大坝安全监控理论与应用-绪论.ppt

1、大坝安全监控理论与应用,郑东健 教授 博士生导师 Tel：83786581 Email：,大坝安全监控理论与应用 ,绪 论,大坝安全监测必要性 大坝安全监控的“大坝”常具有“水库”、“水利枢纽”、“拦河坝”等综合性含义。 大坝安全监测-各种水工建筑物的安全监测。 监测的必要性： 设计、施工、运行复杂，失事后果严重 隐患病害和老化 ，掌握水工建筑物健康状态和有效寿命 反馈设计、施工和运行 防灾减灾,大坝安全监控理论与应用 ,水工建筑物,堤防,沟渠、渡槽,水电站,涵洞、水闸,大坝 （含灰坝、尾矿坝）,船闸、航道,码头,水井、基坑,高边坡 地下洞室,大坝安全监控理论与应用 ,大坝的寿命可分为运行初期

2、、正常运行期和老化期三个阶段。大坝运行初期和老化期，最容易出现问题。许多隐患在施工期落下，运行期管理不当和环境变化常是诱因。,大坝各龄期失事概率示意,大坝安全监控理论与应用 ,19542003年历年溃坝数量统计,70年代各省市自治区溃坝数占相应区域50年中溃坝数比例,大坝安全监控理论与应用 ,96座大、中型水电站大坝的主要缺陷和隐患,大坝安全监控理论与应用 ,206座土石坝事故原因占事故总数百分比,1000座病险水库事故类型分布,大坝安全监控理论与应用 ,教训,1975年河南板桥、石漫滩两座大型水库、两座中型水库和58座小型水库垮坝，致使29个县市1100万亩农田遭受毁灭性灾害，冲毁铁路102

3、km，直接经济损失100亿元，死亡人数达9万人。这次垮坝堪称是世界最大垮坝惨剧； 1963年海河大水，5座中型水库垮坝，死亡达1000多人； 1993年青海沟后小(一)型水库垮坝，死亡320余人。,大坝安全监控理论与应用 ,1864年，英国戴尔戴克水库在蓄水中发生裂缝垮坝，死亡250人，800所房屋被毁。 1889年，美国约翰斯敦水库洪水漫顶垮坝，死亡400010000人。 1959年，西班牙佛台特拉水库发生沉陷垮坝，死亡144人。 1959年，法国玛尔帕塞水库因地质问题发生垮坝，死亡421人。 1960年，巴西奥罗斯水库在施工期间被洪水冲垮，死亡1000人。 1961年，苏联巴比亚水库洪水漫

4、顶垮坝，死亡145人。 1963年，意大利瓦伊昂拱坝水库失事，死亡2600人。 1967年，印度柯依那水库诱发地震，坝体震裂，死亡180人。 1979年，印度曼朱二号水库垮坝，死亡500010000人。,教训,大坝安全监控理论与应用 ,大坝安全监控理论与应用 ,国内外水工程安全教训,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。,1、法国马尔帕赛双曲拱,坝下朝左岸视图,右岸残留坝体,国内外水工程安全教训,大坝安全监控理论与应用 ,右岸残留坝体,右岸残留坝体,国内外水工程

5、安全教训,大坝安全监控理论与应用 ,国内外水工程安全教训,失事原因：基础,大坝安全监控理论与应用 ,2、意大利瓦依昂水库滑坡,国内外水工程安全教训,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2530m/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。,大坝安全监控理论与应用 ,国内外水工程安全教训,水库变为石库,大坝安全监控理论与应用 ,国内外水工程安全教训,3、青海沟后大坝失事,大坝长265m，上游坡11.6，下游坡11.5，下游坡设有两道马道。面板厚3060cm，面板纵缝间距：河床部位

6、14m，两岸7m，高程3255m处设一道水平缝，单层钢筋设于面板中部，配筋率0.35%0.5%。坝顶有5m高的混凝土防浪墙。 1989年9月完工，10月下闸蓄水，历时四年多。1992年9月底通过竣工验收。,大坝安全监控理论与应用 ,青海沟后大坝失事,国内外水工程安全教训,大坝安全监控理论与应用 ,失事过程与原因分析 1993年8月27日，库水位升高至3277.40m(超过了已沉陷的防浪墙)。13时，值班人员见到库水漏进防浪墙和面板顶部的裂缝以及水平缝。下游坡多处漏水，下游坡台阶上能听到坝内有喷气声和水跌落声。2030，村民见到下游坡3260m和3240m马道之间涌水像自来水。21时值班人员在值

