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1、大壩安全監控理論與應用培訓,大壩安全監控理論與應用,緒 論,大壩安全監測必要性大壩安全監控的“大壩”常具有“水庫”、“水利樞紐”、“攔河壩”等綜合性含義。大壩安全監測-各種水工建筑物的安全監測。監測的必要性：設計、施工、運行復雜，失事后果嚴重隱患病害和老化，掌握水工建筑物健康狀態和有效壽命反饋設計、施工和運行防災減災,大壩安全監控理論與應用,水工建筑物,堤防,溝渠、渡槽,水電站,涵洞、水閘,大壩（含灰壩、尾礦壩）,船閘、航道,碼頭,水井、基坑,高邊坡地下洞室,大壩安全監控理論與應用,大壩的壽命可分為運行初期、正常運行期和老化期三個階段。大壩運行初期和老化期，最容易出現問題。許多隱患在施工期落下2、，運行期管理不當和環境變化常是誘因。,大壩各齡期失事概率示意,大壩安全監控理論與應用,19542003年歷年潰壩數量統計,70年代各省市自治區潰壩數占相應區域50年中潰壩數比例,大壩安全監控理論與應用,96座大、中型水電站大壩的主要缺陷和隱患,大壩安全監控理論與應用,206座土石壩事故原因占事故總數百分比,1000座病險水庫事故類型分布,大壩安全監控理論與應用,教訓,1975年河南板橋、石漫灘兩座大型水庫、兩座中型水庫和58座小型水庫垮壩，致使29個縣市1100萬畝農田遭受毀滅性災害，沖毀鐵路102km，直接經濟損失100億元，死亡人數達9萬人。這次垮壩堪稱是世界最大垮壩慘劇；1963年海河大3、水，5座中型水庫垮壩，死亡達1000多人；1993年青海溝后小(一)型水庫垮壩，死亡320余人。,大壩安全監控理論與應用,1864年，英國戴爾戴克水庫在蓄水中發生裂縫垮壩，死亡250人，800所房屋被毀。1889年，美國約翰斯敦水庫洪水漫頂垮壩，死亡400010000人。1959年，西班牙佛臺特拉水庫發生沉陷垮壩，死亡144人。1959年，法國瑪爾帕塞水庫因地質問題發生垮壩，死亡421人。1960年，巴西奧羅斯水庫在施工期間被洪水沖垮，死亡1000人。1961年，蘇聯巴比亞水庫洪水漫頂垮壩，死亡145人。1963年，意大利瓦伊昂拱壩水庫失事，死亡2600人。1967年，印度柯依那水庫誘發地震，4、壩體震裂，死亡180人。1979年，印度曼朱二號水庫垮壩，死亡500010000人。,教訓,大壩安全監控理論與應用,大壩安全監控理論與應用,國內外水工程安全教訓,薄拱壩壩高60m，底寬6.26m,頂寬1.5m，修建在片麻巖上。1959年12月2日，當水庫接近滿庫時45分鐘內壩體突然崩潰。500名士兵喪生，下游10km一城鎮變成廢墟。,1、法國馬爾帕賽雙曲拱,壩下朝左岸視圖,右岸殘留壩體,國內外水工程安全教訓,大壩安全監控理論與應用,右岸殘留壩體,右岸殘留壩體,國內外水工程安全教訓,大壩安全監控理論與應用,國內外水工程安全教訓,失事原因：基礎,大壩安全監控理論與應用,2、意大利瓦依昂水庫滑坡,國5、內外水工程安全教訓,壩高267m，是當時世界上最高的雙曲拱壩。庫區蓄水后，山體突然以高達2530m/s的速度下滑，近2億方土石迅速淤滿水庫，掀起高過壩頂100余米的涌浪，沖毀下游3km處的村鎮，造成3000人死亡，水庫變為石庫。,大壩安全監控理論與應用,國內外水工程安全教訓,水庫變為石庫,大壩安全監控理論與應用,國內外水工程安全教訓,3、青海溝后大壩失事,大壩長265m，上游坡11.6，下游坡11.5，下游坡設有兩道馬道。面板厚3060cm，面板縱縫間距：河床部位14m，兩岸7m，高程3255m處設一道水平縫，單層鋼筋設于面板中部，配筋率0.35%0.5%。壩頂有5m高的混凝土防浪墻。19896、年9月完工，10月下閘蓄水，歷時四年多。1992年9月底通過竣工驗收。,大壩安全監控理論與應用,青海溝后大壩失事,國內外水工程安全教訓,大壩安全監控理論與應用,失事過程與原因分析1993年8月27日，庫水位升高至3277.40m(超過了已沉陷的防浪墻)。13時，值班人員見到庫水漏進防浪墻和面板頂部的裂縫以及水平縫。下游坡多處漏水，下游坡臺階上能聽到壩內有噴氣聲和水跌落聲。