安全工程概論(鄭東健)

安全工程概論－安全監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法鄭東健zhengdj@一水工建筑物安全監(jiān)控的發(fā)展和教訓(xùn)1830～1838年，法國(guó)，格羅斯博斯壩根據(jù)觀測(cè)指導(dǎo)施工1891年，德國(guó)埃施巴赫混凝土重力壩開(kāi)始變形觀測(cè)1903年，美國(guó)對(duì)布恩頓重力壩進(jìn)行溫度觀測(cè)1908～1909，澳大利亞在拱壩進(jìn)行變形觀測(cè)1919～1920，瑞士布置了世界上第一座永久觀測(cè)儀器的拱壩20世紀(jì)50年代，中國(guó)開(kāi)始研制大應(yīng)變計(jì)（差阻式－卡爾遜儀器），70年代，垂線、引張線，激光照準(zhǔn)現(xiàn)在：GPS、光纖、激光三維、聲發(fā)射（一）發(fā)展（二）工程教訓(xùn)1、法國(guó)馬爾帕賽雙曲拱薄拱壩壩高60m，底寬6.26m，頂寬1.5m，修建在片麻巖上。1959年12月2日，當(dāng)水庫(kù)接近滿(mǎn)庫(kù)時(shí)45分鐘內(nèi)壩體突然崩潰。500名士兵喪生，下游10km一城鎮(zhèn)變成廢墟。2、四川永川縣陳食水庫(kù)壩基滲漏在壩基附近岸坡坡腳處，風(fēng)化泥巖中發(fā)育一組與岸坡走向平行的陡傾斜卸荷裂隙，有的開(kāi)口達(dá)20cm之大，滲漏造成的。

3、梅山連拱壩壩肩破裂

1962年右岸大量漏水，大壩三天內(nèi)向左岸傾斜57.2mm，向下游位移9.4mm，右岸各壩垛出現(xiàn)大量裂縫。

壩高267m，是當(dāng)時(shí)世界上最高的雙曲拱壩。庫(kù)區(qū)蓄水后，山體突然以高達(dá)25－30m/s的速度下滑，近2億方土石迅速淤滿(mǎn)水庫(kù)，掀起高過(guò)壩頂100余米的涌浪，沖毀下游3km處的村鎮(zhèn)，造成3000人死亡，水庫(kù)變?yōu)槭瘞?kù)。4、意大利瓦依昂水庫(kù)滑坡5、鮑爾德溫山水庫(kù)的潰決

庫(kù)區(qū)距一知名的大斷裂帶僅300m，有幾條小斷層從庫(kù)底下穿過(guò)。水沿?cái)鄬訚B透使地基中的粉砂巖、細(xì)砂巖受到潛蝕，潛蝕洞穴塌陷造成壩體突然潰決。6、滑坡1972年夏天，香港半山區(qū)一座27層大樓因變坡滑動(dòng)倒塌，并切斷一座大樓和一片房屋。1989年1月10日在中國(guó)云南漫灣水電站大壩壩肩開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生的滑坡，耗資近億元治理，150萬(wàn)kW的水電站推遲發(fā)電近一年，損失巨大。

1981年雨季寶成鐵路共發(fā)生滑坡289處，中斷行車(chē)2個(gè)多月?lián)尳ㄙM(fèi)用達(dá)2.56億元。

撫順西露天礦自1914年投產(chǎn)以來(lái)為保持邊坡穩(wěn)定共剝離巖石1億方。天生橋二級(jí)電站閘首滑坡寶成鐵路K190段滑坡1972年發(fā)生于香港島半山區(qū)的滑坡長(zhǎng)江大堤江西馬湖滑坡7、板橋水庫(kù)和石漫灘水庫(kù)等五十八座中小型水庫(kù)潰壩