7、班室听到闷雷般巨响，出门看到坝上喷水，土石翻滚，水雾中见到石块相碰的火花。22时，溃坝口门底部高程达到3250m。溃坝总水量为268万m3。最大流量3267m3。2340，溃坝洪水到达恰卜恰镇，死亡300多人。 由于大量砂砾随水流冲失，混凝土面板悬臂临空、随之折断被水冲走，溃坝流量进一步扩大，这一过程像漫顶溃坝一样。大坝溃决后溃口形状为倒梯形，上口宽139m，下口宽61m，下口底高为3232.33m，有9块宽14m的面板折断。,国内外水工程安全教训,大坝安全监控理论与应用 ,溃坝的主要原因: 面板顶端与防浪墙底板接缝橡胶止水片因质量低劣而破坏，严重漏水，使防浪墙底板与砂卵石间产生接触冲刷以及坝

8、体砂卵石产生管涌，导致防浪墙沉陷倾倒，库水漫过防浪墙冲刷坝体。 其他原因有： (1)监测资料分析不及时充分分析，疏于管理。大坝出现异常现象时，未能开闸放水，以减轻事故破坏。失事前早已发现大坝下游面(坡脚以上)有渗水，防浪墙沉陷严重，而未能采取有效的处理措施。 (2)坝体填筑时分区不清，分层明显，排水达不到自由排水。,国内外水工程安全教训,大坝安全监控理论与应用 ,国内外水工程安全教训,4、奥斯丁重力坝失事,美国宾夕法尼亚州奥斯丁重力坝失事,大坝安全监控理论与应用 ,国内外水工程安全教训,大坝安全监控理论与应用 ,5、吉布森大坝漫顶,国内外水工程安全教训,大坝安全监控理论与应用 ,6、梅山连拱坝

9、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。,国内外水工程安全教训,大坝安全监控理论与应用 ,国内外水工程安全教训,7、滑坡,（1）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。,（2）天生桥二级电站闸首滑坡,大坝安全监控理论与应用 ,8、河南75.8洪水,1975年8月8日 在一场特大暴雨中 包括板桥水库、石漫滩水库在内的两座大型水库、两座中型水库、数十座小型水库和两个滞洪区在短短数小时内相继垮坝溃决 使河南驻马店地区猝

10、然间沟壑横溢、顿成泽国 数以万计的人失去了生命。,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“10 top technological catastrophe in the world”）。 管理责任缺位、应急预警缺失引起灾害扩大。,国内外水工程安全教训,大坝安全监控理论与应用 ,国内外水工程安全教训,9、俄罗斯萨扬.舒申斯克水电站事故,水电站大坝为圆柱形的混凝土重力拱坝，坝高242m，坝顶长1074m，坝顶宽25m。2009年8月17日，俄罗斯水力发电开放式股份公司以聂泊罗日尼命名的萨扬舒中斯克水电站分公司由于水力机组有

11、设计缺陷、设备使用和维护不当及调度管理不善等多方面因素，发生了世界水电史上罕见的重大事故，造成75人死亡，13人受伤，电站10台机组全部损坏或损毁，部分厂房结构被摧毁等重大损失。 事故直接起因:水力发电机组多次穿越不建议运行区，导致产生交变的附加荷载，使水力发电机组的固定节点，连同水轮机顶盖发生和发展了疲劳损伤，引发螺栓破坏，导致水轮机顶盖和水力发电机组引水通道的密封被撕裂。最终水淹厂房。,大坝安全监控理论与应用 ,除机组设备和运行调度原因外，至少还包括：（1）没有振动监测;（2）定期检查，仅采用目测，关键部位没有采用无损检测方法;（3）管理措施不到位，无危险性综合防护和应急措施,国内外水工程

