最新大坝安全监测培训PPT课件 76页

'大坝安全监测培训 我国大坝安全监测的现状1.水库基本情况1949年，全国仅有大中型水库23座；2007年，全国各类水库86353座，其中大型529座、中型3181座、小型82643座；（09年鉴）湘、粤、赣、川、鄂、滇6省水库占全国的55%；湖南水库总数全国第一，湖北大型水库最多，占全国大型水库的十分之一；由水库提供灌溉水源的耕地2.4亿亩，总灌溉面积的1/3；北京、天津、深圳和香港等近百座城市全部或部分依靠水库供水，200亿立方米/年；我国已建成水库是世界上水库最多的国家之一。坝型坝高：土石坝占总数的93%，坝高15m以上水库2.63万，30m以上的水库9191座 沟后水库：小水库中大灾害溃坝案例☆1993.8.27沟后水库是一座小（1）型水库，位于青海省海南州共和县境内，71m高的混凝土面板砂砾石坝。由于坝顶防渗体系的隐患，库水自坝顶防浪墙与面板接缝进入坝体，造成顶部坝体湿陷及渗透破坏，于1993年8月27日溃决，使下游的海南州州府所在地恰卜恰镇等遭受重创。小水库也会出大问题，此次事故使人们重新审视小型水库的安全与管理问题 小海子水库：加固项目完工后溃坝溃坝案例☆2007.4.19 新疆兵团八一水库2004青海英德尔水库2005甘肃小海子水库2007内蒙古岗岗水库2007 板桥水库 水库概念水库：为防洪和兴利建设的蓄水利用工程，由枢纽、库区和下游等构成的工程体系。大坝一般指枢纽规模：按总库容大小将工程分为5级：即大（1）型，大（2）型；中型；小（1）型，小（2）型山塘：库容低于10万方的水库称为山塘、塘坝，暂不论坝高和下游影响，未纳入水库管理（有些地区参照）非水库大坝：拦沙坝（水保工程）、灰坝（火电附属工程）、尾矿坝（冶金附属工程） 大坝安全监测1.监测范围（1）坝体：坝顶、迎水坡、背水坡及坝址（2）坝基和坝区：坝基、坝端、坝址近区、坝端岸坡、上游铺盖（3）溢洪道：进水段（引渠）、堰顶或闸室、闸墩、边墙、胸墙、溢流面、底板、工作桥（4）输、泄水洞：引水段、竖井、洞身、工作桥、出口（5）闸门及启闭机：闸门及其开度指示器、门槽、止水、启闭机及备用电源（6）观测及通讯设备：观测设备、通讯设施、照明及交通设施2.监测手段（1）巡视检查（2）用仪器设备观测 大坝安全监测3.监测内容巡视检查环境量监测变形监测渗流监测水力学观测结构内部应力、应变、压力、温度观测 监测阶段和测次表1.4.1土石坝安全监测项目测次表阶段和测次观测项目第一阶段（施工期）第二阶段（初蓄期）第三阶段（运行期）1.日常巡视检查10～4次/月30～8次/月4～2次/月2.表面变开形；3.内部变形；4.裂缝及接缝；5.岸坡位移；6.混凝土面板变形6～3次/月10～4次/月10～4次/月6～3次/月6～3次/月10～4次/月30～10次/月30～10次/月10～4次/月10～4次/月6～2次/年12～4次/年12～4次/年12～4次/年12～4次/年7.渗流量；8.坝基渗流压力；9.坝体渗流压力；10.绕坝渗流10～4次/月10～4次/月10～4次/月10～4次/月30～10次/月30～10次/月30～10次/月30～10次/月6～3次/月6～3次/月6～3次/月6～3次/月11.孔隙水压力；12.土压力（应力）；13.接触土压力；14.混凝土面板应力6～3次/月6～3次/月6～3次/月按需要30～4次/月30～4次/月30～4次/月按需要6～3次/月6～3次/月6～3次/月按需要15.上、下游水位；16.降水量、气温；17.水温；18.波浪；19.坝前（及库区）泥沙；20.冰冻2次/日逐日量按需要按需要按需要按需要4～2次/日逐日量按需要按需要按需要按需要2～1次/日逐日量按需要按需要按需要按需要21,地震强震；22.动孔隙水压力按需要（自动测记加定期人工检查、校测）按需要（自动测记加定期人工检查、校测）23.