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1、大坝安全监测资料整编与分析(王士军),1,大坝安全监测资料整编与分析,南京水利科学研究院 2010.10.22,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),2,一 资料整编和分析的重要性,1 目的： 了解工程性态 指导领导决策特别在汛期防洪形势紧急时 积累技术档案 2 现状： 绝大多数不能及时分析-95%以上-以观测为目的 到安全鉴定或发现异常迹象时请有关单位分析 能够按年整编但不能分析 能够实时分析-极少 3 发展： 风险理念对大坝安全提出了更高的要求-资料分析成为决策前提 预测预警预报技术的基础,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),3,监测资料整编与分析主要内容,监测资料整编 变形分析 渗流分
2、析 大坝安全分析评价系统,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),4,1 监测资料整编,整编目的： 规程的要求 管理的需要了解工程运行性态 技术档案 上级单位要求 2) 整编内容 数据计算 数据审查 填制报表 绘制图形 整编资料刊印,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),5,数据计算,数据计算是根据测点的考证资料，将原始测量数据转换为工程物理量。 数据计算方法与监测项目、测量方式、测量仪器紧密相关，其复杂程度各不相同。如：人工观测测压管水位： ；而用弦式传感器测量测压管水位： 不同的测量仪器有不同的计算方法，这些方法一般由仪器供应商提供。,h=h0-h1,h=h0+c*(f02-f12),大坝安
3、全监测资料整编与分析(王士军),6,数据审查,数据审查常用方法有：,1）建立测点的统计模型，用统计模型的理论值与实测值进行比较，如差值超过3倍剩余标准差，则认为该数据为异常数据。,2）由于监测数据是连续的、渐变的，所以也可以设置突变警戒值，当监测数据与前一监测数据的差超过突变警戒值，应视该监测数据为异常数据。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),7,填制报表、绘制图形,根据土石坝安全监测资料整编规程（SL169-96）要求，对监测资料要定期整编刊印。整编的一个重要内容是填制报表和绘制图形。 对于每一监测项目，有两类报表需填制：考证表、记录表、统计表。 图形包括工程物理量在时间和空间上的分布特
4、征图，以及有关因素的相关关系图，如：渗压力水位过程线、渗压力水位与上游水位相关线、浸润线、竖向位移等值线等。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),8,2 监测资料分析,2.0 监测资料分析的一般原则和过程 (1).原则： 1. 建立在可靠的数据之上 2分析方法宜简单、实用 3和工程性态相联系反映了什么工程问题 4. 从点出发，由点到面，综合分析,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),9,2 监测资料分析,(2) 过程 1搞清楚测点空间位置，包括（x,y,z）才有可能和工 程性态相联系 2画出测点过程线，分析测点资料数据的变化特点 3. 分析测点数据（监测量）与其他因素（上下游水位、温度、时间
5、、降雨量）的关系相关分析 4做出测点的统计模型定量了解监测量和各因素的关系预测预报 5构造一个能够反映工程性态的物理量（函数），分析物理量的变化规律 6. 根据破坏标准，分析该物理量的性态 7综合分析点综合成面 变形、渗流分析结果的综合判断工程性态,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),10,2 监测资料分析,表面变形：表面沉降，横向、纵向水平位移 内部变形：深层沉降，横向、纵向水平位移 裂缝：表层、深层 周边缝：包括面板顶部水平缝,（1） 变形分析 1 ）土石坝主要变形观测项目：,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),11,1.1 ） 分析目的,变形是否正常沉降率 变形是否稳定沉降率/月 防
