混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進課件

1、混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進當前矛盾： 建壩規(guī)模、高度空前 安全評估方法：陳舊 重力壩，材料力學方法 拱壩，多拱梁法 抗滑穩(wěn)定，剛體極限平衡 70年前老方法混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進1.儀器觀測不能給出應力場和安全系數(shù)1.1 儀器測點太少儀器測點太少總 共：20壩段觀測剖面：3個（應變計，溫度，滲壓計）無 測 點：17個123混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進3層，每層34測點每點：3、5、7向應變計水工結構書本：應力簡單實際應力：復雜原 因：分層施工 溫度變化觀測剖面應變計測點混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進圖1 景洪重

2、力壩三維 仿真計算第一主 應力包絡圖（MPa）混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進圖2 陳村重力壩18壩段 順河剖面第一主應 力包絡圖（MPa）混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進1.2 應變計有效率較低應變計有效率較低 因素：儀器埋設 基準值取值 自生體積變形 儀器維護 運行期，應變計有效率較低每點6個應力分量，需6個應變分量反算 7個應變計，壞2支，算不出6個應力分量混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進小結：小結： （1）應變計：很難測出應力場全貌 不能給出安全系數(shù) 作 用：監(jiān)控 校核 （2）可用觀測資料：變位，溫度，場壓力 不能給出大壩應力場、安全系數(shù) （3）安全系數(shù)計算：設計規(guī)范方法混凝土壩安全評

3、估與監(jiān)控方法的改進2. 目前采用的安全評估方法重力壩應力材料力學法拱壩應力拱梁分載法抗滑穩(wěn)定剛體極限平衡法七、八十年以前的老方法 優(yōu)點：積累了一定實用經驗 缺點：不能反映真實應力狀態(tài)混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進2.1 現(xiàn)行安全評估方法的缺點現(xiàn)行安全評估方法的缺點（1）沒有考慮：施工溫度應力、施工過程（2）只 考 慮：壩面水壓力 未 考 慮：地基水荷載、地應力、 基礎開挖、處理（3）抗滑穩(wěn)定：只考慮力的平衡 未考慮應力狀態(tài)、壩與基礎相互影（4）拱梁分載法采用Vogt系數(shù)，太粗糙 不能考慮滲流、地應力、斷層、節(jié)理（5）忽略了非線性溫差（6）不能考慮非線性變形、裂縫、接縫影響混凝土壩安全評估與監(jiān)

4、控方法的改進評估結果：評估結果：脫離實際 有的工程：質量很差，問題很多 評估結果：安全系數(shù)相當大混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進3.全壩全過程有限元仿真的安全評估(1) 力學特性：彈性變形、徐變、非線性變形(2) 屈服準則：混凝土五參數(shù)準則 巖 體帶抗拉強度的Druker-Prager準則 節(jié)理、接縫Mohr-Coulumb準則(3)全壩仿真：拱壩全部壩段，重力壩單個壩段(4)全過程仿真：開工施工運行 氣候變化、溫度控制、接縫開合、裂縫、 地應力、施工質量(5) 荷載：自重、溫度、水壓力、滲流場、地應力(6) 反分析：充分利用觀測資料反算材料熱學、力學參數(shù)(7) 安全評估：超載或降強，非線性計

5、算至破壞，安全系數(shù)混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進全過程有限元仿真安全評估特點全過程有限元仿真安全評估特點充分反映實際情況充分利用觀測資料安全評估結果符合實際混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進基于全過程仿真的安全評估與監(jiān)控基于全過程仿真的安全評估與監(jiān)控設計階段：考慮施工過程施工階段：全壩、全過程仿真運行階段：反分析+全壩全過程仿真混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進設計階段設計階段1.優(yōu)化設計方案 反映：各種復雜因素 施工過程2.避免事故 梅花壩 響水壩 柯茵布蘭壩 托拉壩混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進施工階段施工階段1.了解施工期溫度場、應力場2.預報運行期應力場3.發(fā)現(xiàn)問題，及時處理混凝土壩安

