混凝土坝安全评估与监控方法的改进.ppt

混凝土坝安全评估与监控方法的改进当前矛盾：
建坝规模、高度空前
安全评估方法：陈旧
重力坝，材料力学方法
拱坝，多拱梁法
抗滑稳定，刚体极限平衡
70年前老方法1.仪器观测不能给出应力场和安全系数3层，每层3~4测点
每点：3、5、7向应变计
水工结构书本：应力简单
实际应力：复杂
原因：分层施工
温度变化图1景洪重力坝三维
仿真计算第一主
应力包络图（MPa）图2陈村重力坝18坝段
顺河剖面第一主应
力包络图（MPa）1.2应变计有效率较低
因素：仪器埋设
基准值取值
自生体积变形
仪器维护
运行期，应变计有效率较低
每点6个应力分量，需6个应变分量反算
7个应变计，坏2支，算不出6个应力分量小结：
（1）应变计：很难测出应力场全貌
不能给出安全系数
作用：监控
校核
（2）可用观测资料：变位，温度，场压力
不能给出大坝应力场、安全系数
（3）安全系数计算：设计规范方法2.目前采用的安全评估方法2.1现行安全评估方法的缺点
（1）没有考虑：施工温度应力、施工过程
（2）只考虑：坝面水压力
未考虑：地基水荷载、地应力、
基础开挖、处理
（3）抗滑稳定：只考虑力的平衡
未考虑应力状态、坝与基础相互影
（4）拱梁分载法采用Vogt系数，太粗糙
不能考虑渗流、地应力、断层、节理
（5）忽略了非线性温差
（6）不能考虑非线性变形、裂缝、接缝影响评估结果：脱离实际
有的工程：质量很差，问题很多
评估结果：安全系数相当大3.全坝全过程有限元仿真的安全评估全过程有限元仿真安全评估特点基于全过程仿真的安全评估与监控

设计阶段：考虑施工过程

施工阶段：全坝、全过程仿真

运行阶段：反分析+全坝全过程仿真设计阶段
1.优化设计方案
反映：各种复杂因素
施工过程
2.避免事故
梅花坝
响水坝
柯茵布兰坝
托拉坝施工阶段

1.了解施工期温度场、应力场

2.预报运行期应力场

3.发现问题，及时处理运行阶段

安全评估切合实际陈村拱坝陈村拱坝：
坝高76.3m，弧长419m，28个坝段
施工：1958～1962
1968～1972完工
1978加高1.3m
缺乏温控，未冷却即灌缝
水平裂缝：高程105m，长300m，深>5m
高程111.5m，长200m，深>10m
坝顶竖向裂缝：深>8m
基础：4条大断层图7.1.2陈村大坝整坝网格示意图图7.1.4陈村拱坝横缝、施工缝、坝体裂缝单元示意图图7.3.1夏季上游面主应力分布云图（单位：t/m2）图7.3.2夏季下游面主应力分布云图（单位：t/m2）图7.3.3夏季坝体剖面σ1应力分布云图（单位：t/m2）图7.3.4冬季上游面主应力分布云图（单位：t/m2）图7.3.5冬季下游面主应力分布云图（单位：t/m2）图7.3.6冬季坝体剖面应力分布云图（单位：t/m2）图818坝段坝顶径向位移计算值与实测值比较图图11.3.35考虑初应力冬季水压超载结构破坏时上游面损坏分布图图11.3.36考虑初应力冬季水压超载结构破坏时下游面损坏分布图(a)11坝段(b)18坝段(c)21坝段

图11.3.37考虑初应力冬季水压超载结构破坏时
11、18、21坝段剖面损坏分布图超载系数：
考虑应力历史：冬季1.80
夏季1.91
不考虑应力历史：2.17
常规多拱梁计算：压应力安全系数12.34
丰满重力坝丰满重力坝：
坝高91.7m，全长1080m
1937—1945，浇89%
1948—1953，复建
无冷却
纵缝未灌浆，220m以上无键槽
施工质量低
裂缝多47坝段施工期温度和应力结果（℃）运行期温度场运行期夏季第一主应力等值线运行期冬季第一主应力等值线纵缝面开合状态设计水位＋地震按规范计算：
材料力学方法：无拉应力
常规有限元：拉应力深度为底宽的0.02倍
规范<0.07倍
抗滑稳定：K=2.82
规范K=3.0全过程仿真计算，最后超载
考虑应力历史：超载系数k=1.1(冬季)，
1.14(夏季)
(2)不考虑应力历史：k=1.67
(3)下游加厚4m，k=2.33
(4)严格温控，有键槽，灌浆，质量良好
k=3.26