监测全资料地整理整编和分析资料报告.doc

WORD监测资料的整理整编和分析中国水利水电科学研究院结构材料所2004年8月 / 目 录1．监测资料整理分析的目的和作用1目的1监测资料分析成果在坝工实践中的作用3（1）为大坝安全评价提供依据3（2）掌握运行规律监视大坝安全运用、改善运行状况3（3）及时发现大坝运行异常，不失时机采取补救措施4（4）根据分析成果发挥已有工程效益4（5）用于预报5（6）为提高（或改进）大坝设计、施工、运行和科研现有水平提供信息5（7）为评价监测系统状况提供依据62．大坝安全监测资料分析方法及信息处理技术的若干进展62.1 概况62.2 国外大坝安全监测信息处理技术的进展72.3 国资料分析方法研究的进展7（1）监测数学模型7（2）监测资料综合分析评价方法8（3）反分析方法9（4）监控指标拟定方法102.4 大坝安全监测信息处理系统的开发103．“监测资料的整理整编和分析”的条文说明123.1 “一般规定”12（1）第11.1条文说明12（2）第条文说明14（3）第条文说明14（4）第条文说明15（5）第条文说明16（6）第条文说明183.2 “资料整理和整编”19（1）第条文说明19（2）第11.2.2 条文说明19（3）第11.2.3~第213.3 资料的分析21（1）第条文说明21（2）第条文说明24（3）第条文说明27（4）第和第条文284 结语28主要参考文献28监测资料的整理整编和分析进平（中国水利水电科学研究院结构所）1．监测资料整理分析的目的和作用大坝的原型观测开始于19世纪末，但真正受到广泛重视并开始得到较快的发展还是在1959年法国马尔巴塞坝（Malpasset）以及1963年意大利瓦意昂（Vajont）坝发生重大事故之后。

法国马尔巴塞拱坝的失事，给人们重要的教训之一是观测资料必须得到及时的分析该坝仅设置了三角网测量标点，在事故发生前四个多月进行过一次测量对于高为66.5m的拱坝来说，观测设施次数都是不够的更严重的是，对仅有的观测资料也没有进行及时的分析事实上，该坝的位移资料在四个多月前已经显示出了事故发生的征兆从图1中可以看到，距正常高水位还有4.5m时，坝体中部拱端的径向位移已达3cm，并且出现了较大的非线性的切向位移，这正是左坝肩最后失稳破坏的先兆法国电力公司的专家在总结这一经验教训时指出，在当时的岩石力学的水平上，谁也不能保证分析了这些资料就一定能认清马尔巴塞基础所存在的隐患但有一点是肯定的，即尽早地对观测资料进行处理、分析，对掌握大坝的性态、保证大坝安全是至关重要的一个环节下面的框图表示了与大坝安全有关的各种因素，X表示马尔巴塞坝存在问题的环节从框图中可以看出，监测一词应有严格的定义，它不仅是指对坝体和基础所进行的观测，而且还应包括对观测资料所进行的处理、分析和解释显而易见，如果观测的原始数据不经过处理、分析以及正确的解释，对决策人员是没有用处的大坝的设计和计算，既要符合安全的原则，又要符合经济的原则。

然而，由于我们对自然规律的认识有待深入，不可能对所有影响大坝的复杂因素都进行精确的计算，只能在作了许多假设和简化以后，才进行设计计算大坝建成后，在外界和部各种因素的作用（或影响）下随时间发生复杂的变化，接受实际的检验这就需要对设计的正确性、经济性和措施的有效性进行验证 随着科学技术的进步，在大坝的设计和施工中，采用新的结构形式、新的筑坝工艺、新的设计计算方法，不少大坝的坝址处在自然条件差、地质条件也复杂的地区，这对坝工建设带来了新的课题：（1） 如何了解在不利条件下所建大坝的实际工作性态？（2） 如何评价所采用新的结构形式和方案是合理的，所采用的设计新理论和计算方法是符合实际的？（3） 如何鉴定所采用新的筑坝施工工艺是正确的？1×设计施工×检查、管理×报警维护安全泄洪设备检查外荷载调查×现场目视检查×监测=观测+×观测资料分析解释×负责人员的综合判断及决策以上这些方面，目前只有依靠原形观测取得最可靠的第一手资料来揭示大坝性态，扩大人们对它的认识，并进行对比分析，找出差异，做出修正，从而达到提高现有坝工技术水平综上所述，通过对监测资料的整理分析，可达到下述目的：1 为保障大坝安全运用提供依据；2 为验证施工设计提供依据；3 为工程施工和维修或加固提供信息；4 为提高（或改进）大坝设计、施工、运行和科研的现有技术水平提供依据。