泄水建筑物水力学按需要 巡视检查巡视检查的分类日常巡视检查年度巡视检查特殊巡视检查巡视检查方法常规方法：用眼看、耳听、手摸、鼻嗅、脚踩等直观方法，或采用简单的辅助工具对工程表面和异常现象进行检查。特殊方法：采用开挖、钻井、钻孔取样、投放化学试剂、水下电视、水下摄影等对工程内部、水下部位或坝基进行检查。巡视检查记录和处理检察人员要具备一定的工程知识和经验，相对固定人员，做好检查记录和现场填表，必要时可以附有图片、素描。现场记录及填表要及时整理，分析有无异常迹象，发现问题要及时的汇报，或采取必要的分析研究工作，查明原因及时处理。 巡视检查记录和整理表巡视检查部位损坏或异常情况坝体坝顶防浪墙迎水面背水面坝趾排水系统导渗降压设施观测设施坝基和坝区坝基基础廊道两岸坝端坝趾近区坝端岸坡上游铺盖观测设施溢洪道进水段（引渠）堰顶或闸室溢流面消能工闸门动力及启闭机工作（交通）桥下游河床及岸坡观测设施输、泄水洞（管）引水段进水塔（竖井）洞（管）身出口消能工闸门动力及启闭机工作桥观测设施其他（包括备用电源等情况） 环境量监测环境量监测目的环境量监测目的是为了了解环境量的变化规律及对水工建筑物的变形、渗流和应力应变等的影响。环境量测监内容主要包括：气温、水温、波浪、大坝上下游水位、坝前淤积、下游冲刷、地震及冰压力等环境量监测相关规范水位观测标准GBJ138-90降水量观测规范SL21-90水文普通测量规范SL58-93河流冰情观测规范SL59-93 环境量监测水位观测监测断面及测点布置上游水位监测应设置在受泄流和风浪影响小、便于仪器安装埋设和监测的位置。下游水位监测应设置在受泄流影响小、水流平稳，便于仪器安装埋设和监测的位置。水位监测断面应和测流断面统一布置。水位监测的方法水尺法（直立式、倾斜式、矮桩式和悬垂式）水位计法（浮子式、压力式、超声波）瞬时水位一般采用波浪仪器或电测水位计注：水位监测的水准基面与水工建筑物的水准基面应一致 环境量监测降雨量监测降雨量监测点布置坝址区附近至少有一个观测点观测点布置在空旷平坦，不受地形、树木、烟尘的影响，同时应避开强风区。山区中的观测除布置在平坦空旷地段之外，还应使仪器口与山顶之间的仰角小于30℃降雨量观测的仪器雨量器、虹吸式和翻斗式雨量计、杆式雨量计、遥测雨量计、自动测报雨量计注：雨量器、虹吸式和翻斗式雨量计 虹吸式雨量计翻斗式雨量计 环境量监测气温和水温监测气温和水温监测布置坝址区附近至少有一个观测点。靠近上游坝面的库水中，布置测温垂线。土石坝的温度监测断面可设置在坝前或泄水建筑物进口前，断面上至少有3条测温垂线.观测方法温度观测一般采用铂电阻温度计、铜电阻温度计和半导体温度计等。气温观测仪器应设在专用的百叶箱内。百叶箱的设置应符合有关气象观测规范和标准。百叶箱内应设直读式温度计，以便比测。库水温观测应将温度计牢固固定在设计测点，电缆应缚设套管保护 环境量监测其他监测波浪监测库面波浪监测护坡波浪监测淤积监测水下部分一般用交会法，用测杆、测深锤、回声测深仪；水上部分用普通测量方法冰冻监测土壤冻结深度监测冰盖位移监测冰压力监测地震反应监测地震强震观测、动孔隙水压力观测 变形监测变形监测目的目的是掌握水工建筑物与地基变形的空间分析特征和随时间变化的规律，监控有害变形及裂缝等的发展趋势。项目主要指标部分习惯名称观测方法常见设备表面变形坝面水平位移（横向、纵向），坝面竖直位移水平位移，坝面沉降光学等视准仪，引张线；水准仪，水管式沉降仪；全站仪；等内部变形坝内水平位移（横向、纵向），坝内竖直位移内部水平位移，内部沉降机电等测斜仪；沉降管，水管式沉降仪；等相对位移界面位移，裂缝开度开裂，裂缝机电等位移计，测缝计；等 变形监测依据的主要技术标准：《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）《土石坝安全监测资料整编规程》（SL169-96）《混凝土大坝安全监测技术规范(试行)》(SDJ336-89)《混凝土坝安全监测技术规范》(DL/T5178-2003) 变形监测变形监测正负号的一般规定：水平位移向下游或向左岸为正，反之为负。