一种混凝土重力危坝的抗滑稳定性检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大坝的损伤稳定性评价与监测预警技术领域，特别涉及基于库水位动 力变化的混凝土重力危坝抗滑稳定性检测参数、评价方法与监测预警领域。
【背景技术】
[0002] 据国际大坝委员会统计，世界上坝高15m以上大坝共有5万多座，中国有2万多 座，占44%，混凝土坝约占一半。我国大坝多数是20世纪50-70年代建造的，由于历史原 因，当初修建的大坝存在防洪标准低、施工质量差和安全隐患多等问题。目前，按照设计标 准，在世界范围内许多大坝在长期服役状态下达到甚至超过了设计寿命，称为危坝，坝体出 现不同程度的老化特征，易产生严重的损伤灾变安全隐患，导致大坝的长期性能退化。若不 能及时发现和排除这些隐患，将会影响大坝的安全运行和水库综合效益的发挥，同时也给 下游的城镇、交通和人们的生命财产造成威胁，甚至将带来不可想象的毁灭性灾难、事故。 由于各方面的局限，大坝的设计和建设无法做到万无一失，大坝运行中也可能出现溃坝安 全问题，因此，加强大坝安全监测成为非工程措施中极为重要的一个方面，大坝安全稳定问 题显得日益突出。实际工程中，如何对大坝在运行期间的抗滑稳定性进行有效监测，并依据 监测结果和库水位动力检测参数对其抗滑稳定性演化趋势及溃坝风险做出科学准确地预 测预报是水利工程安全评价领域亟待解决的重要问题和难题。
[0003] 由于重力坝的抗滑稳定问题比较复杂，其分析方法尚无统一和明确的规定，需根 据具体情况参考类似工程经验做出判断。重力坝抗滑稳定问题的分析和解决方法都是：以 刚体极限平衡法为主，辅以有限元分析或模型试验，验算以整体安全度为主，辅以对局部安 全度的检查，采用的安全度标准比正常条件的高一些。主要方法具体如下：①刚体极限平衡 法。将失稳块体视为一个或若干个整体滑移的刚体，研宄它达到临界失稳状态的条件，从而 估算其稳定性。其概念清楚、计算简便，有配套的设计准则，但不能准确的评价坝体稳定安 全度。②有限单元法。借助计算机技术和有限元原理，提供坝体及坝基内各点的应力及应变 值，算出沿软弱面上的局部安全系数，由此估算整体抗滑系数。其采用弹性理论，比刚体法 更合理精确，但缺少相应的判别准则。③模型试验法。其必须反映坝体内的各种情况和性 质，否则与原型无相似之处，失去试验的意义，且其较麻烦，只在重大工程上作为补充参考。 ④分项系数法。最新的《混凝土重力坝设计规范》在原基础上采用概率极限状态设计原则， 以分项系数极限状态设计表达式进行结构的稳定性验算。其结果隐含地反映规定的可靠度 水平，是新规范推荐的方法。⑤可靠度方法。将结构参数视为随机变量，与现有的力学计算 方法相结合进行结构计算和可靠性分析。
[0004] 鉴于上述大坝稳定性检测与评价方法的现状与不足，本发明拟建立和确定一种基 于位移监测和库水位动力耦合检测参数与有效定量评价方法，并克服上述大坝预测评价方 法存在的不足和局限性，在混凝土重力危坝抗滑稳定性评价与监测预警领域具有重要的应 用价值。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述方法的不足和缺陷，提供一种混凝土重力危坝抗滑稳定性的库水 位动力检测参数与方法，准确评价混凝土危坝出现整体滑移的可能性，为大坝抗滑稳定性 有效监测预警与科学治理提供有效可行的检测与评价方法。具体发明思路是将大坝库水位 的动力变化作为大坝的加载动力参数，将大坝位移的动力响应变化作为大坝对于库水位加 载动力的位移响应参数，以大坝的动力参数和位移响应参数为依据，确定大坝的库水位动 力卸加载位移响应比耦合预测参数，并运用损伤力学的基本原理，确定该动力预测参数与 传统稳定性评价方法中稳定性系数的定量关系，以此建立一种基于库水位与位移变化的大 坝稳定性系数测定方法。为此，在对大坝库水位动力卸加载位移响应比参数进行实时监测 的基础上，以稳定性系数为判据准则，对大坝的损伤灾变与稳定性进行评价与预测预报。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下步骤的技术方案：
