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(dāng)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(xué)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(yīng)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(yīng)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(yīng)變計水工結(jié)構(gòu)書本：應(yīng)力簡單實際應(yīng)力：復(fù)雜原 因：分層施工 溫度變化觀測剖面應(yīng)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(yīng)力包絡(luò)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(yīng) 力包絡(luò)圖（MPa）混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進1.2 應(yīng)變計有效率較低應(yīng)變計有效率較低 因素：儀器埋設(shè) 基準(zhǔn)值取值 自生體積變形 儀器維護 運行期，應(yīng)變計有效率較低每點6個應(yīng)力分量，需6個應(yīng)變分量反算 7個應(yīng)變計，壞2支，算不出6個應(yīng)力分量混凝土壩安全評估與監(jiān)控方法的改進小結(jié)：小結(jié)： （1）應(yīng)變計：很難測出應(yīng)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(yīng)力場、安全系數(shù) （3）安全系數(shù)計算：設(shè)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(yīng)力材料力學(xué)法拱壩應(yīng)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(jīng)驗 缺點：不能反映真實應(yīng)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(yīng)力、施工過程（2）只 考 慮：壩面水壓力 未 考 慮：地基水荷載、地應(yīng)力、 基礎(chǔ)開挖、處理（3）抗滑穩(wěn)定：只考慮力的平衡 未考慮應(yīng)力狀態(tài)、壩與基礎(chǔ)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(yīng)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(jié)果：評估結(jié)果：脫離實際 有的工程：質(zhì)量很差，問題很多 評估結(jié)果：安全系數(shù)相當(dāng)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(xué)特性：彈性變形、徐變、非線性變形(2) 屈服準(zhǔn)則：混凝土五參數(shù)準(zhǔn)則 巖 體帶抗拉強度的Druker-Prager準(zhǔn)則 節(jié)理、接縫Mohr-Coulumb準(zhǔn)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(yīng)力、施工質(zhì)量(5) 荷載：自重、溫度、水壓力、滲流場、地應(yīng)力(6) 反分析：充分利用觀測資料反算材料熱學(xué)、力學(xué)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(jié)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(shè)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(shè)計階段設(shè)計階段1.優(yōu)化設(shè)計方案 反映：各種復(fù)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(yīng)力場2.預(yù)報運行期應(yīng)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(chǔ)：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(wǎng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力冬季水壓超載結(jié)構(gòu)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(yīng)力冬季水壓超載結(jié)構(gòu)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(yīng)力冬季水壓超載結(jié)構(gòu)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(yīng)力歷史：冬季 1.80 夏季 1.91 不考慮應(yīng)力歷史：2.17 常規(guī)多拱梁計算：壓應(yīng)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(fù)建無冷卻縱縫未灌漿，220m以上無鍵槽施工質(zhì)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(yīng)力結(jié)果（ ）施工期最大溫度包絡(luò)圖（ ） 施工期第一主應(yīng)力包絡(luò)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(luò)圖(負(fù)溫) 下游面負(fù)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(yīng)力等值線壩體內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)，壩體內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)， 縱縫及施工縫縫面局部拉應(yīng)力縱縫及施工縫縫面局部拉應(yīng)力0.2MPa?；炷翂伟踩u估與監(jiān)控方法的改進運行期冬季第一主應(yīng)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(yīng)力局部區(qū)域拉應(yīng)力0.8MPa?；炷翂伟踩u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(nèi)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(shè)計水位地震 縱縫縫面大面積受拉 壩踵出現(xiàn)大面積拉應(yīng)力區(qū)， 最大拉應(yīng)力值約1.0MPa 壩體表層混凝土受拉。 壩踵出現(xiàn)大面積拉應(yīng)力區(qū)， 最大拉應(yīng)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(xué)方法：無拉應(yīng)力常規(guī)有限元：拉應(yīng)力深度