竖向位移向下为正，向上为负。裂缝和接缝开合度以张为正，闭合为负。倾斜监测向下游、向左岸为正，反之为负。船闸闸墙的水平位移向闸室中心为正，反之负高边坡和滑坡体位移向下、向左为正，反之负 变形监测表面变形土石坝监测断面布置横断面：一般不少于3个，且尽量布置在最大坝高处，地质条件复杂，地形突变处，坝内埋管或运行最可能发生异常的部位。纵断面：一般不少于4个，通常在坝顶的上下游侧布设1～2个断面，下游坝坡半坝高以上布设1～3个断面，半坝高以下布设1～2个断面，对于软基的坝体，还要在下游坝址外侧增设1～2个断面。在每个观测横断面和纵断面交点处布设表面变形观测点。基点布设：起测基点可在每一纵排测点两端的岸坡上各布设一个，其高程宜与测点高程相近。水准基点一般在土石坝下游1～3km处布设2～3个。校核基点应在两岸同排工作基点连线的延长线上各布设1～2个，必要时可采用倒垂线或边角网定位。 变形监测表面变形混凝土坝监测断面布置横断面一般布设在每个坝端或闸墩上，拱坝应布设在拱冠梁、拱端和1／4拱处纵断面一般布设在平行于坝轴线的坝顶及坝基廊道中在每个观测横断面和纵断面交点处布设表面变形观测点。基点布设：工作基点和校核基点可在每一纵排测点两端的岸坡稳定岩体上各布设1个，高程宜与测点高程接近，或布设在两岸山体的灌浆廊道内。也可以采用倒垂线作为基点。 变形监测表面变形表面变形的监测方法水平位移观测：主要有视准线法、引张线法、垂线法、激光准直法、精密导线法、边角网法、交会法。竖向位移观测：精密水准法、静力水准法、三角高程法。沉降用水准测量（工作三等，校验二等）综合测量也有用全站仪，也有尝试GPS系统的。 变形监测内部变形土石坝内部变形监测包括分层竖向位移、分层水平位移、界面位移及深层应变监测。测点布设分层竖向位移：布置在最大断面及特征断面上。可设1～3个断面。每个观测断面上可布设1～3条观测垂线，且有一条布设在坝轴线附近。水管式沉降仪的测点应分别布设在1∕3、1∕2、2∕3坝高处。分层水平位移：和分层竖向位移相同。 变形监测内部变形混凝土坝内部变形监测混凝土坝内部变形监测主要包括坝体挠度和倾斜。坝体挠度观测点一般布设在靠近坝顶、坝基及垂线与廊道相交处。倾斜坝体倾斜观测面应尽量设置在廊道内、坝基及垂线与廊道相交处，可以设置在坝体下游面。 变形监测内部变形内部变形监测方法竖向位移监测方法：水管式沉降仪、振弦式沉降仪法、连杆式分层沉降仪法。水平位移监测方法：测斜仪法、钢丝水平位移计法。挠度观测：垂线法、测斜仪法。倾斜观测：静力水准法、倾斜仪法。 渗流监测渗流概念定义：水在孔隙介质中的运动介质：渗透系数K渗流：水压力P、速度V、坡降J、渗流量Q基本规律：达西定律V=KJ=k*（△P/L）运动规律：运动方程、连续性方程渗流场：空间区域的渗流运动的状态 渗流监测大坝渗流危害1）土石坝：破坏防渗与排水设施，造成坝基坝体和结构渗流破坏，降低坝坡稳定性。2）混凝土坝：扬压力降低坝体稳定性，两岸地下水影响坝座和岩体稳定，对坝基和结构造成水化学侵害。3）此外：过大的渗漏损失减低工程效益。渗流分析渗流分析是认识渗流场的方法，在介质与边界确定以后，渗流分析是渗流安全评价的重点。渗流场表达方式：渗流压力分布；函数与图表；流网、等势线与流线（浸润线）。渗流分析方法：原型监测、模型试验、数值计算等。 渗流监测渗流性质渗流性质主要反映为渗透系数K，K具有空间不均匀性和各向异性的特点，分析时简化处理。（cm/s）K的确定方法：现场试验（环坑注水、钻孔注水与压水等），室内试验，经验分析。渗流破坏渗流破坏：渗流作用下的孔隙介质结构的改变，又称渗透变形破坏形式：管涌、流土、冲刷土的分类：管涌、流土、过渡型，Cu判断破坏指标：渗透坡降J，J破坏、J允许破坏判断：直观判断、分析比对 渗流监测渗流安全评判在渗流场认识清楚以后，渗流的安全判断成为比较容易的问题。