1、1,大坝安全监测讲义（三）,监测资料分析,卢正超,中国水利水电科学研究院结构材料所2006年8月,2,监测资料分析,1 监测资料分析的目的与意义2 监测资料分析的内容与方法3 监测资料的收集与整理4 监测资料的初步分析4.1 常用的初步分析方法4.2 影响测值的基本因素4.3 安全评价,3,1 监测资料分析的目的与意义,（1）掌握大坝的运行状态，为安全运用提供依据大坝的工作条件十分复杂，运用得当可以获得巨大的效益，疏忽大意发生事故又会带来严重的后果。在保障安全的前提下合理发挥工程效益，是对水电站管理的基本要求。,4,1 监测资料分析的目的与意义,在水的压力、渗透、侵蚀、冲涮以及温度变化、干湿循
2、环、冻融交替、泥沙淤积等多种因素的作用下，大坝不断发生变化。这种变化一般是缓慢的却又是持续的。它比较隐蔽、不易察觉，但呈现明显异常时，往往已对安全产生严重威胁，甚至迅速发展到不可挽救的地步。因此，必须在平时就对大坝进行长期、系统的监测，严密监视它的结构状态，及时发现和分析问题，采取适当的运用和维修措施，以保持它始终处于安全状态。,5,1 监测资料分析的目的与意义,大坝的（老化）破坏存在一个量变到质变的过程。通过认真的监测、细致的分析，就能及时发现问题，防患于未然。国内水电站管理中，有不少成功事例。丰满龙羊峡葛洲坝,6,1 监测资料分析的目的与意义,（2）检验设计的正确性，修正设计指标由于地质因
3、素、施工、材料等实际情况复杂多变，以及人们认识的局限性，目前水工设计难以做到和工程实际相吻合。如：设计荷载不能准确算出，坝身及基础各部位物理参数难以精确给出，坝工设计理论不尽完善，结构破坏机理、安全界限不够清楚准确。因此，必须借助监测资料分析判断大坝实际情况和设计情况的差别，检验设计是否正确。,7,1 监测资料分析的目的与意义,我国许多混凝土坝的观测资料起到了检验设计和修正设计的作用。东北丰满、云峰采用了实测坝基扬压力取代设计扬压力图形核算大坝的稳定性；江西上犹江重力坝原设计最高水位198m，经过对历年监测资料分析，确认可以提高到200m；河北王快水库根据实测资料发现泄水建筑物过流能力比设计小
4、30%，不能按设计标准应用，运行中就做了相应降低。,8,1 监测资料分析的目的与意义,（3）了解各种施工措施对坝的影响，监督施工质量接缝灌浆混凝土大坝温度控制,9,1 监测资料分析的目的与意义,（4）为坝工科研提供第一手资料，深化人们对大坝实际工作情况的认识圣弗朗西斯拱坝-混凝土大坝的扬压力问题新丰江-水库地震及坝体抗震丰满-混凝土冻胀问题官厅水库-波浪高度计算公式,10,1 监测资料分析的目的与意义,许多情况需要准确的监测资料才能解决：确定大坝安全的临界指标，如最大变形、最大渗漏、最大扬压力；定量预报水工建筑物的运行状态值，判断结构的异常迹象，确定异常程度；确定大坝及基础的实际综合物理力学参
5、数及随时间的变化；等等,11,2 监测资料分析的内容与方法,监测资料分析的内容认识规律分析测值的随时间的变化规律，如周期性、趋势、变化类型、发展速度、变动幅度；分析测值的随空间分布以了解它在不同部位的特点和差异，掌握它的分布特点及代表性测点的位置；分析测值的影响因素以了解各种外界条件及内部因素对所测物理量的作用程度、主次关系。举列：温度对混凝土重力坝及拱坝的变形影响。,12,2 监测资料分析的内容与方法,监测资料分析的内容发现问题从发展过程和分布关系上发现特殊或突出的测值，联系监测系统状况、承载条件和结构因素进行考察，了解其是否符合正常变化规律或是否在正常变化范围以内，分析原因，找出问题。监测
6、系统问题结构问题,13,2 监测资料分析的内容与方法,监测资料分析的内容预测变化根据所掌握的规律，预测未来一段时间测值的变化范围或取值；根据所发现的问题，估计其发展趋势、变化速度和困难后果。,14,2 监测资料分析的内容与方法,监测资料分析的内容判断安全基于对已有测值的分析，判断过去一段时间内坝的运行状况是否安全正常并对以后可能出现的最不利条件组合下的大坝安全做出预先估计。,15,2 监测资料分析的内容与方法,对监测资料分析的要求充分地利用现场监测的信息，突破“数据丰富、认识贫乏”困境，正确、深入的认识大坝的工作状态和测值的变化规律，准确及时地发现问题和做出安全判断，有效地为运行和设计、施工、