6、渗体是否可能裂缝（贯穿性横向裂缝） 坝体是否会发生纵向裂缝 裂缝可能延伸多深？ 周边缝是否可能破坏，成为渗漏通道等,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),12,1.2 ）竖向位移分析,1）统计模型 单因子模型仅考虑时间因子 多因子模型上游库水位、水位升降速度、时间,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),13,竖向位移单因子统计模型,常用双曲线型、指数型和对数型 优点：简单、拟合效果好 缺点；难以适应“台阶式”沉降,使用最小二乘法建立统计模型，并相关系数和剩余标准差选择最优模型。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),14,用途,漏测沉降量的推测分析大坝裂缝的关键一步 总沉降率的推算总沉降量 预
7、测预报,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),15,漏测沉降量估算的注意点,几乎所有的土石坝都有漏测 估算的漏测沉降量都是偏小 各排测点的漏测时间是不同的 漏测时间过长时不能用该方法，用分层总和法或其它方法计算漏测沉降。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),16,漏测沉降量估算,如果所建的模型回归效果比较好，可用该模型来计算漏测竖向位移量。 设漏测时间为t0，漏测沉降量为S0，则S0=S(t0) 它与实测竖向位移量的和就是总竖向位移量。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),17,1.3 沉降分析,沉降分析主要包括沉降率计算、沉降速率计算，并根据沉降率 判断是否存在裂缝。 沉降率为总沉降与坝
8、体土层厚度的比值 沉降率可用于判断大坝是否可能裂缝： （1）最大沉降率超过3%，产生裂缝的可能性极大 （2）沉降率在1-3%之间，坝体可能产生裂缝，应具体分析； （3）沉降率少于1%，坝体产生裂缝可能性极小。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),18,沉降速率是单位时间中发生沉降量 判断沉降是否基本稳定 标准值可根据各坝沉降的具体情况来设定,沉降分析,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),19,1.4） 裂缝分析,裂缝分析通过计算纵向或横向倾度、拉应变判断坝体是否存在横向或纵向不均匀沉降裂缝， 倾度计算公式和纵向水平拉应变计算公式如下：,AB为相连两测点倾度； SA、SB为测点的沉降量；l为
9、两测点之间的距离。,为纵向水平拉应变； c为河谷地形系数，一般取c=0.30.5； S1、S2、S3分别为按顺序排列的三点的总沉降量； Hmax为最大坝高； l 为测点间距。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),20,（1）横向裂缝分析,横向裂缝分析时应该注意： 裂缝是变形累积的结果，必须考虑总变形 几乎所有的土石坝变形观测结果都不是总变形，都有漏测 分析的起点要一样,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),21,（2）纵向裂缝分析,用以分析纵向裂缝的观测点处于不同的高程上，填筑到不同高程的时间不同，即开始累积变形的时间不同 各测点也存在漏测沉降，必须找回来 不同高程间两点的变形必须转换到同一
10、高程才能计算 假定坝体可压缩性均匀，不同高程的沉降量和该高程以下可压缩层厚度有关: Sa/Sb=Ha/Hb,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),22,裂缝分析,如纵向倾度超过临界倾度，则可能存在剪切裂缝，技术人员进行剪切裂缝核查。如张拉应变超过极限拉应变, 可能存在横向张拉裂缝，技术人员进行横向张拉裂缝核查。临界倾度和极限拉应变值根据坝体材料的土梁挠曲试验获得，如无抗拉参数，则可根据坝体实际发生裂缝的资料反推破坏参数，或以临界倾度为1%，极限拉应变t为1来做粗略判别。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),23,横向水平位移统计模型,横向水平位移分析的常用多因子统计模型为： 通过逐步回归，进
11、行因子筛选，可以得到最优模型。根据该模型复相关系数和剩余标准差，就可对回归效果给出定性结论，同时根据因子的显著程度，确定主要影响因子，判断发展趋势。,Sh=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7,Sh为横向水平位移量； x1为当日上游水位； x2为前1至10日上游水位平均值； x3为前11至30日上游水位平均值； x4为前31至60日上游水位平均值； x5为前2日至当日的上游水位升降速率； x6为（当日-开始蓄水日期）/365； x7为lnx5。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),24,（2） 渗流分析,实测浸润线是否超过设计浸润线； 下游坡是否出逸；
