大坝安全监测技术研究与应用

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发表时间:2018-05-25 15:31

大坝安全监测技术研究与应用

张进平  卢正超

水科院结构材料所原型观测专题组是我国最早从事大坝观测工作的研究集体。通过引进、吸收、创新、推广,紧密配合国内水利水电工程建设,促进了我国大坝安全监测技术水平的提高和发展,培养了一大批活跃在我国水利水电大坝安全监测事业的知名专家学者和技术人员。

1969年之前,参加本专题研究的有陶家发、庄万康、林世卿、经萱禄、王雪松、舒立富、曾修级、梁学礼、趙志仁、惠荣炎、李永贵、王挺正、储海宁、金学龙、林体楷、韩绍英等同志,主要完成以下工作:

1)进行了差动电阻式、弦式传感器、坐标仪、引张线、水管式倾斜仪等内、外部观测仪器的试制和试验,观测仪器布置设计及安装埋设,期间得到了苏联专家B.B布林可夫的基础性的指导;(2)引进了日本差阻式仪器及整套图纸,并组织协调生产,实现了仪器国产化;(3)编写了国内外混凝土观测仪器布置图汇编,混凝土坝结构观测仪器埋设详图;(4)举办了全国性观测技术培训班,先后到上犹江、流溪河、新安江、三门峡、刘家峡、柘溪、恒山、云峰、桓仁、青铜峡等工地和设计部门约20多个单位传授技术;(5)在实践基础上,编著了“混凝土坝的内部观测”一书(1960);(6)开展了应变计组资料整理分析及差阻式应变计动态观测等研究。

1978年以来,参加本专题研究的有经萱禄、庄万康、张进平、孟凡宏、夏朴淳、朱仰曾、黎利兵、卢正超、赵春、李素梅、裴安荣等同志,主要完成以下研究工作:

1)调研国内外大坝安全监测情况,积极开展和宣传大坝安全监测工作,发表了国外关于混凝土大坝原型观测与安全监控的若干情况、混凝土坝位移观测资料分析方法综述、苏联混凝土坝的安全监测和原型研究的若干进展、法国大坝安全监测技术等文章。

2)主编了6项国家标准(差动电阻式应变计GB3408-82,差动电阻式钢筋计GB3409-82,差动电阻式测缝计GB3410-82,差动电阻式孔隙压力计GB3411-82,电阻比电桥GB3412-82,埋入式铜电阻温度计GB3413-82);还主编了《大坝观测仪器系列型谱》,并将我国独创的差阻式仪器五芯测法介绍到国外,受到了广泛关注。

3)承担了国家“七·五”科技攻关项目“龙羊峡大坝安全监测微机数据处理系统(1986-1990)”、部重点项目“已建高混凝土坝实际性态的原型观测研究”、“已建重力坝安全程度评估和安全监控准则的研究”。国电公司重大项目课题“混凝土大坝安全监测系统研究”(1998-2000)与“龙滩地下洞室围岩监测信息反馈系统研究”(2002-2004)、国家自然科学基金重点项目“高拱坝真实工作性态仿真和设计的理论与方法”(2006-2009)、国家“十一·五”科技支撑计划重点项目“水库大坝安全信息监测与预测预警技术研究(2006-2009)”等。

4)提出了分布式位移统计分析模型,得到了广泛应用。

5)完成了二十几个大中型工程的安全监测管理及分析系统,其中包括龙羊峡、东北电网“7厂8坝(丰满、云峰、白山、红石、桓仁、回龙山、太平湾)”、二滩施工期 (1998)、小浪底(1998-2003)、龙滩地下洞室围岩(2002-2004)、小湾水电站边坡(2003-2005)以及万家寨(1998)、柘溪(1998)、大黑汀(1999)、潘家口(1999)、陈村(2000)、盐锅峡(2000)、深圳水库(2001)、洪门(2001)、后河(2004)、英那河(2004)、音河(2004)、十三陵(2005)、东风(2005)、陡河(2005)等。

6)承担了多项工程的监测资料分析、安全评价、监控指标拟定,这些工程包括潘家口(1992、1998)、大黑汀(1993)、二滩施工期(一期1997,二期1998、蓄水期2000)、小浪底(2003)、太平湾(2003)、白山(2004)、红石(2004)、重庆江口(2004)、丰满(2005)、五强溪(2005)、西流水(2005)、铜头(2006)、公伯峡(2006)等。

7)开发了大坝CT诊断系统。

8)主编了《混凝土大坝安全监测技术规范》(SDJ336-1989》以及参编《混凝土坝安全监测技术规范》(DL/T5178-2003》。

9)培养硕士研究生4名。

10)参加三峡、小浪底、东风等多个工程的鉴定及验收。

二十多年来,工作重心主要集中在监测资料管理分析系统及相关问题的研究开发。在多年的系统研发中,注意吸收了国内外同类系统的成功经验,充分利用了最新的硬、软件资源,以及监测资料分析方法研究中的新成果,在监测信息系统的实用性、可视化、个性化以及自动化综合分析推理上积累了较丰富的经验,得到了国内外专家的好评。完成的小浪底水利枢纽工程安全监控系统,是目前我国结构最复杂、规模最大的安全监控系统,获2004年中国水科院科技进步特等奖。该系统采用基于专家系统的综合分析推理系统进行在线/离线分析监控枢纽建筑物安全,具有以下几项突破与创新:

1)提出安全监控系统开发的三个“面向”:面向工程的实测数据,考虑数据系列的缺损、自动化监测的“过滤饱和”;面向工程可能的安全问题,针对工程的具体问题组织有关信息进行深入分析;面向用户,提供多种工具,满足管理人员、分析人员的不同层次需要。

2)采用了人工智能技术,开发大坝安全监测信息综合分析推理系统。作为枢纽工程安全监控系统的核心,综合分析推理系统以发现结构异常、确定异常程度为主要目标,可以满足在线监控及离线分析的需要。

完成以上任务的技术路线是:

1)单测点的信息最大限度的定量化,确定测点的时效发展趋势;

2)利用专家系统技术使综合推理部分结构化;

3)分析人员离线综合分析提供了充分有效的数据及模型支持。

小浪底工程安全监控系统有以下几个特点:

1)基于四类“库”,即数据库、方法库、模型库、知识库;

2)实现两个“结合”,即监测信息来源上仪器采集信息与人工巡视检查信息相结合,安全监控中监测信息与专家经验相结合;

3)完成三个“综合”,即监测信息综合时分别按相同监测项目综合、按相同工程部位综合、按相同物理过程综合;

4)构建了一个“核心”,即专家系统推理机,知识库与推理机相分离,专家知识经验总结为规则可扩充;

5)提供三项“支持”,即数据支持(监测项目测点的合理组织、监测信息的可视化及定量化分析)、模型支持(单点统计模型、一维及二维分布统计模型、确定性模型、混合模型、神经网络模型、灰色系统模型、正反分析等)、扩展支持(自动推理得到结果,发出不同级别的技术报警)。

“差动电阻式应变计等六项国家标准”项目获1982年度水电部科技进步三等奖与1985年度国家科技进步三等奖,“大坝观测仪器系统型谱”研究成果获1984年度水电部科技进步三等奖,《混凝土大坝安全监测技术规范》获1992年度电力部科技进步二等奖,“大坝安全监测的位移分布数学模型”研究成果获1992年度电力部论文三等奖。


文章分类: 成果介绍项目技术
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