评判方法：破坏指标、设计条件、工程类比等。渗流控制“上堵下排”原则，上堵措施有防渗体和防渗结构，下排措施有排水体和反滤保护措施，通过这些措施将大坝渗流控制安全范围。 渗流监测坝体渗流压力观测1）横断面布置：最大坝高处、地形或地质条件复杂坝段，一般不少于三个，尽量与变形等断面结合。2）观测孔布置：根据坝型结构及渗流场特征设3~4个，不少于上游、中游、下游三个。3）观测点布置：根据坝高、地层和渗流场特征，在不同高程上布置1~3个。观测设备1）设备有测压管、渗压计两类。2）高坝、渗透系数小和压力变幅小的土层不宜测压管，测压管管径不宜大，渗流急变区的花管段不宜长、测点不宜少。3）观测设备的考证资料要准确，孔口要防雨水，数据采集设备要定期校验。4）造孔要干钻，反滤和分段止水要可靠。 渗流监测坝基渗流压力观测观测目的及内容1）监控观测断面坝基的渗流安全变化。2）了解防渗排水措施的工作效能。3）掌握透水地基的渗压力大小及其分布。4）监控穿坝建筑物渗流安全。5）坝基范围包括天然岩土层，深入坝基的防渗排水设施等。观测布置1）横断面布置：取决于地层结构、地质构造，断面数一般不少于3个，应顺流线方向布置，或与坝体渗流压力观测断面相重合。2）观测孔布置：根据建基面轮廓、坝基地质条件、防渗和排水型式，一般不少于3个。3）观测点布置：一般在不同高程布置1~2个。如下示意。观测方法与坝体观测一样，设备有测压管、渗压计两类，设备选用原则也同。一般坝基观测对测压管的限制放宽。 渗流监测渗流量渗流量是渗流场的另一大基本要素，是反应工程渗流安全问题最为敏感的效应量。它是反应渗流场介质变化最直观、最具综合的定量指标，尤其当渗透破坏征兆在渗流压力观测中反应不够充分的时，更具有特别重要作用。不论对何等工程都为必测项目。大坝的渗流量由三部分组成：坝体的渗流量、坝基的渗流量、通过两岸山体绕渗或两岸地下水补给的渗流量。渗流量观测过程中要综合考虑上下游水位、气温、水温、降雨量。对渗透水要定期取样分析。渗流量的观测布置1）根据坝型和坝基地质条件、渗漏水出流和汇集条件，及所采用的测量方法等确定。2）对坝体、坝基、绕渗及导渗（含减压井和减压沟）的渗流量，应分区、分段进行测量。3）对明流和潜流尽可能完全测量，有条件的工程宜建截水墙或观测廊道。透水层深厚不能观测是应在下游顺水流方向做地下水位观测。4）所有集水和量水设施应避免客水干扰。 渗流监测渗流量观测方法根据渗流量大小和汇集条件选用方法设备：1）容积法：流量小于1L/s时宜采用容积法。2）量水堰法：流量在1～300L/s之间时宜采用量水堰法。3）测流速法：当流量大于300L/s或受落差限制不能设量水堰时，可用测流速或典型断面水位的方法。 渗流监测量水堰法量水堰类型三角堰：当渗流量在1～70L/s之间时采用（三角堰堰口为等腰三角形，底角为直角）梯形堰：当渗流量在10～300L/s之间时采用（一般采用1：2.5的边坡，底边宽度应小于3倍的堰上水头，一般在0.25与1.5m之间）矩形堰：当渗流量大于50L/s时采用（堰口宽度应为2到5倍堰上水头，一般应在0.25与2m之间） 渗流监测量水堰的设置注意问题1）量水堰应设在矩形断面排水沟的直线段，槽底和侧墙不漏水；2）堰板与侧墙和水流方向垂直，堰板平正，堰口水平；3）堰上水流为自由出流形式，不受其它（杂物）干扰；4）量水堰考证资料准确，存档备查。 三角堰板结构示意图 渗流监测直角三角形量水堰Q=1.4H5／2式中：Q——渗流量，m3/s；H——堰上水头，m。梯形量水堰Q=1.86bH3/2式中：Q——渗流量，m3/s；H——堰上水头，m；b——堰口底宽，m。 应力（压力）、应变应力（压力）监测项目土石坝的压力（应力）监测主要包括孔隙水压力、土压力（应力）、接触土压力以及混凝土面板应力等。混凝土坝的应力、应变及温度监测主要包括坝体（坝基）应力、应变、锚杆（锚索）应力、钢筋应力、钢板应力及温度等。 