12、防渗措施是否达到设计目的； 渗流压力与渗流量随时间变化趋势； 坝体坝基抗渗能力是否超过允许值。,目的,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),25,（2） 渗流分析,渗流压力 滞后时间推算 相关分析 统计模型 位势分析 浸润线分析,渗流量 温度校正 滞后时间推算 相关分析 统计模型 化引流量分析,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),26,测压管和渗压计比较,测压管 优点观测精度高、埋设简单、费用少 缺点滞后时间长、易被破坏、不能自动化监测 渗压计 优点滞后时间短、不易被破坏、能自动化监测 缺点观测精度相对低、埋设技术较复杂、系统费用高 3) 适用范围： 渗透性大、低坝测压管 渗透性小、坝较高、
13、测压管不能用的位置、需要自动化渗压计 4) 新建坝和已建坝的渗流监测仪器选择,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),27,渗流压力滞后时间推算,渗流压力水位开始变化要比上游水位开始变化来得晚，这一时差称为渗流压力的滞后时间，主要由渗流压力的传递时间和测量仪器反应时间构成。 计算其滞后时间可采用下面回归模型： 对于某时间段的渗流压力水位，设定不同的t0，可以得到不同的相关系数。我们假定相关系数最大时的t0即是滞后时间。,H(t)=aH1(t-t0)+b,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),28,渗流压力相关分析,相关分析目的在于确定渗流压力水位的主要影响因子。相关分析计算渗流压力水位与上游水位
14、、下游水位、降水量和日均气温的相关系数，根据各个相关系数，可得出主要影响因子和次要因子，也是工程技术人员判断测量仪器的好坏，监测资料是否可靠，测点处的渗流状况的一个依据。例如：如果测压管水位的主要影响因子为降水量，则该测压管可能漏水，在分析时，其监测资料不宜采用。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),29,渗流压力统计模型,渗流压力水位的多因子统计模型很多，这里主要考虑上游水位、降水量、时间等因子。统计模型为：,h=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7+a8x8+a9x9+a10 x10,h为渗流压力水位； x1为当日上游水位； x2为前1至10日上游水
15、位平均值； x3为前11至30日上游水位平均值； x4为前31至60日上游水位平均值； x5为当日降水量； x6为前1日降水量； x7为前2日降水量； x8为前3日降水量； x9为（当日-开始蓄水日期）/365； x10为lnx9。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),30,渗流压力统计模型,通过逐步回归，进行因子筛选，可以得到最优模型。根据该模型复相关系数和剩余标准差，就可对回归效果给出定性结论，确定该测点监测资料的规律性、合理性以及在资料分析中的可信度。同时根据因子的显著程度，确定主要影响因子，这可与滞后时间推算、相关分析相互验证。 如果模型的回归效果比较好，可用该模型对该测点的未来渗流
16、状况进行预测。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),31,渗流压力位势分析,位势的计算公式为： 位势的变化可以判断大坝流场介质是否发生变化 不随时间变化，说明流场介质没有发生变化，渗流性态没有恶化 随时间减小，渗流性态向好的方向转变 随时间增加，渗流性态向坏的方向转变,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),32,浸润线分析,浸润线分析有两种方法：,根据渗流压力水位，画出实际上游水位下的浸润线，和设计浸润线进行比较。 如果实测浸润线低于设计浸润线，则在当前状态下大坝是安全的； 如果实测浸润线高于设计浸润线，则在当前状态下对大坝稳定不利。可予以报警， 进一步复核大坝稳定。 计算相应水位下的浸润线，和该水位下的浸润线比较。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军),33,渗流量温度校正,由于水的粘滞性随水温变化而变化，温度因素可造成渗流量相当大的变化。为了在分析中消除这一影响，在分析之前，应首先把不同温度的渗流量换算成某一标准温度下的渗流量。换算公式： QT、Qt分别为标准水温渗流量和实测水温渗流量； vT、vt分别为标准水温和实测水温时水的运动粘滞系数。,大坝安全监测资料整编与分析(王士军)
