大坝安全监测讲义三 监测资料分析

1、1,大坝安全监测讲义（三）,监测资料分析,卢正超,中国水利水电科学研究院结构材料所,2006,年,8,月,2,监测资料分析,?,1,监测资料分析的目的与意义,?,2,监测资料分析的内容与方法,?,3,监测资料的收集与整理,?,4,监测资料的初步分析,?,4.1,常用的初步分析方法,?,4.2,影响测值的基本因素,?,4.3,安全评价,3,1,监测资料分析的目的与意义,?,（,1,）掌握大坝的运行状态，为安全运用,提供依据,?,大坝的工作条件十分复杂，运用得当可以获,得巨大的效益，疏忽大意发生事故又会带来,严重的后果。在保障安全的前提下合理发挥,工程效益，是对水电站管理的基本要求。,4,1,监测

2、资料分析的目的与意义,?,在水的压力、渗透、侵蚀、冲涮以及温度变,化、干湿循环、冻融交替、泥沙淤积等多种,因素的作用下，大坝不断发生变化。这种变,化一般是缓慢的却又是持续的。它比较隐蔽、,不易察觉，但呈现明显异常时，往往已对安,全产生严重威胁，甚至迅速发展到不可挽救,的地步。因此，必须在平时就对大坝进行长,期、系统的监测，严密监视它的结构状态，,及时发现和分析问题，采取适当的运用和维,修措施，以保持它始终处于安全状态。,5,1,监测资料分析的目的与意义,?,大坝的（老化）破坏存在一个量变到质变的,过程。通过认真的监测、细致的分析，就能,及时发现问题，防患于未然。国内水电站管,理中，有不少成功事

3、例。,?,丰满,?,龙羊峡,?,葛洲坝,6,1,监测资料分析的目的与意义,?,（,2,）检验设计的正确性，修正设计指标,?,由于地质因素、施工、材料等实际情况复杂,多变，以及人们认识的局限性，目前水工设,计难以做到和工程实际相吻合。如：设计荷,载不能准确算出，坝身及基础各部位物理参,数难以精确给出，坝工设计理论不尽完善，,结构破坏机理、安全界限不够清楚准确。,?,因此，必须借助监测资料分析判断大坝实际,情况和设计情况的差别，检验设计是否正确。,7,1,监测资料分析的目的与意义,?,我国许多混凝土坝的观测资料起到了检验设,计和修正设计的作用。,?,东北丰满、云峰采用了实测坝基扬压力取代设计,扬压

4、力图形核算大坝的稳定性；,?,江西上犹江重力坝原设计最高水位,198m,，经过,对历年监测资料分析，确认可以提高到,200m,；,?,河北王快水库根据实测资料发现泄水建筑物过流,能力比设计小,30%,，不能按设计标准应用，运行,中就做了相应降低。,8,1,监测资料分析的目的与意义,?,（,3,）了解各种施工措施对坝的影响，监,督施工质量,?,接缝灌浆,?,混凝土大坝温度控制,9,1,监测资料分析的目的与意义,?,（,4,）为坝工科研提供第一手资料，深化,人们对大坝实际工作情况的认识,?,圣弗朗西斯拱坝,-,混凝土大坝的扬压力问题,?,新丰江,-,水库地震及坝体抗震,?,丰满,-,混凝土冻胀问题

5、,?,官厅水库,-,波浪高度计算公式,10,1,监测资料分析的目的与意义,?,许多情况需要准确的监测资料才能解决：,?,确定大坝安全的临界指标，如最大变形、最大渗,漏、最大扬压力；,?,定量预报水工建筑物的运行状态值，判断结构的,异常迹象，确定异常程度；,?,确定大坝及基础的实际综合物理力学参数及随时,间的变化；,?,等等,11,2,监测资料分析的内容与方法,?,监测资料分析的内容,?,认识规律,?,分析测值的随时间的变化规律，如周期性、趋势、,变化类型、发展速度、变动幅度；分析测值的随,空间分布以了解它在不同部位的特点和差异，掌,握它的分布特点及代表性测点的位置；分析测值,的影响因素以了解各

6、种外界条件及内部因素对所,测物理量的作用程度、主次关系。,?,举列：温度对混凝土重力坝及拱坝的变形影响。,12,2,监测资料分析的内容与方法,?,监测资料分析的内容,?,发现问题,?,从发展过程和分布关系上发现特殊或突出的测值，,联系监测系统状况、承载条件和结构因素进行考,察，了解其是否符合正常变化规律或是否在正常,变化范围以内，分析原因，找出问题。,?,监测系统问题,?,结构问题,13,2,监测资料分析的内容与方法,?,监测资料分析的内容,?,预测变化,?,根据所掌握的规律，预测未来一段时间测值的变,化范围或取值；,?,根据所发现的问题，估计其发展趋势、变化速度,和困难后果。,14,2,监测

