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1、大壩安全監(jiān)測資料整編與分析,一 資料整編和分析的重要性,1 目的：了解工程性態(tài)指導(dǎo)領(lǐng)導(dǎo)決策特別在汛期防洪形勢緊急時(shí)積累技術(shù)檔案2 現(xiàn)狀：絕大多數(shù)不能及時(shí)分析-95%以上-以觀測為目的到安全鑒定或發(fā)現(xiàn)異常跡象時(shí)請有關(guān)單位分析能夠按年整編但不能分析能夠?qū)崟r(shí)分析-極少3 發(fā)展：風(fēng)險(xiǎn)理念對大壩安全提出了更高的要求-資料分析成為決策前提預(yù)測預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)的基礎(chǔ),監(jiān)測資料整編與分析主要內(nèi)容,監(jiān)測資料整編變形分析滲流分析大壩安全分析評價(jià)系統(tǒng),1 監(jiān)測資料整編,整編目的：規(guī)程的要求管理的需要了解工程運(yùn)行性態(tài)技術(shù)檔案上級單位要求 2)整編內(nèi)容數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)審查填制報(bào)表 繪制圖形整編資料刊印,數(shù)據(jù)計(jì)算,數(shù)據(jù)計(jì)算是根據(jù)2、測點(diǎn)的考證資料，將原始測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工程物理量。數(shù)據(jù)計(jì)算方法與監(jiān)測項(xiàng)目、測量方式、測量儀器緊密相關(guān)，其復(fù)雜程度各不相同。如：人工觀測測壓管水位：；而用弦式傳感器測量測壓管水位：不同的測量儀器有不同的計(jì)算方法，這些方法一般由儀器供應(yīng)商提供。,h=h0-h1,h=h0+c*(f02-f12),數(shù)據(jù)審查,數(shù)據(jù)審查常用方法有：,1）建立測點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)模型，用統(tǒng)計(jì)模型的理論值與實(shí)測值進(jìn)行比較，如差值超過3倍剩余標(biāo)準(zhǔn)差，則認(rèn)為該數(shù)據(jù)為異常數(shù)據(jù)。,2）由于監(jiān)測數(shù)據(jù)是連續(xù)的、漸變的，所以也可以設(shè)置突變警戒值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)與前一監(jiān)測數(shù)據(jù)的差超過突變警戒值，應(yīng)視該監(jiān)測數(shù)據(jù)為異常數(shù)據(jù)。,填制報(bào)表、繪制圖形,根據(jù)土石壩安全3、監(jiān)測資料整編規(guī)程（SL169-96）要求，對監(jiān)測資料要定期整編刊印。整編的一個(gè)重要內(nèi)容是填制報(bào)表和繪制圖形。對于每一監(jiān)測項(xiàng)目，有兩類報(bào)表需填制：考證表、記錄表、統(tǒng)計(jì)表。圖形包括工程物理量在時(shí)間和空間上的分布特征圖，以及有關(guān)因素的相關(guān)關(guān)系圖，如：滲壓力水位過程線、滲壓力水位與上游水位相關(guān)線、浸潤線、豎向位移等值線等。,2 監(jiān)測資料分析,2.0 監(jiān)測資料分析的一般原則和過程(1).原則：1.建立在可靠的數(shù)據(jù)之上2分析方法宜簡單、實(shí)用3和工程性態(tài)相聯(lián)系反映了什么工程問題4.從點(diǎn)出發(fā)，由點(diǎn)到面，綜合分析,2 監(jiān)測資料分析,(2)過程 1搞清楚測點(diǎn)空間位置，包括（x,y,z）才有可能和工 程性態(tài)相聯(lián)系 4、2畫出測點(diǎn)過程線，分析測點(diǎn)資料數(shù)據(jù)的變化特點(diǎn) 3.分析測點(diǎn)數(shù)據(jù)（監(jiān)測量）與其他因素（上下游水位、溫度、時(shí)間、降雨量）的關(guān)系相關(guān)分析 4做出測點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)模型定量了解監(jiān)測量和各因素的關(guān)系預(yù)測預(yù)報(bào) 5構(gòu)造一個(gè)能夠反映工程性態(tài)的物理量（函數(shù)），分析物理量的變化規(guī)律 6.