摘要:大坝安全监测是人们了解大坝运行性态和安全状况的有效手段。随着科学技术的发展、管理水平的提高及人们观念的转变,大坝安全监测的内涵也进一步加深,对大坝安全监测的若干问题进行探讨。
关键词:大坝安全;监测;新内涵
1大坝安全监测的目的和意义
众所周知,大坝安全监测有校核设计、改进施工和评价大坝安全状况的作用,且重在评价大坝安全。大坝安全监测的浅层意义是为了人们准确掌握大坝性态;深层意义则是为了更好地发挥工程效益、节约工程投资。大坝安全监测不仅是为了被监测坝的安全评估,还要有利于其他大坝包括待建坝的安全评估。
2大坝安全监测的新内涵
通过以上分析可知,影响大坝安全的因素很多(坝址选择、枢纽布置、坝体结构、材料特性、水库调度等)、时间跨度大(从设计施工到运行管理);大坝安全监测的目的是为了在确保工程安全的前提下,更好地发挥工程效益。随着科技的发展、人们观念的变化,实现大坝安全监的手段和目的都有了一定程度的变化,可从如下几方面进行理解。
2.1监测范围和内容
规范[1][2]规定“大坝安全监测范围,包括坝体、坝基、坝肩,以及对大坝安全有重大影响的近坝区岸坡和其它与大坝安全有直接关系的建筑物和设备”。关系大坝安全的因素存在的范围大,包括的内容多,如泄洪设备及电源的可靠性、梯级水库的运行及大坝安全状况、下游冲刷及上游淤积、周边范围内大的施工特别是地下施工爆破等。
大坝安全监测的范围应根据坝址、枢纽布置、坝高、库容、投资及失事后果等进行确定,根据具体情况由坝体、坝基推广到库区及梯级水库大坝,大坝安全监测的时间应从设计时开始直至运行管理,大坝安全监测的内容不仅是坝体结构及地质状况,还应包括辅助机电设备及泄洪消能建筑物等。
2.2大坝安全监测的针对性
大坝安全监测是针对具体大坝的具体时期作出的,一定要有鲜明的针对性。
2.2.1时间上的针对性
由于大坝施工期、初次蓄水期和大坝老化期是大坝安全容易出现问题的时期,因此,在前一个阶段监测的重点应是设计参数的复核和工质量的检验,而后者则应是针对材料老化[3]和
设计复核进行。
大坝的破坏机理研究至今还是一个薄弱环节,关键是原型破坏试验作不了,因此,加强对溃坝的分析是非常有必要的。这就要求大坝安全监测系统在关键时候能发挥作用,能得到关键数据。
2.2.2空间结构上的针对性
针对具体的坝址、坝型和结构有针对性地加强监测,如针对面板堆石坝面板与趾板之间的防渗、碾压混凝土坝的层间结构、高强震地区均质土坝的液化、薄拱坝坝肩的稳定、破碎地基及深覆盖层上筑坝的基础处理及防渗、多泥沙河流的泥沙淤积、库岸高边坡的稳定等。由于总体布置不合理,泄洪水雾有可能引起跳闸等问题,应注意对雾化的监测和汛期对备用电源的检查等。再者,大坝监测应和大坝设计、施工和运行管理互相补充,特别是在设计中运用新结、构、新方法、新材料,施工时发现新的地质构造和地质条件。运行遇到不利工况时,大坝安全监测理应成为检验设计、施工及运行效果的必要手段,从而为采取必要的工程措施以确保大坝安全创造条件。
2.3监测手段和方法
大坝安全监测包括巡视检查和仪器监测[1],巡视检查和仪器监测是分不开的。前者也要尽可能的利用当今的先进仪器和技术对大坝特别是隐患进行检查,以便作到早发现早处理,如
土石坝的洞穴、暗缝、软弱夹层等很难通过简单的人工检查发现,因此,必须借用高密度电阻率法、中间梯度法、瞬态面波法等进行检查[3],从而完成对其定位及严重程度的判定。人工巡查和仪器监测分不开的另一条原因是由于大坝的特殊性和目前仪器监测的水平所决定的。大坝边界条件和工作环境较为复杂,同时,由于材料的非线性(特别是土石坝),从而使监测的难度增大;另一方面,目前仪器监测还只能作到“点(小范围)监测”,如测缝计只能发现通过测点的裂(接)缝开度的变化,而不能发现测点以外裂(接)缝开度的变化;变形(渗流)测点监测到的
