混凝土坝安全评估与监控方法的改进

混凝土坝平安评估与监控方法的改进编辑ppt当前矛盾：建坝规模、高度空前平安评估方法：陈旧重力坝，材料力学方法拱坝，多拱梁法抗滑稳定，刚体极限平衡70年前老方法编辑ppt1.仪器观测不能给出应力场和平安系数1.1仪器测点太少总共：20坝段观测剖面：3个〔应变计，温度，渗压计〕无测点：17个123编辑ppt3层，每层3~4测点每点：3、5、7向应变计水工结构书本：应力简单实际应力：复杂原因：分层施工温度变化观测剖面应变计测点编辑ppt图1景洪重力坝三维仿真计算第一主应力包络图〔MPa〕编辑ppt图2陈村重力坝18坝段顺河剖面第一主应力包络图〔MPa〕编辑ppt1.2应变计有效率较低因素：仪器埋设基准值取值自生体积变形仪器维护运行期，应变计有效率较低每点6个应力分量，需6个应变分量反算

7个应变计，坏2支，算不出6个应力分量编辑ppt小结：〔1〕应变计：很难测出应力场全貌不能给出平安系数作用：监控校核〔2〕可用观测资料：变位，温度，场压力不能给出大坝应力场、平安系数〔3〕平安系数计算：设计标准方法编辑ppt2.目前采用的平安评估方法重力坝应力——材料力学法拱坝应力——拱梁分载法抗滑稳定——刚体极限平衡法七、八十年以前的老方法

优点：积累了一定实用经验缺点：不能反映真实应力状态编辑ppt2.1现行平安评估方法的缺点〔1〕没有考虑：施工温度应力、施工过程〔2〕只考虑：坝面水压力未考虑：地基水荷载、地应力、根底开挖、处理〔3〕抗滑稳定：只考虑力的平衡未考虑应力状态、坝与根底相互影〔4〕拱梁分载法采用Vogt系数，太粗糙不能考虑渗流、地应力、断层、节理〔5〕忽略了非线性温差〔6〕不能考虑非线性变形、裂缝、接缝影响编辑ppt评估结果：脱离实际有的工程：质量很差，问题很多评估结果：平安系数相当大编辑ppt3.全坝全过程有限元仿真的平安评估(1)力学特性：弹性变形、徐变、非线性变形(2)屈服准那么：混凝土—五参数准那么岩体—带抗拉强度的Druker-Prager准那么节理、接缝——Mohr-Coulumb准那么(3)全坝仿真：拱坝全部坝段，重力坝单个坝段(4)全过程仿真：开工—施工—运行气候变化、温度控制、接缝开合、裂缝、地应力、施工质量(5)荷载：自重、温度、水压力、渗流场、地应力(6)反分析：充分利用观测资料反算材料热学、力学参数(7)平安评估：超载或降强，非线性计算至破坏，平安系数编辑ppt全过程有限元仿真平安评估特点充分反映实际情况充分利用观测资料平安评估结果符合实际编辑ppt基于全过程仿真的平安评估与监控设计阶段：考虑施工过程施工阶段：全坝、全过程仿真运行阶段：反分析+全坝全过程仿真编辑ppt设计阶段1.优化设计方案反映：各种复杂因素施工过程2.防止事故梅花坝响水坝柯茵布兰坝托拉坝编辑ppt施工阶段1.了解施工期温度场、应力场2.预报运行期应力场3.发现问题，及时处理编辑ppt运行阶段平安评估切合实际编辑ppt陈村拱坝编辑ppt编辑ppt陈村拱坝：坝高76.3m，弧长419m，28个坝段施工：1958～19621968～1972完工1978加高1.3m缺乏温控，未冷却即灌缝水平裂缝：高程105m，长300m，深>5m高程111.5m，长200m，深>10m坝顶竖向裂缝：深>8m根底：4条大断层编辑ppt图7.1.2陈村大坝整坝网格示意图编辑ppt图7.1.4陈村拱坝横缝、施工缝、坝体裂缝单元示意图编辑ppt图7.3.1夏季上游面主应力分布云图〔单位：t/m2〕编辑ppt图7.3.2夏季下游面主应力分布云图〔单位：t/m2〕编辑ppt图7.3.3夏季坝体剖面σ1应力分布云图〔单位：t/m2〕编辑ppt图7.3.4冬季上游面主应力分布云图〔单位：t/m2〕编辑ppt图7.3.5冬季下游面主应力分布云图〔单位：t/m2〕编辑ppt图7.3.6冬季坝体剖面应力分布云图〔单位：t/m2〕编辑ppt图818坝段坝顶径向位移计算值与实测值比较图编辑ppt图11.3.35考虑初应力冬季水压超载结构破坏时上游面损坏分布图编辑ppt图11.3.36考虑初应力冬季水压超载结构破坏时下游面损坏分布图编辑ppt

(a)11坝段(b)18坝段(c)21坝段图11.3.37考虑初应力冬季水压超载结构破坏时11、18、21坝段剖面损坏分布图编辑ppt超载系数：考虑应力历史：冬季1.80夏季1.91不考虑应力历史：2.17常规多拱梁计算：压应力平安系数12.34编辑ppt饱满重力坝编辑ppt饱满重力坝：坝高91.7m，全长1080m1937—1945，浇89%1948—1953，复建无冷却纵缝未灌浆，220m以上无键槽施工质量低裂缝多Ñ176Ñ267.7mÑ176Ñ267.7m编辑ppt47坝段施工期温度和应力结果〔℃〕施工期最大温度包络图〔℃〕施工期第一主应力包络图(t/m2)编辑ppt运行期温度场1990-2005年最低温度包络图(负温)下游面负温区水平向深约4.5m编辑ppt运行期夏季第一主应力等值线坝体内部出现拉应力区，

纵缝及施工缝缝面局部拉应力0.2MPa。编辑ppt运行期冬季第一主应力等值线坝体表层混凝土受拉，

局部区域拉应力0.8MPa。编辑ppt纵缝面开合状态

冬季夏季纵缝在靠近下游面区域冬季张开、夏季闭合，坝体内部区域处于大范围〔70%〕的张开状态。大面积纵缝的张开使坝体受力条件恶化，整个大坝不能整体受力，对坝体整体性和平安不利。编辑ppt设计水位＋地震纵缝缝面大面积受拉坝踵出现大面积拉应力区，最大拉应力值约1.0MPa坝体表层混凝土受拉。坝踵出现大面积拉应力区，最大拉应力值达1.2MPa温升温降编辑ppt按标准计算：材料力学方法：无拉应力常规有限元：拉应力深度为底宽的0.02倍标准<0.07倍抗滑稳定：K=2.82