根據(jù)破壞標(biāo)準(zhǔn)，分析該物理量的性態(tài) 7綜合分析點(diǎn)綜合成面 變形、滲流分析結(jié)果的綜合判斷工程性態(tài),2 監(jiān)測資料分析,表面變形：表面沉降，橫向、縱向水平位移內(nèi)部變形：深層沉降，橫向、縱向水平位移裂縫：表層、深層周邊縫：包括面板頂部水平縫,（1）變形分析1）土石壩主要變形觀測項(xiàng)目：,1.1）分析目的,變形是否正常沉降率變形是否穩(wěn)定沉降率/月防滲體5、是否可能裂縫（貫穿性橫向裂縫）壩體是否會發(fā)生縱向裂縫裂縫可能延伸多深？周邊縫是否可能破壞，成為滲漏通道等,1.2）豎向位移分析,1）統(tǒng)計(jì)模型單因子模型僅考慮時(shí)間因子多因子模型上游庫水位、水位升降速度、時(shí)間,豎向位移單因子統(tǒng)計(jì)模型,常用雙曲線型、指數(shù)型和對數(shù)型 優(yōu)點(diǎn)：簡單、擬合效果好 缺點(diǎn)；難以適應(yīng)“臺階式”沉降,使用最小二乘法建立統(tǒng)計(jì)模型，并相關(guān)系數(shù)和剩余標(biāo)準(zhǔn)差選擇最優(yōu)模型,用途,漏測沉降量的推測分析大壩裂縫的關(guān)鍵一步總沉降率的推算總沉降量預(yù)測預(yù)報(bào),漏測沉降量估算的注意點(diǎn),幾乎所有的土石壩都有漏測估算的漏測沉降量都是偏小各排測點(diǎn)的漏測時(shí)間是不同的漏測時(shí)間過長時(shí)不能用該方法，用分層總和法或其它方6、法計(jì)算漏測沉降。,漏測沉降量估算,如果所建的模型回歸效果比較好，可用該模型來計(jì)算漏測豎向位移量。設(shè)漏測時(shí)間為t0，漏測沉降量為S0，則S0=S(t0)它與實(shí)測豎向位移量的和就是總豎向位移量。,1.3 沉降分析,沉降分析主要包括沉降率計(jì)算、沉降速率計(jì)算，并根據(jù)沉降率判斷是否存在裂縫。沉降率為總沉降與壩體土層厚度的比值 沉降率可用于判斷大壩是否可能裂縫：（1）最大沉降率超過3%，產(chǎn)生裂縫的可能性極大（2）沉降率在1-3%之間，壩體可能產(chǎn)生裂縫，應(yīng)具體分析；（3）沉降率少于1%，壩體產(chǎn)生裂縫可能性極小。,沉降速率是單位時(shí)間中發(fā)生沉降量判斷沉降是否基本穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)值可根據(jù)各壩沉降的具體情況來設(shè)定,沉降分析7、,1.4）裂縫分析,裂縫分析通過計(jì)算縱向或橫向傾度、拉應(yīng)變判斷壩體是否存在橫向或縱向不均勻沉降裂縫，傾度計(jì)算公式和縱向水平拉應(yīng)變計(jì)算公式如下：,AB為相連兩測點(diǎn)傾度；SA、SB為測點(diǎn)的沉降量；l為兩測點(diǎn)之間的距離。,為縱向水平拉應(yīng)變；c為河谷地形系數(shù)，一般取c=0.30.5；S1、S2、S3分別為按順序排列的三點(diǎn)的總沉降量；Hmax為最大壩高；l 為測點(diǎn)間距。,（1）橫向裂縫分析,橫向裂縫分析時(shí)應(yīng)該注意：裂縫是變形累積的結(jié)果，必須考慮總變形幾乎所有的土石壩變形觀測結(jié)果都不是總變形，都有漏測分析的起點(diǎn)要一樣,（2）縱向裂縫分析,用以分析縱向裂縫的觀測點(diǎn)處于不同的高程上，填筑到不同高程的時(shí)間不同，8、即開始累積變形的時(shí)間不同各測點(diǎn)也存在漏測沉降，必須找回來不同高程間兩點(diǎn)的變形必須轉(zhuǎn)換到同一高程才能計(jì)算假定壩體可壓縮性均勻，不同高程的沉降量和該高程以下可壓縮層厚度有關(guān):Sa/Sb=Ha/Hb,裂縫分析,如縱向傾度超過臨界傾度，則可能存在剪切裂縫，技術(shù)人員進(jìn)行剪切裂縫核查。如張拉應(yīng)變超過極限拉應(yīng)變,可能存在橫向張拉裂縫，技術(shù)人員進(jìn)行橫向張拉裂縫核查。臨界傾度和極限拉應(yīng)變值根據(jù)壩體材料的土梁撓曲試驗(yàn)獲得，如無抗拉參數(shù)，則可根據(jù)壩體實(shí)際發(fā)生裂縫的資料反推破壞參數(shù)，或以臨界傾度為1%，極限拉應(yīng)變t為1來做粗略判別。,橫向水平位移統(tǒng)計(jì)模型,橫向水平位移分析的常用多因子統(tǒng)計(jì)模型為：通過逐步回歸，進(jìn)行因子9、篩選，可以得到最優(yōu)模型。