7、科研服务。客观全面，避免主观和片面，力求较正确地反映真实情况和规律，要把握测值和结构状态的内在规律，不停留在表面的描述上。对坝存在的较大问题，要找的准，不漏报、不虚报，要找的及时，在有明显迹象时就应察觉，在可能带来严重后果之前有明确的判断。,16,2 监测资料分析的内容与方法,对监测资料分析的要求为做好监测资料分析，除要具备数量上充分、质量上合乎要求的监测数据外，还要详尽占有坝的勘测、设计、施工、运用资料，掌握坝址水文、气象、地震等资料；分析人员应有掌握结构、材料、监测的基础知识，拥有充分的分析工具。,17,2 监测资料分析的内容与方法,监测资料分析的方法定性分析判断趋势性变是否异常。如应变计
8、测值，一般是温度上升，应变往受压发展，反之，往受拉发展；混凝土坝，坝顶水平位移一般夏季往上游发展，冬季往下游发展，坝顶垂直位移则一般夏季往上抬发展，冬季往下沉发展。定量分析,18,2 监测资料分析的内容与方法,监测资料分析的方法定量分析物理模型方法统计模型方法单点回归统计多点回归统计（分布模型）时间序列模型灰色系统混合模型方法,19,2 监测资料分析的内容与方法,监测资料分析的方法单项分析与综合分析单项分析：单测点分析，确定测点发展趋势，以发现测值异常为目标；综合分析：按同一项目的多个测点、相同部位的不同项目、同一建筑物的相同及不同项目综合，以发现结构异常，确定异常程度为目标；,20,3 监测
9、资料的收集与整理,监测资料的收集与积累监测资料观测成果，包括现场记录、成果计算、成果统计、曲线图、报表、整编资料、分析报告；监测设计及管理资料，包括监测设计技术文件和图纸，监测规程、手册，监测措施及计划、总结，查算图表，分析图表等；监测设备及仪器资料，包括监测设备竣工图，埋设、安装记录，仪器说明书，出厂证明，检验率定记录，设备变化及维修、改进记录等。,21,3 监测资料的收集与整理,监测资料的收集与积累大坝资料大坝勘测、设计及施工资料，包括坝区地形图、坝区地质资料，基础开挖竣工图，地基处理资料，坝工设计及计算资料，大坝的水工模型试验及结构模型试验资料，大坝材料试验资料，大坝施工资料，坝体及基础
10、物理性能测定成果；大坝运用、维修资料，包括上下游水位、流量、气温、降水、冰冻资料，泄洪资料、地震资料，大坝缺陷检查记录，维修加固记录等。,22,3 监测资料的收集与整理,监测资料的整理与整编整理计算。观测数据化为成果数值绘图。过程线，分布图、相关图等。编成果册。整编将长系列监测资料整理并刊印成册,23,4 监测资料分析的初步分析,4.1 常用的初步分析方法4.2 影响测值的基本因素（1）观测因素（2）荷载因素（3）结构因素4.3 安全评价,24,4.1 常用的初步分析方法,（1）绘制过程线以时间为横坐标，所考察的物理量为纵坐标点绘的曲线。可检查周期性、最大最小、年或多年变幅、各时期的变化速率、
11、有无异常突变等。可同时绘出有关因素如水库水位、气温、填筑过程的过程线，以了解测值和这些因素的变化是否相适应，周期是否相同，滞后多长时间，变幅大致比例。可绘制不同测点或项目的曲线，比较它们之间的联系和差异。综合过程线。内部仪器过程线。双时间坐标。坐标比尺缩放。,25,4.1 常用的初步分析方法,（2）绘制测值分布图以横坐标表示测点位置，纵坐标表示测值的曲线。它反映了测值的空间分布。可检查测值分布规律，最大、最小值的位置，各测点特别是相邻点间的差异大小。图上还可绘出有关因素如坝高、弹模等值的分布值，以了解测值的分布是否和它们相适应。图上也可绘出同一项目不同测次和不同项目同一测次的数值分布，以比较其
12、间联系及差异。如视准线、垂线、廊道纵向扬压力。,26,4.1 常用的初步分析方法,（2）绘制测值分布图以横坐标表示测点位置，纵坐标表示测值的曲线。它反映了测值的空间分布。可检查测值分布规律，最大、最小值的位置，各测点特别是相邻点间的差异大小。图上还可绘出有关因素如坝高、弹模等值的分布值，以了解测值的分布是否和它们相适应。图上也可绘出同一项目不同测次和不同项目同一测次的数值分布，以比较其间联系及差异。,27,4.1 常用的初步分析方法,（3）绘制等值线温度等值线位移等值线地下水位等值线应力、应变等值线,28,4.1 常用的初步分析方法,（4）绘制相关图以纵坐标表示测值，横坐标表示有关因素（如水库
