水位的实测位移资料反演 当位移监测资料建立的监控模型中的因子之间相关时 应特别处理 混凝土坝的混凝土泊松比对位移影响小 可忽略不计 大坝安全监控理论 方法与软件系统 3 3大坝及坝基施工期反馈分析 反馈分析内容根据埋设的温度计 应力应变计和测缝计等实测资料 反馈温控措施和浇筑方案等 根据接缝灌浆资料 评价灌浆效应 反馈灌浆措施 根据开挖过程中地应力的资料 反馈基础开挖和加固的方案 反馈方法收集工程设计和施工的有关资料以及以上监测