7、资料分析的内容与方法,?,监测资料分析的内容,?,判断安全,?,基于对已有测值的分析，判断过去一段时间内坝,的运行状况是否安全正常并对以后可能出现的最,不利条件组合下的大坝安全做出预先估计。,15,2,监测资料分析的内容与方法,?,对监测资料分析的要求,?,充分地利用现场监测的信息，突破“数据丰富、认,识贫乏”困境，正确、深入的认识大坝的工作状态,和测值的变化规律，准确及时地发现问题和做出安,全判断，有效地为运行和设计、施工、科研服务。,?,客观全面，避免主观和片面，力求较正确地反映真,实情况和规律，要把握测值和结构状态的内在规律，,不停留在表面的描述上。对坝存在的较大问题，要,找的准，不漏报

8、、不虚报，要找的及时，在有明显,迹象时就应察觉，在可能带来严重后果之前有明确,的判断。,16,2,监测资料分析的内容与方法,?,对监测资料分析的要求,?,为做好监测资料分析，除要具备数量上充分、,质量上合乎要求的监测数据外，还要详尽占,有坝的勘测、设计、施工、运用资料，掌握,坝址水文、气象、地震等资料；分析人员应,有掌握结构、材料、监测的基础知识，拥有,充分的分析工具。,17,2,监测资料分析的内容与方法,?,监测资料分析的方法,?,定性分析,?,判断趋势性变是否异常。如应变计测值，一般是,温度上升，应变往受压发展，反之，往受拉发展；,混凝土坝，坝顶水平位移一般夏季往上游发展，,冬季往下游发展

9、，坝顶垂直位移则一般夏季往上,抬发展，冬季往下沉发展。,?,定量分析,18,2,监测资料分析的内容与方法,?,监测资料分析的方法,?,定量分析,?,物理模型方法,?,统计模型方法,?,单点回归统计,?,多点回归统计（分布模型）,?,时间序列模型,?,灰色系统,?,混合模型方法,19,2,监测资料分析的内容与方法,?,监测资料分析的方法,?,单项分析与综合分析,?,单项分析：单测点分析，确定测点发展趋势，以,发现测值异常为目标；,?,综合分析：按同一项目的多个测点、相同部位的,不同项目、同一建筑物的相同及不同项目综合，,以发现结构异常，确定异常程度为目标；,20,3,监测资料的收集与整理,?,监

10、测资料的收集与积累,?,监测资料,?,观测成果，包括现场记录、成果计算、成果统计、,曲线图、报表、整编资料、分析报告；,?,监测设计及管理资料，包括监测设计技术文件和,图纸，监测规程、手册，监测措施及计划、总结，,查算图表，分析图表等；,?,监测设备及仪器资料，包括监测设备竣工图，埋,设、安装记录，仪器说明书，出厂证明，检验率,定记录，设备变化及维修、改进记录等。,21,3,监测资料的收集与整理,?,监测资料的收集与积累,?,大坝资料,?,大坝勘测、设计及施工资料，包括坝区地形图、,坝区地质资料，基础开挖竣工图，地基处理资料，,坝工设计及计算资料，大坝的水工模型试验及结,构模型试验资料，大坝材

11、料试验资料，大坝施工,资料，坝体及基础物理性能测定成果；,?,大坝运用、维修资料，包括上下游水位、流量、,气温、降水、冰冻资料，泄洪资料、地震资料，,大坝缺陷检查记录，维修加固记录等。,22,3,监测资料的收集与整理,?,监测资料的整理与整编,?,整理,?,计算。观测数据化为成果数值,?,绘图。过程线，分布图、相关图等。,?,编成果册。,?,整编,?,将长系列监测资料整理并刊印成册,23,4,监测资料分析的初步分析,?,4.1,常用的初步分析方法,?,4.2,影响测值的基本因素,?,（,1,）观测因素,?,（,2,）荷载因素,?,（,3,）结构因素,?,4.3,安全评价,24,4.1,常用的初

12、步分析方法,?,（,1,）,绘制过程线,?,以时间为横坐标，所考察的物理量为纵坐标点绘的,曲线。可检查周期性、最大最小、年或多年变幅、,各时期的变化速率、有无异常突变等。可同时绘出,有关因素如水库水位、气温、填筑过程的过程线，,以了解测值和这些因素的变化是否相适应，周期是,否相同，滞后多长时间，变幅大致比例。可绘制不,同测点或项目的曲线，比较它们之间的联系和差异。,综合过程线。内部仪器过程线。双时间坐标。坐标,比尺缩放。,25,4.1,常用的初步分析方法,?,（,2,）,绘制测值分布图,?,以横坐标表示测点位置，纵坐标表示测值的,曲线。它反映了测值的空间分布。可检查测,值分布规律，最大、最小值