[0007] 一种混凝土重力危坝的抗滑稳定性检测方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1 :在坝体表面和坝体内部布置监测点，在监测点的位置布置监测仪器，且在 监测大坝体以外稳定的基岩或无变形的区域设置基准监测点；
[0009] 步骤2 :采用水位监测系统检测水库区坝前库水位值；为相关工程技术人员实时 提供坝前库水位动态数据；
[0010] 步骤3 :利用步骤1的监测仪器获取大坝位移变形量，利用户外数据收集装置将数 据实时传输到智能远程监测站，对传输数据初步处理分析；
[0011] 步骤4 :根据步骤2和3获得的数据，确定大坝库水位动力卸加载动力参数和位移 响应参数；
[0012] 步骤5 :根据步骤4获得的数据，确定大坝库水位动力卸加载位移响应比参数；
[0013] 步骤6:根据步骤5获得的数据确定大坝实时损伤稳定性系数；
[0014] 步骤7:通过对上述步骤中确定的大坝动态稳定性系数与传统安全系数比较，对 大坝的损伤灾变风险进行动态监测预警与稳定性评价：即当大坝动态稳定性系数大于传统 安全系数时，则判定大坝处于稳定状态；当大坝动态稳定性系数大于传统安全系数时，则判 定大坝处于不稳定状态。
[0015] 所述的步骤1中布置大坝基准监测点和变形监测点，具体如下：
[0016] 在大坝变形监测布置设计中，要充分地考虑到影响坝体变形的各种因素，坝体表 面监测点在坝面上呈网格状布置，以求能较准确地反映出坝体变形的全貌。坝体内部监测 点以面的形式布置，将大坝切成左、中、右三个面，在每个监测面上监测点呈对应网格状布 置，将监测仪器布置在坝体变形分布中最重要、最敏感的部位（大坝最高处、合龙段、坝内 有泄水底孔处及闸房处），且与坝体表面监测点相对应。由此形成空间监测布置，以较全面 地掌握坝体变形的空间分布规律；为避免库区蓄水的影响，基准监测点需远离坝区，应选在 监测大坝体以外稳定的基岩或无变形的区域。
[0017] 步骤2中采用检测装置检测水库区坝前库水位值具体如下：
[0018] 采用雷达水库水位监测GPRS远传系统"水位远程监控系统"，监测坝前库水位值， 该系统能够实时在线监测库水位参数。系统采用集散式控制结构，通过高精度传感器及高 敏感器件遥测库水位信息；经过计算机分析处理，通过GPRS模块把库水位数据传回监控中 心实时监控，为相关工程技术人员实时提供坝前库水位动态数据。
[0019] 所述的步骤1中的监测仪器的布置要保证埋设的监测设备与坝体和坝岸紧密耦 合，设备之间相互独立、互不干涉，且保证每个监测点位移变化值得到有效监测；
[0020] 所述的步骤3利用户外数据收集装置将数据实时传输到智能远程监测站，对传输 数据初步处理分析，并录入表格。大坝安全监测自动化系统应注意可靠性、准确性，同时应 选择简单、实用的设备进行人工观测，虽然当前自动化监测的精度最差也远高于人工观测， 但为了避免监测数据漏失，在布置自动化监测设备时，应并行布置人工观测设备，以备必要 时的校测。
[0021] 步骤4大坝库水位动力卸加载参数和位移响应参数的确定方法具体如下：
[0022] 1)库水位卸加载动力参数的确定
[0023] 根据监测数据确定大坝的统计分析与预测周期，并以此周期为基础预测单位统计 大坝某月库水位氏和上月库水位H g的差值A H :
[0024] A H = (1)
[0025] 将式（1)中AH作为水动力卸加载标准。当AH &g