总之，监测工作可分为监视性和专门性两大类实际上这两者是不能严格分离的这在很大程度上取决于人们对监测成果的重视、整理分析和运用的程度显然，资料整理分析是实现安全监测根本目的的最后和最重要的一个环节规第11章的基本任务是为实现大坝安全运行而服务的资料分析成果在评价大坝安全、监视大坝的运行、发挥已有工程效益、推动坝工建设的发展等方面发挥了明显的作用，现作如下简介1）为大坝安全评价提供依据根据“水电站大坝安全管理暂行办法”、“水电站大坝安全检查施行细则”、“混凝土大坝安全监测技术规”的要求，在大坝鉴定时应进行资料分析，并提出报告如村大坝第一次安全定期检查时，在分析成果中提出了“下游坝面105m高程水平裂缝，对105m高程以上坝体位移有明显影响从长期观测过程来看，1976-1978年期间105m高程水平裂缝开度及坝体位移有一次小突变；1983-1985年期间坝体位移又有一次小突变；105m高程以上坝体向上游的时效位移尚未完全稳定；…”最后大坝安全评价：“根据本次定期检查所做大量工作以及各专题报告的成果和结论，专家工作组经再三斟酌讨论，鉴于坝体裂缝众多，有的裂缝对大坝结构有明显影响，…对照《水电站大坝安全检查施行细则》，村大坝符合该细则第四十一条评价条件，本次定期检查将村定为病坝。

专家组还提出了处理裂缝的建议：“对坝体裂缝进行专题研究，对危害性裂缝应尽早落实处理措施这是由于资料分析成果客观地描述和反映了大坝的运行性态，有且对大坝安全评价的一个实例2）掌握运行规律监视大坝安全运用、改善运行状况在通常设计情况下，混凝土大坝以承受高水位作为监视大坝安全的重要工况，而根据许多大坝的资料分析表明，高水位低气温才监视大坝实际运行的重要工况这是由于环境温度是影响大坝性态变化的主要因素通常在高水位低气温季节里：坝顶水平位移值最大，并偏向下游；坝体上游面和坝踵部位的压应力减少或出现拉应力；坝基扬压力和渗流量增加，这是由于低温引起的变形使缝隙扩大；纵缝和施工缝的缝隙增大或出现℃℃,使年平均温度达到10~11℃，温度变幅也减小，这对防止裂缝发生和发展创造了十分有利的条件3）及时发现大坝运行异常，不失时机采取补救措施回降到124.89m时（相当于设计水头83%），经监测发现右岸基岩裂隙中突然有大量地下水涌出（主要集中在14#~16#拱坝基础岩缝），漏水量达70L/S，压力水头达31m（当时该处水头37m）；大坝坝体产生多条裂缝，13号垛的水平位移值突然增大，向下游达19.56mm，向右达14.53mm，位移上下游向和左右向变化速率与以前的有着显著差异，见图1-6。

由于量测数据确切指出大坝已不能正常工作，于是采取了紧急措施：立即放空水库，进行加固，从而避免了一场严重事故事后总结认为：如果没有及时的监测资料，就可能贻误抢救时机2） 佛子岭连拱坝13号坝段的沉陷量长期为9.6mm，较其它坝段约大2mm经查明该坝段下的基础有破碎带并有倾向下游的夹泥层，后将水库放空进行基础处理才使大坝能经受住1969年漫过坝顶高达成2.18m而持续25小时之久的特大洪水的考验，从而保证了下游安全3） 丰满重力坝系日伪时期修建，工程质量极其低劣，解放初期的渗漏、变形都很大根据实测资料推算，在遇到百年一遇洪水时，坝有失去稳定的危险，于是进行了大量的加固修理，使扬压力、渗流量和位移值明显减小，有效果地提高了坝的稳定性，保障了安全运用4）根据分析成果发挥已有工程效益1） 泉水拱坝在1976年蓄水前，因右岸地形单薄地质条件差且溢洪及排水洞混凝土衬砌有裂缝，担心不能承受全部设计水头但经过观测和分析，发现应力和变形正常，裂缝开度仅受气温影响，从而决定正常蓄水运用，使该坝发挥了应有的作用2） 龚咀重力坝投入使用后，部分纵缝尚未灌浆，以致大坝未形成整体，不得不限制水位运行为了抬高水位，发挥效益，1978年决定在蓄水条件下进行高压灌浆。