1975年河南板橋水庫(kù)垮壩，打撈到的尸體10萬(wàn)多具，后續(xù)因缺糧、感染、傳染引起的死亡14萬(wàn)，共24萬(wàn)多人死亡。（據(jù)說(shuō)在discovery中為“10toptechnologicalcatastropheintheworld”），官方為2.6萬(wàn)。8、青海溝后水庫(kù)截止1980年全世界（不包括中國(guó)）已建成15m以上大壩16000余座，年均潰壩1～2座，死亡133人.由此得出年均每座壩的死亡人數(shù)為0.0083人（這一統(tǒng)計(jì)包括了較早年代的資料）.目前，我國(guó)已建壩約85000余座，若也按該標(biāo)準(zhǔn)要求，則年均潰壩死亡人數(shù)應(yīng)不超過(guò)85人.實(shí)際上，我國(guó)大壩安全似未達(dá)到這一水準(zhǔn).在1954～1990年間，湖南省共建大壩12820座，垮壩292座，死亡681人。監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例1981年8月，龍羊峽與150年特大洪水，依靠圍堰混凝土心墻48支觀測(cè)儀器，決定加高圍堰4m抗洪。1985年6月，長(zhǎng)江三峽新灘，監(jiān)測(cè)預(yù)警，大滑坡2000萬(wàn)方，安全撤離，無(wú)一傷亡。洪門(mén)、南水、大洪河3座水電廠，經(jīng)監(jiān)測(cè)分析和補(bǔ)強(qiáng)加固，提高汛前水位，每年增加電能5700萬(wàn)kw.h。1998年鳳灘、五強(qiáng)溪、柘溪三座水庫(kù)在防洪關(guān)鍵時(shí)刻，經(jīng)監(jiān)測(cè)分析預(yù)測(cè)，多攔蓄洪峰洪量27億方，相當(dāng)于洞庭湖高水位時(shí)1m庫(kù)容。柘林水庫(kù)，經(jīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)下，超過(guò)歷史最高水位1.32m運(yùn)行，為保證京九高速公路和京九鐵路安全，起到關(guān)鍵作用1.工程安全信息采集系統(tǒng)2.工程安全信息分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)滲流監(jiān)測(cè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)水文及水力學(xué)監(jiān)測(cè)地震監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)專(zhuān)家系統(tǒng)二安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成（一）信息采集系統(tǒng)1.確定性（量化）信息（1）變形監(jiān)測(cè)水平位移垂直位移撓度傾斜接縫及裂縫揚(yáng)壓力滲流壓力孔隙壓力繞壩滲流地下水位滲流量水質(zhì)監(jiān)測(cè)（2）滲流監(jiān)測(cè)2.不確定性（模糊）信息原因量（荷載、環(huán)境）變形滲流應(yīng)力水文及水力學(xué)地震常規(guī)監(jiān)測(cè)爆破松動(dòng)塑性變形錨桿灌漿飽合度（砂漿粘結(jié)錨桿）巖土體及材料物理力學(xué)特性巖體聲發(fā)射、電阻率、聲速有害氣體和放射性巖體松動(dòng)范圍水文及水力學(xué)監(jiān)測(cè)流速動(dòng)水壓力空化摻氣霧化沖刷調(diào)壓井水位專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)地震監(jiān)測(cè)位移速度加速度動(dòng)空隙水壓力動(dòng)應(yīng)變、應(yīng)力動(dòng)水壓力地殼變形專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)(1)差動(dòng)電阻式（卡爾遜儀器）

(2)鋼弦式利用儀器內(nèi)部的彈性鋼絲作為傳感元件。鋼絲受到拉力作用將產(chǎn)生彈性變形，其變形與電阻變化之間有如下關(guān)系：傳感器敏感元件為一跟金屬絲（稱(chēng)鋼弦或弦），利用鋼弦的自振頻率與鋼弦張緊力的關(guān)系測(cè)得物理量。差動(dòng)電阻式鋼弦式電感式電阻應(yīng)變片式電容式壓阻式－固體受力后，電阻（率）發(fā)生變化。司服加速度計(jì)式等(3)電感式一種變磁阻式傳感器，利用線圈的電感的變化進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)銜鐵和鐵芯之間的空氣隙變化，引起磁路中磁阻變化，從而引起線圈電感變化。(4)電阻應(yīng)變片式將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件。金屬導(dǎo)體的電阻隨所受到的機(jī)械變形大小而變化。（1）變形監(jiān)測(cè)位移－水平、垂直、轉(zhuǎn)動(dòng)、洞身收斂等沉陷－地表、地中、分層、地基等其他－隆起、撓度、縫位移、自生體積、溫度、膨脹、巖爆等方法：（1）經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、電子測(cè)距儀激光準(zhǔn)直儀。（2）埋設(shè)儀器視準(zhǔn)線法水平位移觀測(cè)方法前方交會(huì)法引張線法引張線測(cè)點(diǎn)正垂線垂線法白山拱壩正垂線倒垂線垂直位移觀測(cè)方法固定連通管式（2）滲流監(jiān)測(cè)壓力或水位：測(cè)壓管、滲壓計(jì)、壓力表、測(cè)深錘滲流量：量水堰、量杯水質(zhì)：混濁度、化學(xué)成分（3）應(yīng)（壓）力監(jiān)測(cè)采用應(yīng)力應(yīng)變計(jì)（組）、壓應(yīng)力計(jì)、基巖變形計(jì)、位移計(jì)、收斂?jī)x、無(wú)應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、鋼板計(jì)、土壓力計(jì)、圍巖壓力、錨桿（索）等觀測(cè)。2.不確定性（模糊）信息(1)現(xiàn)場(chǎng)巡查（巡視檢查）（2）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)日常檢查年度檢查特別檢查時(shí)間、路線和檢查程序汛期檢查特大洪水、地震、安全事故檢查方法：錘、釬、鋼尺、放大鏡、望遠(yuǎn)鏡、量杯、石蕊紙、回彈儀、照相機(jī)、錄像機(jī)、閉路電路、潛水員等。采用無(wú)損探測(cè)方法，包括探地雷達(dá)、電磁剖面儀、電阻率探傷儀