大坝安全监测讲义三 监测资料分析

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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。
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3 监测资料的收集与整理
? 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。
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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
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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 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。
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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。
? （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；
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
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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
? 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
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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；
? 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
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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；
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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。
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2 监测资料分析的内容与方法
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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
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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； ? 与历史同条件（水库水位、温度等条件相近）测值
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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
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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
? 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
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2 监测资料分析的内容与方法
? 监测资料分析的方法
? 4.3 安全评价
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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、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。
? 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30%，不能按设计标准应用，运行 中就做了相应降低。
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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
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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
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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。如视 准线、垂线、廊道纵向扬压力。
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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
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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。
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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 扬压力图形核年监测资料分析，确认可以提高到200m；
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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。
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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。
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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。
? 举列：温度对混凝土重力坝及拱坝的变形影响。
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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。
? 监测系统问题 ? 结构问题
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；
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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；
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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。
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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。
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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。
? 确定大坝及基础的实际综合物理力学参数及随时 间的变化；
? 等等
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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。
? 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。
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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
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4.2 影响测值的基本因素
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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、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。