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1、安全工程概论,安全监测技术与方法,郑 东 健,zhengdj,一 水工建筑物安全监控的发展和教训,18301838年，法国，格罗斯博斯坝根据观测指导施工 1891年，德国埃施巴赫混凝土重力坝开始变形观测 1903年，美国对布恩顿重力坝进行温度观测 19081909，澳大利亚在拱坝进行变形观测 19191920，瑞士布置了世界上第一座永久观测仪器的拱坝 20世纪50年代，中国开始研制大应变计（差阻式卡尔逊仪器），70年代，垂线、引张线，激光照准 现在：GPS、光纤、激光三维、声发射,（一）发展,（二）工程教训,1、法国马尔帕赛双曲拱 薄拱坝坝高60m，底宽6.26m，顶宽1.5m，修建在片麻岩上
2、。1959年12月2日，当水库接近满库时45分钟内坝体突然崩溃。500名士兵丧生，下游10km一城镇变成废墟。,2、四川永川县陈食水库坝基渗漏 在坝基附近岸坡坡脚处，风化泥岩中发育一组与岸坡走向平行的陡倾斜卸荷裂隙，有的开口达20cm之大，渗漏造成的。,3、梅山连拱坝坝肩破裂 1962年右岸大量漏水，大坝三天内向左岸倾斜57.2mm，向下游位移9.4mm，右岸各坝垛出现大量裂缝。,坝高267m，是当时世界上最高的双曲拱坝。库区蓄水后，山体突然以高达2530m/s的速度下滑，近2亿方土石迅速淤满水库，掀起高过坝顶100余米的涌浪，冲毁下游3km处的村镇，造成3000人死亡，水库变为石库。,4、意
3、大利瓦依昂水库滑坡,5、鲍尔德温山水库的溃决,库区距一知名的大断裂带仅300m，有几条小断层从库底下穿过。水沿断层渗透使地基中的粉砂岩、细砂岩受到潜蚀，潜蚀洞穴塌陷造成坝体突然溃决。,6、滑坡,1972年夏天，香港半山区一座27层大楼因变坡滑动倒塌，并切断一座大楼和一片房屋。 1989 年 1 月 10 日在中国云南漫湾水电站大坝坝肩开挖过程中发生的滑坡，耗资近亿元治理， 150 万 kW 的水电站推迟发电近一年，损失巨大。 1981 年雨季宝成铁路共发生滑坡 289 处，中断行车 2 个多月 抢建费用达 2.56 亿元。 抚顺西露天矿自 1914 年投产以来为保持边坡稳定共剥离岩石 1 亿方
4、。,天生桥二级电站闸首滑坡,宝成铁路 K190 段滑坡,1972 年发生于香港岛半山区的滑坡,长江大堤江西马湖滑坡,7、板桥水库和石漫滩水库等五十八座中小型水库溃坝,1975年河南板桥水库垮坝，打捞到的尸体10万多具，后续因缺粮、感染、传染引起的死亡14万，共24万多人死亡。（ 据说在discovery中为“10 top technological catastrophe in the world”），官方为2.6万。,8、青海沟后水库,截止1980 年全世界（ 不包括中国）已建成15 m 以上大坝16 000 余座，年均溃坝1 2 座，死亡133 人. 由此得出年均每座坝的死亡人数为0. 0
5、083 人（这一统计包括了较早年代的资料）. 目前，我国已建坝约85 000 余座，若也按该标准要求，则年均溃坝死亡人数应不超过85 人. 实际上，我国大坝安全似未达到这一水准. 在1954 1990 年间，湖南省共建大坝12 820 座，垮坝292 座，死亡681 人。,监测应用实例,1981年8月，龙羊峡与150年特大洪水，依靠围堰混凝土心墙48支观测仪器，决定加高围堰4m抗洪。 1985年6月，长江三峡新滩，监测预警，大滑坡2000万方，安全撤离，无一伤亡。 洪门、南水、大洪河3座水电厂，经监测分析和补强加固，提高汛前水位，每年增加电能5700万kw.h。,1998年凤滩、五强溪、柘溪三
