浅谈大坝的安全监控工

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1、浅谈大坝的安全监控工【摘要】本文叙述了大坝安全监测与控制方法，分析了大坝安全监控的国内外发展形势，以期减少人坝失事或失稳事故。【关键词】大坝；安全监测与控制方法；国内外发展形势20世纪20年代以来，国际上相继发生了圣佛朗西斯（美国，1928年）、马尔巴塞（法国，1959年）、瓦依昂特（意大利，1963年）等跨坝事件，我国也先后发生了板桥、石漫滩（1975年）洪水漫顶以及沟后水库（1993年）渗透破坏等跨坝事件。跨坝给相关国家带来了惨重的灾害和巨大的经济损失，这引起了各国政府和坝工界对大坝安全监测的高度重视［1］o有关统计分析表明，大坝失事或严重大坝

2、事故主要表现为四种形式：设计洪水偏低引起漫顶；地质勘探不充分造成失稳和渗漏；设计与施工缺陷导致大坝老化加速;遭遇地震等特殊荷载。因此，有必要针对不同人坝的具体情况和特点，设置相应的安全监测项目，对大坝变形、渗流、应力应变等进行连续而全面的监测，并对实测数据进行及时的处理和分析，在此基础上实现大坝安全性态的综合评判，以馈控大坝的安全和运行。大坝安全监测与控制的研究工作可大致分为五个方面：观测资料的误差处理与分析；观测资料的正分析；观测资料与大坝结构性态的反分析；反馈分析与安全监控指标的拟定；大坝安全综合评判与决策，各个方面的研究相互联系，构成了大坝安

3、全监控的理论框架体系［2］。1观测资料的误差处理与分析在利用大坝安全监测资料进行止反分析前，首先应对原始测值资料进行误差处理与分析。大坝安全监测数据的误差分为粗差、系统误差和随机误差三类。在测量过程屮，应当剔除粗差，消除或削弱系统误差，使观测值中仅含随机误差。测量误差分析的方法一般有测值范围检验分析法、数学模型分析法及统计检验法等。粗差是由某些不正常因索所造成的与事实明显不符的一种误差，通常属于测量错误，这种误差较易发现，应予以剔除。目前主要釆用基于最小二乘理论的分析方法对粗差判别和处理，较常用的方法冇数据探测法和稳健估计法。此外还常用统计量检验法

4、，如格拉布斯准则、肖维勒准则、t检验准则、F检验准则等［3］。系统误差可分为定值系统误差和变值系统误差，一般通过数学模型分析结果进行判别，通常的处理方法是设法找出系统误差的函数表达式，然后在观测结果屮加以扣除。随机误差由随机因素造成，其符号和绝对值人小无规律且不可预料，但随着测次增加，一般认为随机误差呈正态分布，具有零均值。2观测资料的正分析原型观测资料正分析的主要任务是由实测资料建立数学监控模型。应用这些模型监控大坝等水工建筑物的今后运行，同时对模型屮的各个分量（特别是时效分量）进行物理解释，借以分析人坝等水工建筑物的工作形态。根据建立模型方法不

5、同，可以归纳为：用统计学方法建立的统计模型;应用时间序列法和灰色系统理论建立预测模型；用模糊数学建立预测模型；用有限元方法分析计算，并与实测值拟合，建立确定性模型或混合模型。意大利的D.Tonini于1956年首次将影响大坝位移的因素分成水压、温度、时效三部分，并用三次多项式表示水压分量、温度分量。1977年意大利的Faneli等提出了混凝土大坝变形的确定性模型和混合模型，将有限元理论计算值与实测数据有机的结合起来，以监控大坝的安全状况。近20年來，随着计算机技术的发展，大坝观测资料的止分析研究也取得了很大的进步，国内外大坝观测资料的分析工作逐渐向

6、纵深方向发展，多测点建模、复合建模技术等新方法以及灰色系统、模糊理论、人工神经网络、遗传算法、混沌理论等新理论被引入到人坝安全监控领域中。3观测资料与大坝结构性态的反分析原型观测资料的反分析，按其实际内涵包含反演分析和反馈分析，两者既有机联系，又有区别，按系统识别理论的概念统称为反分析［4］。反演分析是依据正分析的结果，通过相应的理论分析，借以反求大坝等水工建筑物和地基的材料参数以及某些结构特性（简称“源项”）等，以校准影响计算精度的主要因素。大坝及坝基的参数反演有两种方法，即常规分析法和确定性模型法。国内外对大坝及坝基参数的反演分析比较深入，尤其

7、对混凝土坝反分析研究较为普遍，并取得了很多成果。在弹性问题的位移反分析屮，1977年，N.Shimizu和S.Sakurai提出边界元位移反分析方法。在粘弹性参数反演方面,刘怀恒和杨林德引入基于时间的等效弹性模量,然后反推流变参数,但这种算法只局限于简单的线弹性材料。沈家荫、林炳仕等研究由位移观测资料反演分析的边界元法。薛琳、G.Gioda等也在岩体粘弹性参数反分析方面提出一些实用的计算方法。反馈分析是综合应用正分析和反演分析的成果，并通过相应的理论分析，从屮寻找某些规律和信息，及时反馈到设计、施工和运行屮去，达到优化设计、施工和运行的目的，并补充

8、和完善现行水工设计和施工规范。1969年，Terzaghi提出的观测设计法是反分析思想的最早应用。4反馈分析与安全监控指标