混凝土坝安全评估与监控方法的改进

1、.混凝土坝安全评估与监控方法的改进.当前矛盾： 建坝规模、高度空前 安全评估方法：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.1.仪器观测不能给出应力场和安全系数1.1 仪器测点太少仪器测点太少总 共：20坝段观测剖面：3个（应变计，温度，渗压计）无 测 点：17个123.3层，每层34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.图1 景洪重力坝三维 仿真计算第一主 应力包络图（MPa）.图2 陈村重力坝18坝段 顺河剖面第一主应 力包络图（MPa）.1.2 应变计有效率较低应变计有效率较

2、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.小结：小结： （1）应变计：很难测出应力场全貌 不能给出安全系数 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、安全系数 （3）安全系数计算：设计规范方法.2. 目前采用的安全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.2.1 现行安全评估方法的缺点现行安全评估方法的缺点（1）没有考虑：施工温度应力、施工

3、过程（2）只 考 虑：坝面水压力 未 考 虑：地基水荷载、地应力、 基础开挖、处理（3）抗滑稳定：只考虑力的平衡 未考虑应力状态、坝与基础相互影（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.评估结果：评估结果：脱离实际 有的工程：质量很差，问题很多 评估结果：安全系数相当大.3.全坝全过程有限元仿真的安全评估(1) 力学特性：弹性变形、徐变、非线性变形(2) 屈服准则：混凝土五参数准则 岩 体带抗拉强度的Druker-Prager准则 节理、接缝Mohr-Coulumb准则(3)全坝仿真：拱坝全部坝段，

4、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) 安全评估：超载或降强，非线性计算至破坏，安全系数.全过程有限元仿真安全评估特点全过程有限元仿真安全评估特点充分反映实际情况充分利用观测资料安全评估结果符合实际.基于全过程仿真的安全评估与监控基于全过程仿真的安全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.设计阶段设计阶段1.优化设计方案 反映：各种复杂因素 施工过程2.避免事故 梅花坝 响水

5、坝 柯茵布兰坝 托拉坝.施工阶段施工阶段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.运行阶段运行阶段安全评估切合实际.陈村拱坝.陈村拱坝：陈村拱坝：坝高，弧长419m，28个坝段施工：19581962 19681972完工 1978 加高缺乏温控，未冷却即灌缝水平裂缝：高程105m，长300m，深5m 高程，长200m，深10m坝顶竖向裂缝：深8m基础：4条大断层.图7.1.2 陈村大坝整坝网格示意图 .图7.1.4 陈村拱坝横缝、施工缝、坝体裂缝单元示意图 .图7.3.1 夏季上游面主应力分布云图（单位：t/m2） .图7.3.2 夏季下游面主应力分布云图（单位：

6、t/m2） .图7.3.3 夏季坝体剖面1应力分布云图（单位：t/m2） .图7.3.4 冬季上游面主应力分布云图（单位：t/m2） .图7.3.5 冬季下游面主应力分布云图（单位：t/m2） .图7.3.6 冬季坝体剖面应力分布云图（单位：t/m2） .MY4 6 8 10 12942 4 6 8 10 12952 4 6 8 10 12962 4 6 8 1012972 4 6 8 10 12982 4 6 8 10 12992 4 6 8 10 12002 4 6 8 10 12012 4 6 8 10 12022 4 6 8 10 12032 4 6 8 10 1204观测值计算值位移

7、图8 18坝段坝顶径向位移计算值与实测值比较图 .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 .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 . (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 .超载系数：超载系数： 考虑应力历史：冬季 夏季 不考虑应力历史： 常规多拱梁计算：压应力安全系数.丰满重力坝.丰满重力坝：丰满重力坝：坝高，全长1080m19371945，浇89%19481953，复建无冷却纵缝未灌浆，220m以上无键槽施工质量低裂缝多176267.

8、7m176267.7m.47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 ).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.运行期夏季第一主应力等值线坝体内部出现拉应力区，坝体内部出现拉应力区， 纵缝及施工缝缝面局部拉应力。纵缝及施工缝缝面局部拉应力。.运行期冬季第一主应力等值线坝体表层混凝土受拉，坝体表层混凝土受拉， 局部区域拉应力。局部区域拉应力。.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，对坝体整体性和安全不利。 .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 坝体表层混凝土受拉。 坝踵出现大面积拉应力区， 最大拉应力值达温升温降.按规范计算：按规范计算：材料力学方法：