6、座水库在防洪关键时刻，经监测分析预测，多拦蓄洪峰洪量27亿方，相当于洞庭湖高水位时1m库容。 柘林水库，经实时监测下，超过历史最高水位1.32m运行，为保证京九高速公路和京九铁路安全，起到关键作用,1.工程安全信息采集系统,2.工程安全信息分析评价系统,变形监测 渗流监测 应力监测 水文及水力学监测 地震监测,信息管理 系统,分析评价系统,决策支持系统,专家系统,二 安全监测系统组成,（一）信息采集系统,1.确定性（量化）信息,（1） 变形监测,水平位移 垂直位移 挠 度 倾 斜 接缝及裂缝,扬压力 渗流压力 孔隙压力 绕坝渗流 地下水位 渗流量 水质监测,（2）渗流监测,2.不确定性（模糊）
7、信息,原因量（荷载、环境） 变形 渗流 应力 水文及水力学 地震,常规监测,爆破松动 塑性变形 锚杆灌浆饱合度（砂浆粘结锚杆） 岩土体及材料物理力学特性 岩体声发射、电阻率、声速 有害气体和放射性,岩体松动范围,水文及水力学监测,流速 动水压力 空化 掺气 雾化 冲刷 调压井水位,专项监测,地震监测,位移 速度 加速度 动空隙水压力 动应变、应力 动水压力 地壳变形,专项监测,(1)差动电阻式（卡尔逊仪器）,(2)钢弦式,利用仪器内部的弹性钢丝作为传感元件。钢丝受到拉力作用将产生弹性变形，其变形与电阻变化之间有如下关系：,传感器,敏感元件为一跟金属丝（称钢弦或弦），利用钢弦的自振频率与钢弦张紧
8、力的关系测得物理量。,差动电阻式 钢弦式 电感式 电阻应变片式 电容式 压阻式固体受力后，电阻 （率）发生变化。 司服加速度计式等,(3)电感式,一种变磁阻式传感器，利用线圈的电感的变化进行测量。 通过衔铁和铁芯之间的空气隙变化，引起磁路中磁阻变化，从而引起线圈电感变化。,(4)电阻应变片式,将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。 金属导体的电阻随所受到的机械变形大小而变化。,（1）变形监测,位移水平、垂直、转动、洞身收敛等 沉陷地表、地中、分层、地基等 其他隆起、挠度、缝位移、自生体积、温度、膨胀、岩爆等,方法： （1）经纬仪、水准仪、电子测距仪 激光准直仪。 （2）埋设仪器,视准
9、线法,水平位移观测方法,前方交会法,引张线法,引张线测点,正垂线,垂线法,白山拱坝,正垂线,倒垂线,垂直位移观测方法,固定连通管式,（2）渗流监测,压力或水位：测压管、渗压计、压力表、测深锤 渗流量：量水堰、量杯 水质：混浊度、化学成分,（3）应（压）力监测,采用应力应变计（组）、压应力计、 基岩变形计、位移计、收敛仪、 无应力计、钢筋计、钢板计、 土压力计、围岩压力、锚杆（索）等观测。,2.不确定性（模糊）信息,(1) 现场巡查（巡视检查）,（2）现场检测,日常检查 年度检查 特别检查,时间、路线和 检查程序,汛期检查,特大洪水、地震、 安全事故检查,方法：锤、钎、钢尺、放大镜、望远镜、量杯、石蕊纸、回弹仪、照相机、录像机、闭路电路、潜水员等。,采用无损探测方法，包括探地雷达、电磁剖面仪、电阻率探伤仪、红外温度探测仪、超声检测仪、水声探测仪、水下电视探测仪、潜水器、潜水船等,（二）工程安全信息分析评价系统,系统总体架构,（二）工程安全信息分析评价系统,信息管理系统,（1）工程安全信息分析管理系统,信息分析系统,数据库,误差分析,测点管理,资料整编,时序分析,空间分布,模型分析,维护管理,（2）专家系统,
