安全工程概论(郑东健)

安全工程概论－安全监测技术与方法郑东健zhengdj@一水工建筑物安全监控的发展和教训1830～1838年，法国，格罗斯博斯坝根据观测指导施工1891年，德国埃施巴赫混凝土重力坝开始变形观测1903年，美国对布恩顿重力坝进行温度观测1908～1909，澳大利亚在拱坝进行变形观测1919～1920，瑞士布置了世界上第一座永久观测仪器的拱坝20世纪50年代，中国开始研制大应变计（差阻式－卡尔逊仪器），70年代，垂线、引张线，激光照准现在：GPS、光纤、激光三维、声发射（一）发展（二）工程教训1、法国马尔帕赛双曲拱薄拱坝坝高60m，底宽6.26m，顶宽1.5m，修建在片麻岩上。1959年12月2日，当水库接近满库时45分钟内坝体突然崩溃。500名士兵丧生，下游10km一城镇变成废墟。2、四川永川县陈食水库坝基渗漏在坝基附近岸坡坡脚处，风化泥岩中发育一组与岸坡走向平行的陡倾斜卸荷裂隙，有的开口达20cm之大，渗漏造成的。

3、梅山连拱坝坝肩破裂

1962年右岸大量漏水，大坝三天内向左岸倾斜57.2mm，向下游位移9.4mm，右岸各坝垛出现大量裂缝。

坝高267m，是当时世界上最高的双曲拱坝。库区蓄水后，山体突然以高达25－30m/s的速度下滑，近2亿方土石迅速淤满水库，掀起高过坝顶100余米的涌浪，冲毁下游3km处的村镇，造成3000人死亡，水库变为石库。4、意大利瓦依昂水库滑坡5、鲍尔德温山水库的溃决

库区距一知名的大断裂带仅300m，有几条小断层从库底下穿过。水沿断层渗透使地基中的粉砂岩、细砂岩受到潜蚀，潜蚀洞穴塌陷造成坝体突然溃决。6、滑坡1972年夏天，香港半山区一座27层大楼因变坡滑动倒塌，并切断一座大楼和一片房屋。1989年1月10日在中国云南漫湾水电站大坝坝肩开挖过程中发生的滑坡，耗资近亿元治理，150万kW的水电站推迟发电近一年，损失巨大。

1981年雨季宝成铁路共发生滑坡289处，中断行车2个多月抢建费用达2.56亿元。

抚顺西露天矿自1914年投产以来为保持边坡稳定共剥离岩石1亿方。天生桥二级电站闸首滑坡宝成铁路K190段滑坡1972年发生于香港岛半山区的滑坡长江大堤江西马湖滑坡7、板桥水库和石漫滩水库等五十八座中小型水库溃坝

1975年河南板桥水库垮坝，打捞到的尸体10万多具，后续因缺粮、感染、传染引起的死亡14万，共24万多人死亡。（据说在discovery中为“10toptechnologicalcatastropheintheworld”），官方为2.6万。8、青海沟后水库截止1980年全世界（不包括中国）已建成15m以上大坝16000余座，年均溃坝1～2座，死亡133人.由此得出年均每座坝的死亡人数为0.0083人（这一统计包括了较早年代的资料）.目前，我国已建坝约85000余座，若也按该标准要求，则年均溃坝死亡人数应不超过85人.实际上，我国大坝安全似未达到这一水准.在1954～1990年间，湖南省共建大坝12820座，垮坝292座，死亡681人。监测应用实例1981年8月，龙羊峡与150年特大洪水，依靠围堰混凝土心墙48支观测仪器，决定加高围堰4m抗洪。1985年6月，长江三峡新滩，监测预警，大滑坡2000万方，安全撤离，无一伤亡。洪门、南水、大洪河3座水电厂，经监测分析和补强加固，提高汛前水位，每年增加电能5700万kw.h。1998年凤滩、五强溪、柘溪三座水库在防洪关键时刻，经监测分析预测，多拦蓄洪峰洪量27亿方，相当于洞庭湖高水位时1m库容。柘林水库，经实时监测下，超过历史最高水位1.32m运行，为保证京九高速公路和京九铁路安全，起到关键作用1.工程安全信息采集系统2.工程安全信息分析评价系统变形监测渗流监测应力监测水文及水力学监测地震监测信息管理系统分析评价系统决策支持系统专家系统二安全监测系统组成（一）信息采集系统1.确定性（量化）信息（1）变形监测水平位移垂直位移挠度倾斜接缝及裂缝扬压力渗流压力孔隙压力绕坝渗流地下水位渗流量水质监测（2）渗流监测2.不确定性（模糊）信息原因量（荷载、环境）变形渗流应力水文及水力学地震常规监测爆破松动塑性变形锚杆灌浆饱合度（砂浆粘结锚杆）岩土体及材料物理力学特性岩体声发射、电阻率、声速有害气体和放射性岩体松动范围水文及水力学监测流速动水压力空化掺气雾化冲刷调压井水位专项监测地震监测位移速度加速度动空隙水压力动应变、应力动水压力地壳变形专项监测(1)差动电阻式（卡尔逊仪器）

(2)钢弦式利用仪器内部的弹性钢丝作为传感元件。钢丝受到拉力作用将产生弹性变形，其变形与电阻变化之间有如下关系：传感器敏感元件为一跟金属丝（称钢弦或弦），利用钢弦的自振频率与钢弦张紧力的关系测得物理量。差动电阻式钢弦式电感式电阻应变片式电容式压阻式－固体受力后，电阻（率）发生变化。司服加速度计式等(3)电感式一种变磁阻式传感器，利用线圈的电感的变化进行测量。通过衔铁和铁芯之间的空气隙变化，引起磁路中磁阻变化，从而引起线圈电感变化。(4)电阻应变片式将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。金属导体的电阻随所受到的机械变形大小而变化。（1）变形监测位移－水平、垂直、转动、洞身收敛等沉陷－地表、地中、分层、地基等其他－隆起、挠度、缝位移、自生体积、温度、膨胀、岩爆等方法：（1）经纬仪、水准仪、电子测距仪激光准直仪。（2）埋设仪器视准线法水平位移观测方法前方交会法引张线法引张线测点正垂线垂线法白山拱坝正垂线倒垂线垂直位移观测方法固定连通管式（2）渗流监测压力或水位：测压管、渗压计、压力表、测深锤渗流量：量水堰、量杯水质：混浊度、化学成分（3）应（压）力监测采用应力应变计（组）、压应力计、基岩变形计、位移计、收敛仪、无应力计、钢筋计、钢板计、土压力计、围岩压力、锚杆（索）等观测。2.不确定性（模糊）信息(1)现场巡查（巡视检查）（2）现场检测日常检查年度检查特别检查时间、路线和检查程序汛期检查特大洪水、地震、安全事故检查方法：锤、钎、钢尺、放大镜、望远镜、量杯、石蕊纸、回弹仪、照相机、录像机、闭路电路、潜水员等。采用无损探测方法，包括探地雷达、电磁剖面仪、电阻率探伤仪