应力（压力）、应变孔隙水压力观测目的及内容了解土石坝坝身或坝基产生的孔隙水压力及其分布与消散情况了解孔隙水压力对施工阶段的施工质量、进度的影响掌握大坝运用期间的渗流状态与坝身稳定，以确保大坝安全提高设计和科研水平一般适用于饱和土及饱和度大于95%的非饱和粘性土观测内容包括均质土坝、水中填土坝、尾矿坝、松软坝基，土石坝的土质防渗体、砂壳等影响安全的关键部位均需进行孔隙水压力观测 应力（压力）、应变孔隙水压力观测设计观测断面根据工程重要程度、坝体尺寸、结构形式，地形地质条件及施工方法等确定一般与沉降观测及土压力观测配合布置。观测点每个横断面上测点数量决定于坝型和具体尺寸以能给出所需的孔隙水压力等压线为原则 应力（压力）、应变观测仪器及其安装仪器设备主要型式：水管式、测压管式、钢弦式、差动电阻式、电阻应变片式等。优先选用钢弦式孔隙水压力计钢弦式孔隙水压力计的埋设，分填土中埋设和钻孔埋设两种 孔隙水压力计填筑过程中埋设孔隙水压力计钻孔 应力（压力）、应变土压力土压力监测目的及内容坝体内土压力观测土体或堆石体接触土压力观测土和堆石与混凝土、岩面或圬工建筑物接触面上目的了解坝体受力情况、接触面的作用压力大小；为验证设计，判断工程安全内容土和堆石体的总应力（即总土压力）、垂直土压力、水平土压力土和堆石与混凝土、岩面或圬工建筑物接触面上的土压力土压力计测值为总土压力，土体有效应力＝土压力计测值－孔隙水压力计 应力（压力）、应变坝体内土压力观测设计观测断面根据坝体结构、地质情况等因素确定，一般可选1~2个横断面作为观测断面观测点在每个横断面不同高程上布置2-3排测点。对心墙坝，每排的各测点可分别布置在心墙中心线、心墙与坝壳接触面上，以及下游坝壳内为计算大小主应力、剪应力，土压力计应成组埋设。对平面应力状态，在坝轴线上，每组应埋设2个土压力计，坝轴线的上游每组应埋设4个土压力计，坝轴线的下游每组应埋设3个土压力计；三向应力状态，每组应埋设6-7个压力计测点附近应埋设孔隙水压力计，以便求得该测点的有效应力。 应力（压力）、应变坝体内土压力观测方法土压力计土压力计埋设土压力计有非坑式和坑式两种埋设方法。一般土压力计的埋设宜按非坑式埋设方法进行，在堆石坝内埋设时最宜采用。 安全监测自动化自动化监测系统充分利用现代先进的通信技术、计算机软硬件技术和自动化技术，集成数据采集、数据管理、数据整编。数据综合分析和反馈决策等功能与一体，对重要建筑物和构造物的安全状况实时监控和评判。大坝安全监测自动化系统能够快速、准确地进行大坝安全参数测量、数据采集和传输，并能进行自动资料整编和分析，监测资料的同步性好，能大大减少人为因素的不确定性。 安全监测自动化安全监测自动化基本要求可靠性为了大坝安全监测自动化系统能长期、稳定运行，其可靠性是第一位的。只有自动监测系统具有低故障率和高可靠性，才能起到其监视大坝安全的作用。准确性自动监测系统的准确性主要是指监测数据的准确性，这包括两个方面，即监测数据的正确性和精度经济实用性自动化监测系统在满足的可靠性和准确性的基础上，还应考虑系统的经济实用性，主要是从系统的结构和系统的监测仪器和设备方面两个方面进行系统的优化 资料整编分析监测资料分析利用原型观测资料，分析各效应量及环境量之间的关系，及时掌握建筑物的运行动态，对安全性态做出合理评价，从而保证大坝安全运行。资料分析划分按监测项目分类按建筑物类型分类按工程建设阶段分类监测资料分析的主要内容监测效应量的变化特征分析环境量对监测效应量的影响分析典型监测效应量的分布特征分析 资料整编分析混凝土坝的分析项目坝体变形稳定坝体强度安全坝基及坝肩稳定安全土石坝的分析项目坝与地基变形稳定性分析坝与地基渗流稳定性分析水闸的分析项目闸室稳定性分析闸室结构安全性分析 资料整编分析资料收集监测仪器埋设及考证资料监测数据资料（变形、渗流、环境量等）巡视检查资料相关的设计及施工资料资料分析常规分析（特征值、变化率、相关分析、比较分析、分布特征分析）数学模型分析（正分析、反分析）作图分析安全评价（最终目的） 谢谢 '