根據(jù)該模型復(fù)相關(guān)系數(shù)和剩余標(biāo)準(zhǔn)差，就可對回歸效果給出定性結(jié)論，同時(shí)根據(jù)因子的顯著程度，確定主要影響因子，判斷發(fā)展趨勢。,Sh=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7,Sh為橫向水平位移量；x1為當(dāng)日上游水位；x2為前1至10日上游水位平均值；x3為前11至30日上游水位平均值；x4為前31至60日上游水位平均值；x5為前2日至當(dāng)日的上游水位升降速率；x6為（當(dāng)日-開始蓄水日期）/365；x7為lnx5。,（2）滲流分析,實(shí)測浸潤線是否超過設(shè)計(jì)浸潤線；下游坡是否出逸；防滲措施是否達(dá)到設(shè)計(jì)目的；滲流壓力與滲流量隨時(shí)間變化趨勢；壩體壩基抗?jié)B10、能力是否超過允許值。,目的,（2）滲流分析,滲流壓力 滯后時(shí)間推算 相關(guān)分析 統(tǒng)計(jì)模型 位勢分析 浸潤線分析,滲流量 溫度校正 滯后時(shí)間推算 相關(guān)分析 統(tǒng)計(jì)模型 化引流量分析,測壓管和滲壓計(jì)比較,測壓管優(yōu)點(diǎn)觀測精度高、埋設(shè)簡單、費(fèi)用少缺點(diǎn)滯后時(shí)間長、易被破壞、不能自動化監(jiān)測滲壓計(jì)優(yōu)點(diǎn)滯后時(shí)間短、不易被破壞、能自動化監(jiān)測缺點(diǎn)觀測精度相對低、埋設(shè)技術(shù)較復(fù)雜、系統(tǒng)費(fèi)用高3)適用范圍：滲透性大、低壩測壓管 滲透性小、壩較高、測壓管不能用的位置、需要自動化滲壓計(jì)4)新建壩和已建壩的滲流監(jiān)測儀器選擇,滲流壓力滯后時(shí)間推算,滲流壓力水位開始變化要比上游水位開始變化來得晚，這一時(shí)差稱為滲流壓力的滯后時(shí)間，主要11、由滲流壓力的傳遞時(shí)間和測量儀器反應(yīng)時(shí)間構(gòu)成。計(jì)算其滯后時(shí)間可采用下面回歸模型：對于某時(shí)間段的滲流壓力水位，設(shè)定不同的t0，可以得到不同的相關(guān)系數(shù)。我們假定相關(guān)系數(shù)最大時(shí)的t0即是滯后時(shí)間。,H(t)=aH1(t-t0)+b,滲流壓力相關(guān)分析,相關(guān)分析目的在于確定滲流壓力水位的主要影響因子。相關(guān)分析計(jì)算滲流壓力水位與上游水位、下游水位、降水量和日均氣溫的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)各個(gè)相關(guān)系數(shù)，可得出主要影響因子和次要因子，也是工程技術(shù)人員判斷測量儀器的好壞，監(jiān)測資料是否可靠，測點(diǎn)處的滲流狀況的一個(gè)依據(jù)。例如：如果測壓管水位的主要影響因子為降水量，則該測壓管可能漏水，在分析時(shí)，其監(jiān)測資料不宜采用。,滲流壓力統(tǒng)12、計(jì)模型,滲流壓力水位的多因子統(tǒng)計(jì)模型很多，這里主要考慮上游水位、降水量、時(shí)間等因子。統(tǒng)計(jì)模型為：,h=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7+a8x8+a9x9+a10 x10,h為滲流壓力水位；x1為當(dāng)日上游水位；x2為前1至10日上游水位平均值；x3為前11至30日上游水位平均值；x4為前31至60日上游水位平均值；x5為當(dāng)日降水量；x6為前1日降水量；x7為前2日降水量；x8為前3日降水量；x9為（當(dāng)日-開始蓄水日期）/365；x10為lnx9。,滲流壓力統(tǒng)計(jì)模型,通過逐步回歸，進(jìn)行因子篩選，可以得到最優(yōu)模型。根據(jù)該模型復(fù)相關(guān)系數(shù)和剩余標(biāo)準(zhǔn)差，就可對回13、歸效果給出定性結(jié)論，確定該測點(diǎn)監(jiān)測資料的規(guī)律性、合理性以及在資料分析中的可信度。同時(shí)根據(jù)因子的顯著程度，確定主要影響因子，這可與滯后時(shí)間推算、相關(guān)分析相互驗(yàn)證。如果模型的回歸效果比較好，可用該模型對該測點(diǎn)的未來滲流狀況進(jìn)行預(yù)測。