13、水位、气温）所绘制的散点加回归线（线性回归、多项式回归）。它反映了测值和该因素的关系，如变化趋势、相关密切程度等。各点可按时序相连，可检查测值变化过程，也称过程相关图。把另一影响因素值标在点据旁（如在水位位移相关图上标出温度值），可检查该因素对测值的影响情况，当影响明显时，还可绘出该因素等值线，成为复相关图，表达了两种因素和测值的关系。包络图。,29,4.1 常用的初步分析方法,（5）特征值统计最大值、最小值、平均值、极差、标准差等；逐年统计多年统计,30,4.1 常用的初步分析方法,（6）测值比较对照与上次测值向比较，检查是否连续渐变还是突变；与历史最大值最小值比较，检查是否有突破；与历史同
14、条件（水库水位、温度等条件相近）测值比较，检查差异程度和偏离方向（正或负）。比较时宜选历史同条件多个测值比较，以避免片面性。除比较测值外，还应比较变化趋势、变幅是否异常；与相邻测点测值比较，检查它们的差值是否在正常范围以内，分布情况是否符合历史规律；,31,4.1 常用的初步分析方法,（6）测值比较对照在相关项目测值之间进行比较，如扬压力和漏水量、水平位移与挠度、坝顶垂直位移和坝基垂直位移等，检查是否有不协调的异常现象；与设计计算值、模型试验数据比较，检查变化和分布趋势是否相近。数值差别有多大，偏大还是偏小；与监控标准比较，判断测值是否正常；和预测值比较，检查出入大小是偏于安全还是偏于危险。,
15、32,4.2 影响测值的基本因素,（1）观测因素粗大误差（疏失误差）系统误差偶然误差,33,4.2 影响测值的基本因素,（2）荷载因素荷载：自重、上、下游水压力、坝基扬压力、浪压力、泥沙压力、地震作用、冰压力、温度荷载；在大坝建成后的变形及渗流分析中，主要是上下游水位、温度；在下游水位变幅不大且相对上游水深较小，可只考虑上游水位和温度变化的影响；水位、温度的影响往往有一过程，滞后现象。扬压力、漏水滞后现象较明显；,34,4.2 影响测值的基本因素,（2）荷载因素混凝土坝水位与温度不独立，往往互相影响；混凝土坝，高水位、低温为不利工况；混凝土坝的挡水坝段和溢流坝段工作情况不同，温度影响各异；发生
16、强烈地震时，大坝变形和渗漏可能有所变化；对于某些坝而言，在一定条件下，某些次要因素可能成为主要荷载。如寒冷地区的低坝，冰压力有时占重要地位；多泥沙河流坝前淤积很快时，泥沙压力可能成为一种主要影响因素。,35,4.2 影响测值的基本因素,（3）结构因素坝基地质条件。坝基岩石的均匀性、弹模、泊松比、抗压强度、抗剪强度数值，断层、节理、软弱破碎带的分布和性质、抗渗性和排水性、边坡稳定性。基础处理条件。坝基开挖、固结灌浆、帷幕灌浆、排水、软弱破碎带的处理等。,36,4.2 影响测值的基本因素,（3）结构因素坝体坝的尺寸和构造，坝体材料的质量和特性，坝在运用中的变化。,37,4.2 影响测值的基本因素,
17、大坝结构条件在各坝段各有不同，在坝建成后基本不变或少变，而荷载则周期性在变化，因此，大坝观测成果的数值在空间分布上主要取决于结构条件，在时间发展上主要取决于荷载变化。但荷载在各坝段也不同，对测值的空间分布也会发生影响；同时，结构条件随着时间的推移总会发生变化，有时甚至是质的变化，这也不能不影响到测值的过程变化。总之，监测资料分析的任务是“将各种材料加以去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里的思索”，认识大坝观测数值在空间分布和时间发展上的规律性，掌握它和各种因素的联系，从观测值的变化来考察和发现大坝结构的变化和异常现象，防止大坝结构的变化向不安全的方向发展到质变。,38,4.3 安全评价,应定期对监测结果进行分析研究，并按下列类型对大坝的工作状态作出评估：正常状态：大坝达到设计要求的功能，不存在影响使用的缺陷，各主要监测量的变化处于正常；异常状态：大坝的某项功能已不能达到完全满足设计要求，或主要监测量出现某些异常，影响正常使用。险情状态：大坝出现危及安全的严重缺陷，或环境中某些危及安全的因素正在加剧，或主要监测量出现较大异常，若按设计条件运行将出现大事故。,