6、全評估與監(jiān)控方法的改進運行階段運行階段安全評估切合實際混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進陳村拱壩混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進陳村拱壩：陳村拱壩：壩高76.3m，弧長419m，28個壩段施工：19581962 19681972完工 1978 加高1.3m缺乏溫控，未冷卻即灌縫水平裂縫：高程105m，長300m，深5m 高程111.5m，長200m，深10m壩頂豎向裂縫：深8m基礎：4條大斷層混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進圖7.1.2 陳村大壩整壩網格示意圖 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進圖7.1.4 陳村拱壩橫縫、施工縫、壩體裂縫單元示意圖 混凝土壩安全評估

7、與監(jiān)控方法的改進圖7.3.1 夏季上游面主應力分布云圖（單位：t/m2） 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進圖7.3.2 夏季下游面主應力分布云圖（單位：t/m2） 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進圖7.3.3 夏季壩體剖面1應力分布云圖（單位：t/m2） 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進圖7.3.4 冬季上游面主應力分布云圖（單位：t/m2） 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進圖7.3.5 冬季下游面主應力分布云圖（單位：t/m2） 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進圖7.3.6 冬季壩體剖面應力分布云圖（單位：t/m2） 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進MY4 6 8 10 12942 4 6

8、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觀測值計算值位移圖8 18壩段壩頂徑向位移計算值與實測值比較圖 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進圖11.3.35 考慮初應力冬季水壓超載結構破壞時上游面損壞分布圖 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進圖11.3.36 考慮初應力冬季水壓超載結構破壞時下游面損壞分布圖 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進 (a) 11壩段

9、 (b) 18壩段 (c) 21壩段圖11.3.37 考慮初應力冬季水壓超載結構破壞時11、18、21壩段剖面損壞分布圖 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進超載系數(shù)：超載系數(shù)： 考慮應力歷史：冬季 1.80 夏季 1.91 不考慮應力歷史：2.17 常規(guī)多拱梁計算：壓應力安全系數(shù)12.34混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進豐滿重力壩混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進豐滿重力壩：豐滿重力壩：壩高91.7m，全長1080m19371945，澆89%19481953，復建無冷卻縱縫未灌漿，220m以上無鍵槽施工質量低裂縫多176267.7m176267.7m混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進47壩段施工期溫

10、度和應力結果（ ）施工期最大溫度包絡圖（ ） 施工期第一主應力包絡圖 (t/m2 )混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進運行期溫度場1990-2005年最低溫度包絡圖(負溫) 下游面負溫區(qū)水平向深約4.5m混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進運行期夏季第一主應力等值線壩體內部出現(xiàn)拉應力區(qū)，壩體內部出現(xiàn)拉應力區(qū)， 縱縫及施工縫縫面局部拉應力縱縫及施工縫縫面局部拉應力0.2MPa。混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進運行期冬季第一主應力等值線壩體表層混凝土受拉，壩體表層混凝土受拉， 局部區(qū)域拉應力局部區(qū)域拉應力0.8MPa。混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進縱縫面開合狀態(tài) 冬季夏季縱縫在靠近下游面區(qū)域冬季張開、夏季閉合，壩體內部區(qū)域處于大范圍（70%）的張開狀態(tài)。大面積縱縫的張開使壩體受力條件惡化，整個大壩不能整體受力，對壩體整體性和安全不利。 混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進設計水位地震 縱縫縫面大面積受拉 壩踵出現(xiàn)大面積拉應力區(qū)， 最大拉應力值約1.0MPa 壩體表層混凝土受拉。 壩踵出現(xiàn)大面積拉應力區(qū)， 最大拉應力值達1.2MPa溫升溫降混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進按規(guī)范計算：按規(guī)范計算：材料力學方法：無拉應力常規(guī)有限元：拉應力深度