一種混凝土重力危壩的抗滑穩定性檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及大壩的損傷穩定性評價與監測預警技術領域，特別涉及基于庫水位動 力變化的混凝土重力危壩抗滑穩定性檢測參數、評價方法與監測預警領域。
【背景技術】
[0002] 據國際大壩委員會統計，世界上壩高15m以上大壩共有5萬多座，中國有2萬多 座，占44%，混凝土壩約占一半。我國大壩多數是20世紀50-70年代建造的，由于歷史原 因，當初修建的大壩存在防洪標準低、施工質量差和安全隱患多等問題。目前，按照設計標 準，在世界范圍內許多大壩在長期服役狀態下達到甚至超過了設計壽命，稱為危壩，壩體出 現不同程度的老化特征，易產生嚴重的損傷災變安全隱患，導致大壩的長期性能退化。若不 能及時發現和排除這些隱患，將會影響大壩的安全運行和水庫綜合效益的發揮，同時也給 下游的城鎮、交通和人們的生命財產造成威脅，甚至將帶來不可想象的毀滅性災難、事故。 由于各方面的局限，大壩的設計和建設無法做到萬無一失，大壩運行中也可能出現潰壩安 全問題，因此，加強大壩安全監測成為非工程措施中極為重要的一個方面，大壩安全穩定問 題顯得日益突出。實際工程中，如何對大壩在運行期間的抗滑穩定性進行有效監測，并依據 監測結果和庫水位動力檢測參數對其抗滑穩定性演化趨勢及潰壩風險做出科學準確地預 測預報是水利工程安全評價領域亟待解決的重要問題和難題。
[0003] 由于重力壩的抗滑穩定問題比較復雜，其分析方法尚無統一和明確的規定，需根 據具體情況參考類似工程經驗做出判斷。重力壩抗滑穩定問題的分析和解決方法都是：以 剛體極限平衡法為主，輔以有限元分析或模型試驗，驗算以整體安全度為主，輔以對局部安 全度的檢查，采用的安全度標準比正常條件的高一些。主要方法具體如下：①剛體極限平衡 法。將失穩塊體視為一個或若干個整體滑移的剛體，研宄它達到臨界失穩狀態的條件，從而 估算其穩定性。其概念清楚、計算簡便，有配套的設計準則，但不能準確的評價壩體穩定安 全度。②有限單元法。借助計算機技術和有限元原理，提供壩體及壩基內各點的應力及應變 值，算出沿軟弱面上的局部安全系數，由此估算整體抗滑系數。其采用彈性理論，比剛體法 更合理精確，但缺少相應的判別準則。③模型試驗法。其必須反映壩體內的各種情況和性 質，否則與原型無相似之處，失去試驗的意義，且其較麻煩，只在重大工程上作為補充參考。 ④分項系數法。最新的《混凝土重力壩設計規范》在原基礎上采用概率極限狀態設計原則， 以分項系數極限狀態設計表達式進行結構的穩定性驗算。其結果隱含地反映規定的可靠度 水平，是新規范推薦的方法。⑤可靠度方法。將結構參數視為隨機變量，與現有的力學計算 方法相結合進行結構計算和可靠性分析。
[0004] 鑒于上述大壩穩定性檢測與評價方法的現狀與不足，本發明擬建立和確定一種基 于位移監測和庫水位動力耦合檢測參數與有效定量評價方法，并克服上述大壩預測評價方 法存在的不足和局限性，在混凝土重力危壩抗滑穩定性評價與監測預警領域具有重要的應 用價值。
【發明內容】
[0005] 本發明針對上述方法的不足和缺陷，提供一種混凝土重力危壩抗滑穩定性的庫水 位動力檢測參數與方法，準確評價混凝土危壩出現整體滑移的可能性，為大壩抗滑穩定性 有效監測預警與科學治理提供有效可行的檢測與評價方法。具體發明思路是將大壩庫水位 的動力變化作為大壩的加載動力參數，將大壩位移的動力響應變化作為大壩對于庫水位加 載動力的位移響應參數，以大壩的動力參數和位移響應參數為依據，確定大壩的庫水位動 力卸加載位移響應比耦合預測參數，并運用損傷力學的基本原理，確定該動力預測參數與 傳統穩定性評價方法中穩定性系數的定量關系，以此建立一種基于庫水位與位移變化的大 壩穩定性系數測定方法。為此，在對大壩庫水位動力卸加載位移響應比參數進行實時監測 的基礎上，以穩定性系數為判據準則，對大壩的損傷災變與穩定性進行評價與預測預報。
