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1、混凝土坝安全评估与监控方法的改进,1,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,2,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,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,3,1.仪器观测不能给出应力场和安全系数,1.1 仪器测点太少 总 共：20坝段 观测剖面：3个（应变计，温度，渗压计） 无 测 点：17个,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,4,3层，每层34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,观测剖面应变计测点,混凝土坝安全
2、评估与监控方法的改进,5,图1 景洪重力坝三维 仿真计算第一主 应力包络图（MPa）,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,6,图2 陈村重力坝18坝段 顺河剖面第一主应 力包络图（MPa）,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,7,1.2 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,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,8,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
3、）安全系数计算：设计规范方法,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,9,2. 目前采用的安全评估方法,重力坝应力材料力学法 拱坝应力拱梁分载法 抗滑稳定刚体极限平衡法 七、八十年以前的老方法 优点：积累了一定实用经验 缺点：不能反映真实应力状态,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,10,2.1 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 （
4、6）不能考虑非线性变形、裂缝、接缝影响,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,11,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,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,12,3.全坝全过程有限元仿真的安全评估,(1) 力学特性：弹性变形、徐变、非线性变形 (2) 屈服准则：混凝土五参数准则 岩 体带抗拉强度的Druker-Prager准则 节理、接缝Mohr-Coulumb准则 (3)全坝仿真：拱坝全部坝段，重力坝单个坝段 (4)全过程仿真：开工施工运行 气候变化、温度控制、接缝开合、裂缝、 地应力、施工质量 (5) 荷载：自重、温度、水压力、渗流场、地应力 (6) 反分
5、析：充分利用观测资料反算材料热学、力学参数 (7) 安全评估：超载或降强，非线性计算至破坏，安全系数,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,13,全过程有限元仿真安全评估特点,充分反映实际情况 充分利用观测资料 安全评估结果符合实际,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,14,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,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,15,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,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,16,施工阶段 1.了解施工期
6、温度场、应力场 2.预报运行期应力场 3.发现问题，及时处理,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,17,运行阶段 安全评估切合实际,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,18,陈村拱坝,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,19,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,20,陈村拱坝： 坝高76.3m，弧长419m，28个坝段 施工：19581962 19681972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,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,21,图7.1.2 陈村大坝整坝网
7、格示意图,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,22,图7.1.4 陈村拱坝横缝、施工缝、坝体裂缝单元示意图,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,23,图7.3.1 夏季上游面主应力分布云图（单位：t/m2）,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,24,图7.3.2 夏季下游面主应力分布云图（单位：t/m2）,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,25,图7.3.3 夏季坝体剖面1应力分布云图（单位：t/m2）,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,26,图7.3.4 冬季上游面主应力分布云图（单位：t/m2）,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,27,图7.3.5 冬季下游面主应力分布云图（单位：t/m2）,混
8、凝土坝安全评估与监控方法的改进,28,图7.3.6 冬季坝体剖面应力分布云图（单位：t/m2）,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,29,图8 18坝段坝顶径向位移计算值与实测值比较图,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,30,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,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,31,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,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,32,(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,混凝土坝安全评估与
9、监控方法的改进,33,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,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,34,丰满重力坝,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,35,丰满重力坝： 坝高91.7m，全长1080m 19371945，浇89% 19481953，复建 无冷却 纵缝未灌浆，220m以上无键槽 施工质量低 裂缝多,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,36,47坝段施工期温度和应力结果（ ）,施工期最大温度包络图（ ） 施工期第一主应力包络图 (t/m2 ),混凝土坝安全评估与监控方法的改进,37,运行期温度场,19
10、90-2005年最低温度包络图(负温) 下游面负温区水平向深约4.5m,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,38,运行期夏季第一主应力等值线,坝体内部出现拉应力区， 纵缝及施工缝缝面局部拉应力0.2MPa。,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,39,运行期冬季第一主应力等值线,坝体表层混凝土受拉， 局部区域拉应力0.8MPa。,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,40,纵缝面开合状态,冬季,夏季,纵缝在靠近下游面区域冬季张开、夏季闭合，坝体内部区域处于大范围（70%）的张开状态。大面积纵缝的张开使坝体受力条件恶化，整个大坝不能整体受力，对坝体整体性和安全不利。,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,41
11、,设计水位地震,纵缝缝面大面积受拉 坝踵出现大面积拉应力区， 最大拉应力值约1.0MPa,坝体表层混凝土受拉。 坝踵出现大面积拉应力区， 最大拉应力值达1.2MPa,温升,温降,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,42,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,混凝土坝安全评估与监控方法的改进,43,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,