12、安全教训,尾矿坝失事,2000年1月30日，罗马尼亚Baia Mare尾矿坝失事，100,000 m3 含氰化物和重金属的水涌入下游河道，造成下游生态灾难，200万人的饮用水严重污染。,意大利stave尾矿坝年的溃坝导致了近人死亡和巨大的财产损失。2000年广西南丹尾矿库垮塌，造成20多人死亡；2006年陕西镇安某黄金尾矿坝溃坝，造成17 人死亡。,2008年9月8日山西襄汾尾矿坝溃坝 ，事故遇难人数达259人。,大坝安全监控理论与应用 ,贵州盘县电厂”1灰坝发生泄漏。约30米高的灰坝的底部盖板被冲开，在巨大的压力下，灰坝内所囤积的灰渣直接排入拖长江中，整个过程持续了4个多小时，据有关专家估计

13、约有30万吨左右的灰渣废水直接排入了拖长江，给拖长江、北盘江水质造成了污染。 2008年牙买加Kingston 煤电厂32.4平方米的灰坝溃决，冲毁1.62平方公里区域，造成生态灾难，12户人家被毁。,灰坝失事,国内外水工程安全教训,大坝安全监控理论与应用 ,工程失事的主要原因,客观技术条件限制（勘测、设计、施工）,施工阶段遗留的隐患,运行管理 制度、不利工况、检查和监测 工程老化 环境变化、材料和结构,大坝安全监控理论与应用 ,监测应用典型实例,株树桥混凝土面板堆石坝,最大坝高78 m，1986年动工兴建，1990年11月建成并首次蓄水水库投人运行后不久，大坝即出现严重渗漏。渗漏量每年汛期随

14、水库水位增高而增加，而非汛期只轻微减少，且渗漏量有逐年增加的趋势。,1999年11月放空水库检查,损坏情况如下：周边缝、竖缝止水损坏，混凝土面板塌陷，混凝土面板裂缝，垫层不均匀沉陷,混凝土面板脱空，垫层料细粒流失。,大坝安全监控理论与应用 ,三板溪混凝土面板堆石坝,监测应用典型实例,2002年开工，2006年1月7日下闸蓄水，6月库水位上升至429m（坝前最大水深约100m），2006年12月主、副坝防浪墙及坝顶结构施工完成。期间最大渗漏量27.2L/s，大坝工作性态正常。 2007年6月，水库水位再次蓄水，库水位快速上涨过程中，相继出现渗漏量和幕后坝基部分渗透压力突增，总渗漏量最大达303L

15、/s，部分监测仪器测值异常或失效。2008年1月10日，库水位降至426.25m（死水位425），检查发现12块面板一二期施工缝部位多处局部破损，外侧钢筋向外弯曲，破损最大宽度4m，最大深度达40cm。水平施工缝挤压破损！ 原因：河谷形状和面板结构（引起应力集中），沉降不均匀，水位上升速度过快。,大坝安全监控理论与应用 ,1981年8月，龙羊峡遇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.

16、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。,监测应用典型实例,大坝安全监控理论与应用 ,对策和监控技术,水电站水工程： 大坝、进（引）水建筑物、厂房、边坡（含库区）、金属结构、相关交通桥梁等 大坝安全状态： 施工期、蓄水期、运行期大坝结构的运行状况 安全： 以设计规范、安全评价导则、安全评价细则以及国家和行业规范为依据。 安全等级 电力部门：险坝、病坝、正常坝 “水电站大坝安全检查实施细则” 水利部：一类

17、坝、二类坝、三类坝“水库大坝安全评价导则”,大坝安全监控理论与应用 ,正常状态 指大坝（或监测的对象）达到设计要求的功能，不存在影响正常使用的缺陷，且各主要监测量的变化处于正常情况下的状态。 异常状态 指大坝（或监测的对象）的某项功能已不能完全满足设计要求，或主要监测量出现某些异常，因而影响正常使用的状态。 险情状态 指大坝（或监测的对象）出现危及安全的严重缺陷，或环境中某些危及安全的因素正在加剧，或主要监测量出现较大异常，若按设计条件继续运行将出现大事故的状态。,对策和监控技术,大坝安全监控理论与应用 ,对策和监控技术,充分掌握： 水工建筑工程建设和运行中发生的各种可能危害、事故 基础：工程特征信息 监控内容：应力、变形、渗流、动力特性、水流特性 方法： （1）工程类比已发生危害事件或事故的经验； （2）综合运用自然科学、技术科学和管理科学等方面的有关知识，识别