水工建筑物安全监测与健康诊断(ebook)

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1、课程编号：S205C196水工建筑物安全监测与健康诊断学时：24，学分：1.5授课单位：建工学院任课教师：徐国宾参考教材：吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用.高等教育出版社,2003主要参考书：*1.赵志仁.大坝安全监测的原理与应用.天津科学技术出版社,19922.王德厚.大坝安全监测与监控.中国水利水电出版社,20043.郦能惠.土石坝安全监测分析评价预报系统.中国水利水电出版社,20034.吴中如,顾冲时.大坝安全综合评价专家系统.北京科学技术出版社,1997绪论§0-1大坝安全监测与健康诊断必要性大坝安全监测与健康诊断就是收集大坝观测数据和解释

2、这些数据。在水利界，“大坝”一词，有时也具有“水库”、“水利枢纽”、“拦河坝”等综合性含义。所以大坝安全监测与健康诊断，实际上也可以理解为以大坝为中心的各种水工建筑物的安全监测与健康诊断。我国目前已建成8.5万多座大坝，由于历史原因和当时的经济、技术条件，一些大坝的安全度较低或者设计标准偏低等，以及多年运行，年久失修，约有33%的大坝存在较多的隐患和老化病害，尤其是中小型水库病坝更为严重，影响着这些工程效益的发挥，甚至威胁下游人民的生命财产安全。另外，随着水能资源的深入开发，一些新建或待建的大坝坝址的地质条件越来越复杂，大坝的规模也越来越大，增加了大坝出

3、事的风险因素。如近些年来我国已建坝高在150m以上的工程，有二滩、龙羊峡、乌江渡、白山、三峡等，正在建设和准备建设的如小湾、拉西瓦、锦屏一级、溪洛渡等高拱坝均为300m级的超高坝。因此，大坝的安全已引起人们的普遍关注。1水工建筑物的特点，不仅表现在投资大、效益大，设计施工复杂，也表现在其失事后果严重。大坝建成后，随着结构老化以及其它随机性的原因，出现事故，也难于完全避免。但是可以采取措施减免事故发生，或将事故发生所造成的损失减至最小，特别是减少人员伤亡还是能够做到的。可以采取的措施包括：①改进大坝设计方法；②加强大坝安全监测；⑧重视工程的规划和勘探，特别

4、是水文分析和地质、地基工作；④严格大坝运行管理、除险加固。大坝的寿命可分为运行初期、正常运行期和老化期三个阶段。大坝运行初期和老化期，最容易出现问题。见图1-1。大坝失事概率运行初期正常运行期老化期坝龄图1-1大坝各龄期失事概率示意根据世界大坝的统计资料，几乎60％左右的大坝失事，都是在水库蓄水后头几年内发生的。在大、中型水电工程中，常常提出“提前发电”的要求，即在主体工程尚未全部竣工之前，水电站便开始投入运行，大坝便开始工作。此刻水库尚未形成，工作条件可能比设计情况更恶劣，最容易出现问题。所以，在运行初期，要加强监测及时排除故障。大坝在正常工作的龄期内

5、，产生洪水漫顶导致垮坝的，属随机事故。这类事故在失事坝中的比重，各国统计数字均占首位，在我国占51.5％。漫顶失事的概率密度与大坝寿命和质量关系不大，主要随遭遇洪水而定，表现为随机失效特点。漫坝失事主要是土石坝。漫顶，主要是入库流量超标，溢洪道故障，闸门操作失灵等原因。持续漫顶，会增加失事致灾的可能。大坝由于材料老化，混凝土受冷热交替、气候变化影响，地下水浸蚀，泥沙作用，逐步丧失强度和稳定，同时附属设施等也会出现老化现象。在老化期，容易出现问题。目前对大坝老化有如下几点认识：1)土石坝与混凝土坝、砌石坝相比，其老化速率较慢，但洪水漫顶是土石坝的致命危险。

6、22)筑坝技术对堤坝老化和事故影响很大，随着筑坝技术的发展，坝的技术性能在不断提高，其老化和破坏率也随之减小。3)随着坝龄增加，坝坝遭受各种外力作用及意外考验的概率增高，使坝坝老化加剧。也就是说除了坝自身外，水库蓄泄的频次和幅度以及地震、洪水、异常气候、生物侵害等不利影响均随坝龄增长而增大，这就是坝坝老化的外因。4)加强管理、维修工作，保持堤坝承载能力，可延缓堤坝的老化过程。大坝最严重的失事就是垮坝。水库垮坝是一种特殊的灾种，一旦发生，后果十分严重。例如：1975年河南板桥、石漫滩两座大型水库、两座中型水库和58座小型水库垮坝，致使29个县市1100万亩

7、农田遭受毁灭性灾害，冲毁铁路102km，直接经济损失100亿元，死亡人数达9万人。这次垮坝堪称是世界最大垮坝惨剧；1963年海河大水，5座中型水库垮坝，死亡达1000多人；1993年青海沟后小(一)型水库垮坝，死亡320余人。随着经济与社会发展，城市化、人口与财产高度集中，垮坝所造成的后果也会越来越严重。水库垮坝悲剧，如同阴影，伴随着人类自进入“工业革命”时代以来的水库兴建史，一再重演。下面为国外部分水库垮坝事故一览：1864年，英国戴尔戴克水库在蓄水中发生裂缝垮坝，死亡250人，800所房屋被毁。1889年，美国约翰斯敦水库洪水漫顶垮坝，死亡4000－

8、10000人。1959年，西班牙佛台特拉水库发生沉陷垮坝，死亡144人。1959