2030，村民見到下游坡3260m和3240m馬道之間涌水像自來水。21時值班人員在值班室聽到悶雷般巨響，出門看到壩上噴水，土石翻滾，水霧中見到石塊相碰的火花。22時，潰壩口門底部高程達到3250m。潰壩總水量為268萬m3。7、最大流量3267m3。2340，潰壩洪水到達恰卜恰鎮，死亡300多人。由于大量砂礫隨水流沖失，混凝土面板懸臂臨空、隨之折斷被水沖走，潰壩流量進一步擴大，這一過程像漫頂潰壩一樣。大壩潰決后潰口形狀為倒梯形，上口寬139m，下口寬61m，下口底高為3232.33m，有9塊寬14m的面板折斷。,國內外水工程安全教訓,大壩安全監控理論與應用,潰壩的主要原因:面板頂端與防浪墻底板接縫橡膠止水片因質量低劣而破壞，嚴重漏水，使防浪墻底板與砂卵石間產生接觸沖刷以及壩體砂卵石產生管涌，導致防浪墻沉陷傾倒，庫水漫過防浪墻沖刷壩體。其他原因有：(1)監測資料分析不及時充分分析，疏于管理。大壩出現異常現象時，未能開閘8、放水，以減輕事故破壞。失事前早已發現大壩下游面(坡腳以上)有滲水，防浪墻沉陷嚴重，而未能采取有效的處理措施。(2)壩體填筑時分區不清，分層明顯，排水達不到自由排水。,國內外水工程安全教訓,大壩安全監控理論與應用,國內外水工程安全教訓,4、奧斯丁重力壩失事,美國賓夕法尼亞州奧斯丁重力壩失事,大壩安全監控理論與應用,國內外水工程安全教訓,大壩安全監控理論與應用,5、吉布森大壩漫頂,國內外水工程安全教訓,大壩安全監控理論與應用,6、梅山連拱壩壩肩破裂 1962年右岸大量漏水，大壩三天內向左岸傾斜57.2mm,向下游位移9.4mm，右岸各壩垛出現大量裂縫。,國內外水工程安全教訓,大壩安全監控理論與應用9、,國內外水工程安全教訓,7、滑坡,（1）1989 年 1 月 10 日在中國云南漫灣水電站大壩壩肩開挖過程中發生的滑坡，耗資近億元治理，150 萬 kW 的水電站推遲發電近一年，損失巨大。,（2）天生橋二級電站閘首滑坡,大壩安全監控理論與應用,8、河南75.8洪水,1975年8月8日 在一場特大暴雨中 包括板橋水庫、石漫灘水庫在內的兩座大型水庫、兩座中型水庫、數十座小型水庫和兩個滯洪區在短短數小時內相繼垮壩潰決 使河南駐馬店地區猝然間溝壑橫溢、頓成澤國 數以萬計的人失去了生命。,打撈到的尸體10萬多具，后續因缺糧、感染、傳染引起的死亡14萬，共24萬多人死亡。（據說在discovery中為“110、0 top technological catastrophe in the world”）。管理責任缺位、應急預警缺失引起災害擴大。,國內外水工程安全教訓,大壩安全監控理論與應用,國內外水工程安全教訓,9、俄羅斯薩揚.舒申斯克水電站事故,水電站大壩為圓柱形的混凝土重力拱壩，壩高242m，壩頂長1074m，壩頂寬25m。2009年8月17日，俄羅斯水力發電開放式股份公司以聶泊羅日尼命名的薩揚舒中斯克水電站分公司由于水力機組有設計缺陷、設備使用和維護不當及調度管理不善等多方面因素，發生了世界水電史上罕見的重大事故，造成75人死亡，13人受傷，電站10臺機組全部損壞或損毀，部分廠房結構被摧毀等重大11、損失。事故直接起因:水力發電機組多次穿越不建議運行區，導致產生交變的附加荷載，使水力發電機組的固定節點，連同水輪機頂蓋發生和發展了疲勞損傷，引發螺栓破壞，導致水輪機頂蓋和水力發電機組引水通道的密封被撕裂。最終水淹廠房。,大壩安全監控理論與應用,除機組設備和運行調度原因外，至少還包括：（1）沒有振動監測;（2）定期檢查，僅采用目測，關鍵部位沒有采用無損檢測方法;（3）管理措施不到位，無危險性綜合防護和應急措施,國內外水工程安全教訓,尾礦壩失事,2000年1月30日，羅馬尼亞Baia Mare尾礦壩失事，100,000 m3 含氰化物和重金屬的水涌入下游河道，造成下游生態災難，200萬人的飲用水嚴12、重污染。,意大利stave尾礦壩年的潰壩導致了近人死亡和巨大的財產損失。2000年廣西南丹尾礦庫垮塌，造成20多人死亡；2006年陜西鎮安某黃金尾礦壩潰壩，造成17 人死亡。