[0006] 為實現上述目的，本發明采用如下步驟的技術方案：
[0007] 一種混凝土重力危壩的抗滑穩定性檢測方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :在壩體表面和壩體內部布置監測點，在監測點的位置布置監測儀器，且在 監測大壩體以外穩定的基巖或無變形的區域設置基準監測點；
[0009] 步驟2 :采用水位監測系統檢測水庫區壩前庫水位值；為相關工程技術人員實時 提供壩前庫水位動態數據；
[0010] 步驟3 :利用步驟1的監測儀器獲取大壩位移變形量，利用戶外數據收集裝置將數 據實時傳輸到智能遠程監測站，對傳輸數據初步處理分析；
[0011] 步驟4 :根據步驟2和3獲得的數據，確定大壩庫水位動力卸加載動力參數和位移 響應參數；
[0012] 步驟5 :根據步驟4獲得的數據，確定大壩庫水位動力卸加載位移響應比參數；
[0013] 步驟6:根據步驟5獲得的數據確定大壩實時損傷穩定性系數；
[0014] 步驟7:通過對上述步驟中確定的大壩動態穩定性系數與傳統安全系數比較，對 大壩的損傷災變風險進行動態監測預警與穩定性評價：即當大壩動態穩定性系數大于傳統 安全系數時，則判定大壩處于穩定狀態；當大壩動態穩定性系數大于傳統安全系數時，則判 定大壩處于不穩定狀態。
[0015] 所述的步驟1中布置大壩基準監測點和變形監測點，具體如下：
[0016] 在大壩變形監測布置設計中，要充分地考慮到影響壩體變形的各種因素，壩體表 面監測點在壩面上呈網格狀布置，以求能較準確地反映出壩體變形的全貌。壩體內部監測 點以面的形式布置，將大壩切成左、中、右三個面，在每個監測面上監測點呈對應網格狀布 置，將監測儀器布置在壩體變形分布中最重要、最敏感的部位（大壩最高處、合龍段、壩內 有泄水底孔處及閘房處），且與壩體表面監測點相對應。由此形成空間監測布置，以較全面 地掌握壩體變形的空間分布規律；為避免庫區蓄水的影響，基準監測點需遠離壩區，應選在 監測大壩體以外穩定的基巖或無變形的區域。
[0017] 步驟2中采用檢測裝置檢測水庫區壩前庫水位值具體如下：
[0018] 采用雷達水庫水位監測GPRS遠傳系統"水位遠程監控系統"，監測壩前庫水位值， 該系統能夠實時在線監測庫水位參數。系統采用集散式控制結構，通過高精度傳感器及高 敏感器件遙測庫水位信息；經過計算機分析處理，通過GPRS模塊把庫水位數據傳回監控中 心實時監控，為相關工程技術人員實時提供壩前庫水位動態數據。
[0019] 所述的步驟1中的監測儀器的布置要保證埋設的監測設備與壩體和壩岸緊密耦 合，設備之間相互獨立、互不干涉，且保證每個監測點位移變化值得到有效監測；
[0020] 所述的步驟3利用戶外數據收集裝置將數據實時傳輸到智能遠程監測站，對傳輸 數據初步處理分析，并錄入表格。大壩安全監測自動化系統應注意可靠性、準確性，同時應 選擇簡單、實用的設備進行人工觀測，雖然當前自動化監測的精度最差也遠高于人工觀測， 但為了避免監測數據漏失，在布置自動化監測設備時，應并行布置人工觀測設備，以備必要 時的校測。
[0021] 步驟4大壩庫水位動力卸加載參數和位移響應參數的確定方法具體如下：
[0022] 1)庫水位卸加載動力參數的確定
[0023] 根據監測數據確定大壩的統計分析與預測周期，并以此周期為基礎預測單位統計 大壩某月庫水位氏和上月庫水位H g的差值A H :
[0024] A H = (1)
[0025] 將式（1)中AH作為水動力卸加載標準。當AH &g