是坝体(基)综合反应,因而难以进行具体情况的原因分析。
正是由于上述原因,监测手段和方法必须多样化,即将各种监测手段和方法[1][2]结合起来,将定性和定量监测结合起来,如将传统的变形、渗流、应力应变及温度监测同面波法、彩色电视、超声波、CT、水质分析等结合起来。随着科技水平的发展,一种真正的“分布式测量系统”———光纤测量系统即将面世,水科院、国电公司成都院等单位已对此作了大量的研究,该系统将光纤既作为传感部件,又作为信号传输部件埋设于坝体中,使每一根光纤成为大坝的神经,感受大坝性态的变化并具体定位,从而使监测走向立体和全方位。
目前,自动化系统还存在费用高、可靠性难以保证、监测项目不全、安装调试困难、实时化程度低等问题,一种费用低、安装调试简单、易维护、可以进行大范围监测、实时性高的系统才是发展方向。同时,监测方法、监测量的变化(如由标量到矢量、由数值分析到图象分析)必将导致分析方法的变化。
2.4大坝安全监测的网络化、智能化、效益化
在过去的许多年中,人们总是将观测资料交由专职单位去分析,这样做要花费大量的时间,不利于及时有效地掌握大坝性态和进行最优的运行调度。同时,一般单位的资料分析总是在建立数学模型(特别是统计模型)的基础上,缺乏与具体大坝的联系及与设计标准(稳定、强度)的比较,也不利于监测技术的提高。近期,一些单位在专家系统、人工智能及决策支持系统开发中,直接将监测资料(如库水位、温度、应力、扬压力等)与设计标准(稳定、强度)对照起来用于坝体强度及稳定校核是一种很好的思路。
但是,目前的大坝安全监测自动化水平多数还停留在部分监测项目数据的自动采集上,难以满足实际需要。事实上单凭监控指标来判别大坝安全是不完善的,因为目前的监控指标主要依靠经验和理论计算确定。前者人为因素大,后者由于计算理论、数学模型和边界条件的假定,误差也较大,实际应用也值得商榷。如对于土石坝,当上游库水位骤降时测压管水位不会超过监控指标,但此时上游坝体有可能失稳。
我国自1987年开始的水电站大坝安全定期检查(鉴定),是对大坝结构性态和安全状况的全面检查和评价,已得到广大科技人员认可,实践证明是有效的。它就是根据设计复核、坝基隐患、坝体稳定、泄洪消能、库区淤积及近坝库岸滑坡等方面对大坝安全进行评价。
因此,大坝安全评估软件应与大坝安全定检内容相适应,应用专家系统和决策支持系统将大坝安全定检的成功经验和监测资料分析的有效方法结合起来,在此基础上实现与大坝监测数据采集系统、闸门监控系统、水库自动调度系统、水雨情测报系统的有机结合,将大坝安全作为约束条件,效益的最大化作为目标函数才能适应用户和时代的需要。
3结语
通过以上分析可知,大坝安全监测实际上是一种管理,包括信息采集、处理、结论的得出、措施的制定、信息的反馈,其根本目的是为了工程效益。总之,大坝安全监测就是利用一切手段,确保大坝以较少的投入来保证长期、稳定、安全的运行,实现效益的最大化。
参考文献
[1]SDJ336-89,混凝土大坝安全监测技术规范[S].
[2]SL60-94,土石坝安全监测技术规范[S].
[3]王黎.荆江分洪区南闸混凝土建筑物质量检测分析[J].水利技术监督,2000,4:24-27.
[4]谢向文.黄河下游堤防隐患探测技术研究[J].水利技术监督,2000,4:20-24.
文章作者介绍:郑冬梅 黑龙江省农垦九三分局水务局,黑龙江嫩江161441