13、的位置，各测点,特别是相邻点间的差异大小。图上还可绘出,有关因素如坝高、弹模等值的分布值，以了,解测值的分布是否和它们相适应。图上也可,绘出同一项目不同测次和不同项目同一测次,的数值分布，以比较其间联系及差异。如视,准线、垂线、廊道纵向扬压力。,26,4.1,常用的初步分析方法,?,（,2,）,绘制测值分布图,?,以横坐标表示测点位置，纵坐标表示测值的,曲线。它反映了测值的空间分布。可检查测,值分布规律，最大、最小值的位置，各测点,特别是相邻点间的差异大小。图上还可绘出,有关因素如坝高、弹模等值的分布值，以了,解测值的分布是否和它们相适应。图上也可,绘出同一项目不同测次和不同项目同一测次,的数

14、值分布，以比较其间联系及差异。,27,4.1,常用的初步分析方法,?,（,3,）,绘制等值线,?,温度等值线,?,位移等值线,?,地下水位等值线,?,应力、应变等值线,28,4.1,常用的初步分析方法,?,（,4,）,绘制相关图,?,以纵坐标表示测值，横坐标表示有关因素（如水库,水位、气温）所绘制的散点加回归线（线性回归、,多项式回归）。它反映了测值和该因素的关系，如,变化趋势、相关密切程度等。各点可按时序相连，,可检查测值变化过程，也称过程相关图。把另一影,响因素值标在点据旁（如在水位,位移相关图上标,出温度值），可检查该因素对测值的影响情况，当,影响明显时，还可绘出该因素等值线，成为复相关

15、,图，表达了两种因素和测值的关系。包络图。,29,4.1,常用的初步分析方法,?,（,5,）特征值统计,?,最大值、最小值、平均值、极差、标准差等；,?,逐年统计,?,多年统计,30,4.1,常用的初步分析方法,?,（,6,）测值比较对照,?,与上次测值向比较，检查是否连续渐变还是突变；,?,与历史最大值最小值比较，检查是否有突破；,?,与历史同条件（水库水位、温度等条件相近）测值,比较，检查差异程度和偏离方向（正或负）。比较,时宜选历史同条件多个测值比较，以避免片面性。,除比较测值外，还应比较变化趋势、变幅是否异常；,?,与相邻测点测值比较，检查它们的差值是否在正常,范围以内，分布情况是否符

16、合历史规律；,31,4.1,常用的初步分析方法,?,（,6,）测值比较对照,?,在相关项目测值之间进行比较，如扬压力和漏水量、,水平位移与挠度、坝顶垂直位移和坝基垂直位移等，,检查是否有不协调的异常现象；,?,与设计计算值、模型试验数据比较，检查变化和分,布趋势是否相近。数值差别有多大，偏大还是偏小；,?,与监控标准比较，判断测值是否正常；,?,和预测值比较，检查出入大小是偏于安全还是偏于,危险。,32,4.2,影响测值的基本因素,?,（,1,）观测因素,?,粗大误差（疏失误差）,?,系统误差,?,偶然误差,33,4.2,影响测值的基本因素,?,（,2,）荷载因素,?,荷载：自重、上、下游水压

17、力、坝基扬压力、浪压,力、泥沙压力、地震作用、冰压力、温度荷载；,?,在大坝建成后的变形及渗流分析中，主要是上下游,水位、温度；,?,在下游水位变幅不大且相对上游水深较小，可只考,虑上游水位和温度变化的影响；,?,水位、温度的影响往往有一过程，滞后现象。扬压,力、漏水滞后现象较明显；,34,4.2,影响测值的基本因素,?,（,2,）荷载因素,?,混凝土坝水位与温度不独立，往往互相影响；,?,混凝土坝，高水位、低温为不利工况；,?,混凝土坝的挡水坝段和溢流坝段工作情况不同，温,度影响各异；,?,发生强烈地震时，大坝变形和渗漏可能有所变化；,?,对于某些坝而言，在一定条件下，某些次要因素可,能成为

18、主要荷载。如寒冷地区的低坝，冰压力有时,占重要地位；多泥沙河流坝前淤积很快时，泥沙压,力可能成为一种主要影响因素。,35,4.2,影响测值的基本因素,?,（,3,）结构因素,?,坝基,?,地质条件。坝基岩石的均匀性、弹模、泊松比、,抗压强度、抗剪强度数值，断层、节理、软弱破,碎带的分布和性质、抗渗性和排水性、边坡稳定,性。,?,基础处理条件。坝基开挖、固结灌浆、帷幕灌浆、,排水、软弱破碎带的处理等。,36,4.2,影响测值的基本因素,?,（,3,）结构因素,?,坝体,?,坝的尺寸和构造，坝体材料的质量和特性，坝在,运用中的变化。,37,4.2,影响测值的基本因素,?,大坝结构条件在各坝段各有不同，在坝建成后基本不变或少变，,而荷载则周期性在变化，因此，大坝观测成果的数值在空间分布,上主要取决于结构条件，在时间发展上主要取决于荷载变化。,?,但荷载在各坝段也不同，对测值的空间分布也会发生影响；同时，,结构条件随着时间的推移总会发生变化，有时甚至是质的变化，,这也不能不影响到测值的过程变化。,?,总之，监测资料分析的任务是“,将各种材料加以去粗取精、去伪,存真、由此及彼、由表及里的思索,”，认识大坝观测数值在空