灌浆压力的确定及在灌浆中坝体的安全都是通过分析观测资料基础上进行的5）用于预报长江上新滩滑坡监测，由于预报准确及时，因而在发生大滑波之前撤出人员，避免了巨大伤亡，这是监测预报的一次非常成功的应用6）为提高（或改进）大坝设计、施工、运行和科研现有水平提供信息1）美国垦务局和TVA从三十年代起，经过20多年的扬压力观测，证实了排水孔对降低扬压力的有效性，才于五十年代起改进了扬压力的计算图形：从上下游直线变化改进在排水孔处折减，采用折减系数α=1/3~1/42）根据采用柱状施工法建造的混凝土坝观测表明，该方法影响垂直应力分布，产生非线性应力分布美国在应力分析过程中已考虑了这种筑坝过程因素3）1974年，龚咀重力坝在施工期间，根据坝埋设的温度计和测缝计资料，查明在该坝的具体条件下，纵缝开度在夏季最大，冬春较小于是修改原定的纵缝灌浆时间，确定夏季灌浆实施结果：纵缝的灌浆质量和坝的应力状态都得到了改善4）根据国外观测资料表明，由于大坝自重和库水荷载的作用，不仅对基岩，还对坝区岩体产生变形，从而对坝体变形、应力状况引起变化如美国、中国、联都观测到大坝所在区域的沉降，形成“漏斗形”，其影响围可延伸到坝下游几公里。

此外联还观测到两岩“向中”或“向外”及有时两岸的边坡有移动等现象这种现象对狭窄河谷特别明显据资料所载，设计中考虑了空间效应，有可能降低造价20%我国久宇教授在分析家峡重力坝外部观测资料时，亦证实坝体通过横缝的传力存在着三元作用（该坝按二元计算），因此相应地加强了它的稳定性5）根据国外大量的坝所得的实际应力资料表明：①、实际应力值与设计计算值是不相同的它们之间的差异不仅在数量和符号上，甚至还在分布规律上②、实际应力包括了施工期应力、设计荷载引起的应力、温度变化引起的应力、附加应力（狭窄河谷中重力坝的空间效应，混凝土的湿涨应力）等③、实际应力中施工期应力占相当比重，往往是主要成分，超过自重和水压力所引起的应力这种应力在合理的施工程序和方式下才能产生有利的效果（如在最合宜的时机和方式下进行纵缝灌浆，可在坝上游面和坝踵造成足够大的压应力），否则成为不利的因素（如坝踵接缝开裂）研究和利用施工期应力，对改善坝体受力状况已得到了重视5）混凝土坝的温度状态是坝体应力和变形的主要影响因素，实测资料表明，设计中的边界温度条件和大坝实际边界条件有较大差别例如，℃，致使坝底温度高出℃℃，为了使边界温度条件更符合实际这要改进边界温度的计算方法。

这样可避免坝体超冷，降低温控费用，提高施工速度6）运用实测资料反演大坝有关物理常数这对校核设计和进一步分析是很有作用的7）为评价监测系统状况提供依据监测数据的来源依赖于监测系统若监测系统先天不足，则通过这种系统采集到的资料就不可靠因此在资料分析过程过数据可靠性检查，可对有关监测项目的状态做出评价一般监测项目按其可使用程度分为以下3种类型：①、数据基本可靠，精度满足要求； ②、数据中存在一定的问题，经过一定处理，尚能为评价大坝工作状态提供信息；③、数据严重失真，。