混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進

1、混凝土壩平安評價與監(jiān)控方法的改良.當前矛盾： 建壩規(guī)模、高度空前 平安評價方法：陳舊 重力壩，資料力學方法 拱壩，多拱梁法 抗滑穩(wěn)定，剛體極限平衡 70年前老方法.1.儀器觀測不能給出應力場和平安系數(shù)1.1 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123.3層，每層34測點每點：3、5、7向應變計水工構造書本：應力簡單實踐應力：復雜原 因：分層施工 溫度變化觀測剖面應變計測點.圖1 景洪重力壩三維 仿真計算第一主 應力包絡圖MPa.圖2 陳村重力壩18壩段 順河剖面第一主應 力包絡圖MPa.1.2 應變計有效率較低 要素：儀器埋設 基準值取值 自生體積變

2、形 儀器維護 運轉(zhuǎn)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.小結： 1應變計：很難測出應力場全貌 不能給出平安系數(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、平安系數(shù) 3平安系數(shù)計算：設計規(guī)范方法.2. 目前采用的平安評價方法重力壩應力資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：積累了一定適用閱歷 缺陷：不能反映真實應力形狀.2.1 現(xiàn)行平安評價方法的缺陷1沒有思索：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、 根底開挖、處置3抗滑穩(wěn)

3、定：只思索力的平衡 未思索應力形狀、壩與根底相互影4拱梁分載法采用Vogt系數(shù)，太粗糙 不能思索滲流、地應力、斷層、節(jié)理5忽略了非線性溫差6不能思索非線性變形、裂痕、接縫影響.評價結果：脫離實踐 有的工程：質(zhì)量很差，問題很多 評價結果：平安系數(shù)相當大.3.全壩全過程有限元仿真的平安評價(1) 力學特性：彈性變形、徐變、非線性變形(2) 屈服準那么：混凝土五參數(shù)準那么 巖 體帶抗拉強度的Druker-Prager準那么 節(jié)理、接縫Mohr-Coulumb準那么(3)全壩仿真：拱壩全部壩段，重力壩單個壩段(4)全過程仿真：開工施工運轉(zhuǎn) 氣候變化、溫度控制、接縫開合、裂痕、 地應力、施工質(zhì)量(5)

4、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資料熱學、力學參數(shù)(7) 平安評價：超載或降強，非線性計算至破壞，平安系數(shù).全過程有限元仿真平安評價特點充分反映實踐情況充分利用觀測資料平安評價結果符合實踐.基于全過程仿真的平安評價與監(jiān)控設計階段：思索施工過程施工階段：全壩、全過程仿真運轉(zhuǎn)階段：反分析+全壩全過程仿真.設計階段1.優(yōu)化設計方案 反映：各種復雜要素 施工過程2.防止事故 梅花壩 響水壩 柯茵布蘭壩 托拉壩.施工階段1.了解施工期溫度場、應力場2.預告運轉(zhuǎn)期應力場3.發(fā)現(xiàn)問題，及時處置.運轉(zhuǎn)階段平安評價切合實踐.陳村拱壩.陳村拱壩：壩高76.3m，弧長41

5、9m，28個壩段施工：19581962 19681972完工 1978 加高1.3m缺乏溫控，未冷卻即灌縫程度裂痕：高程105m，長300m，深5m 高程111.5m，長200m，深10m壩頂豎向裂痕：深8m根底：4條大斷層.圖7.1.2 陳村大壩整壩網(wǎng)格表示圖 .圖7.1.4 陳村拱壩橫縫、施工縫、壩體裂痕單元表示圖 .圖7.3.1 夏季上游面主應力分布云圖單位：t/m2 .圖7.3.2 夏季下游面主應力分布云圖單位：t/m2 .圖7.3.3 夏季壩體剖面1應力分布云圖單位：t/m2 .圖7.3.4 冬季上游面主應力分布云圖單位：t/m2 .圖7.3.5 冬季下游面主應力分布云圖單位：t/m

6、2 .圖7.3.6 冬季壩體剖面應力分布云圖單位：t/m2 .圖8 18壩段壩頂徑向位移計算值與實測值比較圖 .圖11.3.35 思索初應力冬季水壓超載構造破壞時上游面損壞分布圖 .圖11.3.36 思索初應力冬季水壓超載構造破壞時下游面損壞分布圖 . (a) 11壩段 (b) 18壩段 (c) 21壩段圖11.3.37 思索初應力冬季水壓超載構造破壞時11、18、21壩段剖面損壞分布圖 .超載系數(shù)： 思索應力歷史：冬季 1.80 夏季 1.91 不思索應力歷史：2.17 常規(guī)多拱梁計算：壓應力平安系數(shù)12.34.豐滿重力壩.豐滿重力壩：壩高91.7m，全長1080m19371945，澆89%

7、19481953，復建無冷卻縱縫未灌漿，220m以上無鍵槽施工質(zhì)量低裂痕多176267.7m176267.7m.47壩段施工期溫度和應力結果 施工期最大溫度包絡圖 施工期第一主應力包絡圖 (t/m2 ).運轉(zhuǎn)期溫度場1990-2005年最低溫度包絡圖(負溫) 下游面負溫區(qū)程度向深約4.5m.運轉(zhuǎn)期夏季第一主應力等值線壩體內(nèi)部出現(xiàn)拉應力區(qū)， 縱縫及施工縫縫面部分拉應力0.2MPa。.運轉(zhuǎn)期冬季第一主應力等值線壩體表層混凝土受拉， 部分區(qū)域拉應力0.8MPa。.縱縫面開合形狀 冬季夏季縱縫在接近下游面區(qū)域冬季張開、夏季閉合，壩體內(nèi)部區(qū)域處于大范圍70%的張開形狀。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，對壩體整體性和平安不利。 .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.按規(guī)范計算：資料力學方法：無拉應力常規(guī)有限元：拉應力深度為底寬的0.02倍 規(guī)范0.07倍抗滑穩(wěn)定：K=