混凝土坝安全评估与监控方法的改进

1、混凝土坝平安评价与监控方法的改良.当前矛盾： 建坝规模、高度空前 平安评价方法：陈旧 重力坝，资料力学方法 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123.3层，每层34测点每点：3、5、7向应变计水工构造书本：应力简单实践应力：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 要素：仪器埋设 基准值取值 自生体积变

2、形 仪器维护 运转期，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： 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：设计规范方法.2. 目前采用的平安评价方法重力坝应力资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：积累了一定适用阅历 缺陷：不能反映真实应力形状.2.1 现行平安评价方法的缺陷1没有思索：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、处置3抗滑稳

3、定：只思索力的平衡 未思索应力形状、坝与根底相互影4拱梁分载法采用Vogt系数，太粗糙 不能思索渗流、地应力、断层、节理5忽略了非线性温差6不能思索非线性变形、裂痕、接缝影响.评价结果：脱离实践 有的工程：质量很差，问题很多 评价结果：平安系数相当大.3.全坝全过程有限元仿真的平安评价(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：开工施工运转 气候变化、温度控制、接缝开合、裂痕、 地应力、施工质量(5)

4、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资料热学、力学参数(7) 平安评价：超载或降强，非线性计算至破坏，平安系数.全过程有限元仿真平安评价特点充分反映实践情况充分利用观测资料平安评价结果符合实践.基于全过程仿真的平安评价与监控设计阶段：思索施工过程施工阶段：全坝、全过程仿真运转阶段：反分析+全坝全过程仿真.设计阶段1.优化设计方案 反映：各种复杂要素 施工过程2.防止事故 梅花坝 响水坝 柯茵布兰坝 托拉坝.施工阶段1.了解施工期温度场、应力场2.预告运转期应力场3.发现问题，及时处置.运转阶段平安评价切合实践.陈村拱坝.陈村拱坝：坝高76.3m，弧长41

5、9m，28个坝段施工：19581962 19681972完工 1978 加高1.3m缺乏温控，未冷却即灌缝程度裂痕：高程105m，长300m，深5m 高程111.5m，长200m，深10m坝顶竖向裂痕：深8m根底：4条大断层.图7.1.2 陈村大坝整坝网格表示图 .图7.1.4 陈村拱坝横缝、施工缝、坝体裂痕单元表示图 .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：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/m

6、2 .图7.3.6 冬季坝体剖面应力分布云图单位：t/m2 .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 思索初应力冬季水压超载构造破坏时上游面损坏分布图 .图11.3.36 思索初应力冬季水压超载构造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 思索初应力冬季水压超载构造破坏时11、18、21坝段剖面损坏分布图 .超载系数： 思索应力历史：冬季 1.80 夏季 1.91 不思索应力历史：2.17 常规多拱梁计算：压应力平安系数12.34.丰满重力坝.丰满重力坝：坝高91.7m，全长1080m19371945，浇89%

7、19481953，复建无冷却纵缝未灌浆，220m以上无键槽施工质量低裂痕多176267.7m176267.7m.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 ).运转期温度场1990-2005年最低温度包络图(负温) 下游面负温区程度向深约4.5m.运转期夏季第一主应力等值线坝体内部出现拉应力区， 纵缝及施工缝缝面部分拉应力0.2MPa。.运转期冬季第一主应力等值线坝体表层混凝土受拉， 部分区域拉应力0.8MPa。.纵缝面开合形状 冬季夏季纵缝在接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%的张开形状。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。 .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.按规范计算：资料力学方法：无拉应力常规有限元：拉应力深度为底宽的0.02倍 规范0.07倍抗滑稳定：K=