,2008年9月8日山西襄汾尾礦壩潰壩，事故遇難人數達259人。,大壩安全監控理論與應用,貴州盤縣電廠”1灰壩發生泄漏。約30米高的灰壩的底部蓋板被沖開，在巨大的壓力下，灰壩內所囤積的灰渣直接排入拖長江中，整個過程持續了4個多小時，據有關專家估計約有30萬噸左右的灰渣廢水直接排入了拖長江，給拖長江、北盤江水質造成了污染。2008年牙買加Kingston 煤電廠32.4平方米的灰壩潰決，沖毀1.62平方公里區域，造成生態災難13、，12戶人家被毀。,灰壩失事,國內外水工程安全教訓,大壩安全監控理論與應用,工程失事的主要原因,客觀技術條件限制（勘測、設計、施工）,施工階段遺留的隱患,運行管理制度、不利工況、檢查和監測工程老化 環境變化、材料和結構,大壩安全監控理論與應用,監測應用典型實例,株樹橋混凝土面板堆石壩,最大壩高78 m，1986年動工興建，1990年11月建成并首次蓄水水庫投人運行后不久，大壩即出現嚴重滲漏。滲漏量每年汛期隨水庫水位增高而增加，而非汛期只輕微減少，且滲漏量有逐年增加的趨勢。,1999年11月放空水庫檢查,損壞情況如下：周邊縫、豎縫止水損壞，混凝土面板塌陷，混凝土面板裂縫，墊層不均勻沉陷,混凝土面14、板脫空，墊層料細粒流失。,大壩安全監控理論與應用,三板溪混凝土面板堆石壩,監測應用典型實例,2002年開工，2006年1月7日下閘蓄水，6月庫水位上升至429m（壩前最大水深約100m），2006年12月主、副壩防浪墻及壩頂結構施工完成。期間最大滲漏量27.2L/s，大壩工作性態正常。2007年6月，水庫水位再次蓄水，庫水位快速上漲過程中，相繼出現滲漏量和幕后壩基部分滲透壓力突增，總滲漏量最大達303L/s，部分監測儀器測值異常或失效。2008年1月10日，庫水位降至426.25m（死水位425），檢查發現12塊面板一二期施工縫部位多處局部破損，外側鋼筋向外彎曲，破損最大寬度4m，最大深度達415、0cm。水平施工縫擠壓破損！原因：河谷形狀和面板結構（引起應力集中），沉降不均勻，水位上升速度過快。,大壩安全監控理論與應用,1981年8月，龍羊峽遇150年特大洪水，依靠圍堰混凝土心墻48支觀測儀器，決定加高圍堰4m抗洪。1985年6月，長江三峽新灘，監測預警，大滑坡2000萬方，安全撤離，無一傷亡。洪門、南水、大洪河3座水電廠，經監測分析和補強加固，提高汛前水位，每年增加電能5700萬kw.h。,1998年鳳灘、五強溪、柘溪三座水庫在防洪關鍵時刻，經監測分析預測，多攔蓄洪峰洪量27億方，相當于洞庭湖高水位時1m庫容。柘林水庫，經實時監測下，超過歷史最高水位1.32m運行，為保證京九高速公路16、和京九鐵路安全，起到關鍵作用。,監測應用典型實例,大壩安全監控理論與應用,對策和監控技術,水電站水工程：大壩、進（引）水建筑物、廠房、邊坡（含庫區）、金屬結構、相關交通橋梁等大壩安全狀態：施工期、蓄水期、運行期大壩結構的運行狀況安全：以設計規范、安全評價導則、安全評價細則以及國家和行業規范為依據。安全等級 電力部門：險壩、病壩、正常壩“水電站大壩安全檢查實施細則”水利部：一類壩、二類壩、三類壩“水庫大壩安全評價導則”,大壩安全監控理論與應用,正常狀態 指大壩（或監測的對象）達到設計要求的功能，不存在影響正常使用的缺陷，且各主要監測量的變化處于正常情況下的狀態。異常狀態 指大壩（或監測的對象）的17、某項功能已不能完全滿足設計要求，或主要監測量出現某些異常，因而影響正常使用的狀態。險情狀態 指大壩（或監測的對象）出現危及安全的嚴重缺陷，或環境中某些危及安全的因素正在加劇，或主要監測量出現較大異常，若按設計條件繼續運行將出現大事故的狀態。,對策和監控技術,大壩安全監控理論與應用,對策和監控技術,充分掌握：水工建筑工程建設和運行中發生的各種可能危害、事故基礎：工程特征信息監控內容：應力、變形、滲流、動力特性、水流特性方法：（1）工程類比已發生危害事件或事故的經驗；（2）綜合運用自然科學、技術科學和管理科學等方面的有關知識，識別和預測建設、運行活動中存在的不安全因素，并采取有效的控制措施防止危害、事故發生。,大壩安全監控理論與應用,