,滲流壓力位勢分析,位勢的計(jì)算公式為：位勢的變化可以判斷大壩流場介質(zhì)是否發(fā)生變化 不隨時(shí)間變化，說明流場介質(zhì)沒有發(fā)生變化，滲流性態(tài)沒有惡化 隨時(shí)間減小，滲流性態(tài)向好的方向轉(zhuǎn)變 隨時(shí)間增加，滲流性態(tài)向壞的方向轉(zhuǎn)變,浸潤線分析,浸潤線分析有兩種方法：,根據(jù)滲流壓力水位，畫出實(shí)際上游水位下的浸潤線，和設(shè)計(jì)浸潤線進(jìn)行比較。如果實(shí)測浸潤線低于設(shè)計(jì)浸潤線，則在當(dāng)前狀態(tài)下大壩是安全的14、；如果實(shí)測浸潤線高于設(shè)計(jì)浸潤線，則在當(dāng)前狀態(tài)下對大壩穩(wěn)定不利?？捎枰詧?bào)警，進(jìn)一步復(fù)核大壩穩(wěn)定。計(jì)算相應(yīng)水位下的浸潤線，和該水位下的浸潤線比較。,滲流量溫度校正,由于水的粘滯性隨水溫變化而變化，溫度因素可造成滲流量相當(dāng)大的變化。為了在分析中消除這一影響，在分析之前，應(yīng)首先把不同溫度的滲流量換算成某一標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲流量。換算公式：QT、Qt分別為標(biāo)準(zhǔn)水溫滲流量和實(shí)測水溫滲流量；vT、vt分別為標(biāo)準(zhǔn)水溫和實(shí)測水溫時(shí)水的運(yùn)動粘滯系數(shù)。,滲流量溫度校正,當(dāng)取T=10為標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，式（11）可近似寫成：Q10為水溫為10的滲流量，Qt為實(shí)測滲流量，t為實(shí)測溫度。實(shí)際上，多數(shù)水庫沒有量水堰溫度觀測，可把全年15、的日平均氣溫看作一條正弦曲線，進(jìn)行溫度模擬，以一月平均氣溫和七月平均氣溫作為最小值、最大值。,Q10=Qt/（0.67+0.033t）,滲流量滯后時(shí)間分析,滲流量滯后時(shí)間分析與滲流壓力滯后時(shí)間分析類似。,滲流量相關(guān)分析,滲流量相關(guān)分析與滲流壓力相關(guān)分析類似。,滲流量統(tǒng)計(jì)模型,滲流量統(tǒng)計(jì)模型主要考慮上游水深、下游水位、降水量、時(shí)間等因子。統(tǒng)計(jì)模型為：Q為滲流壓力水位；x1為當(dāng)日上游水深；x2為前1至10日上游水深平均值；x3前11至30日上游水深平均值；x4為前31至60日上游水深平均值；x5為當(dāng)日下游水位；x6為當(dāng)日降水量；x7為前1日降水量；x8為前2日降水量；x9為前3日降水量；x10為（16、當(dāng)日-開始蓄水日期）/365；x11為lnx10。,Q=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7+a8x8+a9x9+a10 x10+a11x11,滲流量統(tǒng)計(jì)模型,通過逐步回歸，進(jìn)行因子篩選，可以得到最優(yōu)模型。根據(jù)該模型復(fù)相關(guān)系數(shù)和剩余標(biāo)準(zhǔn)差，就可對回歸效果給出定性結(jié)論，確定滲流量資料的規(guī)律性、合理性以及在資料分析中的可信度。同時(shí)根據(jù)因子的顯著程度，確定主要影響因子，這可與滯后時(shí)間推算、相關(guān)分析相互驗(yàn)證。如果模型的回歸效果比較好，可用該模型對未來滲流狀況進(jìn)行預(yù)測。,化引流量分析,化引流量的計(jì)算公式為：,常用于以承壓滲流為主的壩基滲透穩(wěn)定性 化引流量隨時(shí)間的過程線：逐年下降壩基的滲流條件因天然淤積而改善 不變壩基的滲流條件基本不變 逐年上升反映壩基產(chǎn)生了滲透變形,大壩安全監(jiān)測資料整編分析系統(tǒng),監(jiān)測設(shè)施考證監(jiān)測信息輸入與存儲監(jiān)測信息及時(shí)檢查識別監(jiān)測信息計(jì)算監(jiān)測信息備份監(jiān)測信息整編測信息存檔。,大壩安全監(jiān)測資料整編分析系統(tǒng),監(jiān)測信息分析,時(shí)間空間（平面、剖面、三維)關(guān)聯(lián)分析特征值分析（異常值、預(yù)警值）,分析方法,分析原則,監(jiān)測設(shè)施考證數(shù)據(jù)可靠不同監(jiān)測項(xiàng)目綜合分析結(jié)合工程特性及現(xiàn)場檢查綜合分析,謝謝！,