安全工程概論(鄭東健)

安全工程概論－安全監(jiān)測技術(shù)與方法鄭東健zhengdj@一水工建筑物安全監(jiān)控的發(fā)展和教訓(xùn)1830～1838年，法國，格羅斯博斯壩根據(jù)觀測指導(dǎo)施工1891年，德國埃施巴赫混凝土重力壩開始變形觀測1903年，美國對布恩頓重力壩進(jìn)行溫度觀測1908～1909，澳大利亞在拱壩進(jìn)行變形觀測1919～1920，瑞士布置了世界上第一座永久觀測儀器的拱壩20世紀(jì)50年代，中國開始研制大應(yīng)變計(jì)（差阻式－卡爾遜儀器），70年代，垂線、引張線，激光照準(zhǔn)現(xiàn)在：GPS、光纖、激光三維、聲發(fā)射（一）發(fā)展（二）工程教訓(xùn)1、法國馬爾帕賽雙曲拱薄拱壩壩高60m，底寬6.26m，頂寬1.5m，修建在片麻巖上。1959年12月2日，當(dāng)水庫接近滿庫時45分鐘內(nèi)壩體突然崩潰。500名士兵喪生，下游10km一城鎮(zhèn)變成廢墟。2、四川永川縣陳食水庫壩基滲漏在壩基附近岸坡坡腳處，風(fēng)化泥巖中發(fā)育一組與岸坡走向平行的陡傾斜卸荷裂隙，有的開口達(dá)20cm之大，滲漏造成的。

3、梅山連拱壩壩肩破裂

1962年右岸大量漏水，大壩三天內(nèi)向左岸傾斜57.2mm，向下游位移9.4mm，右岸各壩垛出現(xiàn)大量裂縫。

壩高267m，是當(dāng)時世界上最高的雙曲拱壩。庫區(qū)蓄水后，山體突然以高達(dá)25－30m/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(zhèn)，造成3000人死亡，水庫變?yōu)槭瘞臁?、意大利瓦依昂水庫滑坡5、鮑爾德溫山水庫的潰決

庫區(qū)距一知名的大斷裂帶僅300m，有幾條小斷層從庫底下穿過。水沿?cái)鄬訚B透使地基中的粉砂巖、細(xì)砂巖受到潛蝕，潛蝕洞穴塌陷造成壩體突然潰決。6、滑坡1972年夏天，香港半山區(qū)一座27層大樓因變坡滑動倒塌，并切斷一座大樓和一片房屋。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(fā)生的滑坡，耗資近億元治理，150萬kW的水電站推遲發(fā)電近一年，損失巨大。

1981年雨季寶成鐵路共發(fā)生滑坡289處，中斷行車2個多月?lián)尳ㄙM(fèi)用達(dá)2.56億元。

撫順西露天礦自1914年投產(chǎn)以來為保持邊坡穩(wěn)定共剝離巖石1億方。天生橋二級電站閘首滑坡寶成鐵路K190段滑坡1972年發(fā)生于香港島半山區(qū)的滑坡長江大堤江西馬湖滑坡7、板橋水庫和石漫灘水庫等五十八座中小型水庫潰壩

1975年河南板橋水庫垮壩，打撈到的尸體10萬多具，后續(xù)因缺糧、感染、傳染引起的死亡14萬，共24萬多人死亡。（據(jù)說在discovery中為“10toptechnologicalcatastropheintheworld”），官方為2.6萬。8、青海溝后水庫截止1980年全世界（不包括中國）已建成15m以上大壩16000余座，年均潰壩1～2座，死亡133人.由此得出年均每座壩的死亡人數(shù)為0.0083人（這一統(tǒng)計(jì)包括了較早年代的資料）.目前，我國已建壩約85000余座，若也按該標(biāo)準(zhǔn)要求，則年均潰壩死亡人數(shù)應(yīng)不超過85人.實(shí)際上，我國大壩安全似未達(dá)到這一水準(zhǔn).在1954～1990年間，湖南省共建大壩12820座，垮壩292座，死亡681人。監(jiān)測應(yīng)用實(shí)例1981年8月，龍羊峽與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(jiān)測預(yù)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(jīng)監(jiān)測分析和補(bǔ)強(qiáng)加固，提高汛前水位，每年增加電能5700萬kw.h。1998年鳳灘、五強(qiáng)溪、柘溪三座水庫在防洪關(guān)鍵時刻，經(jīng)監(jiān)測分析預(yù)測，多攔蓄洪峰洪量27億方，相當(dāng)于洞庭湖高水位時1m庫容。柘林水庫，經(jīng)實(shí)時監(jiān)測下，超過歷史最高水位1.32m運(yùn)行，為保證京九高速公路和京九鐵路安全，起到關(guān)鍵作用1.工程安全信息采集系統(tǒng)2.工程安全信息分析評價系統(tǒng)變形監(jiān)測滲流監(jiān)測應(yīng)力監(jiān)測水文及水力學(xué)監(jiān)測地震監(jiān)測信息管理系統(tǒng)分析評價系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)專家系統(tǒng)二安全監(jiān)測系統(tǒng)組成（一）信息采集系統(tǒng)1.確定性（量化）信息（1）變形監(jiān)測水平位移垂直位移撓度傾斜接縫及裂縫揚(yáng)壓力滲流壓力孔隙壓力繞壩滲流地下水位滲流量水質(zhì)監(jiān)測（2）滲流監(jiān)測2.不確定性（模糊）信息原因量（荷載、環(huán)境）變形滲流應(yīng)力水文及水力學(xué)地震常規(guī)監(jiān)測爆破松動塑性變形錨桿灌漿飽合度（砂漿粘結(jié)錨桿）巖土體及材料物理力學(xué)特性巖體聲發(fā)射、電阻率、聲速有害氣體和放射性巖體松動范圍水文及水力學(xué)監(jiān)測流速動水壓力空化摻氣霧化沖刷調(diào)壓井水位專項(xiàng)監(jiān)測地震監(jiān)測位移速度加速度動空隙水壓力動應(yīng)變、應(yīng)力動水壓力地殼變形專項(xiàng)監(jiān)測(1)差動電阻式（卡爾遜儀器）

(2)鋼弦式利用儀器內(nèi)部的彈性鋼絲作為傳感元件。鋼絲受到拉力作用將產(chǎn)生彈性變形，其變形與電阻變化之間有如下關(guān)系：傳感器敏感元件為一跟金屬絲（稱鋼弦或弦），利用鋼弦的自振頻率與鋼弦張緊力的關(guān)系測得物理量。差動電阻式鋼弦式電感式電阻應(yīng)變片式電容式壓阻式－固體受力后，電阻（率）發(fā)生變化。司服加速度計(jì)式等(3)電感式一種變磁阻式傳感器，利用線圈的電感的變化進(jìn)行測量。通過銜鐵和鐵芯之間的空氣隙變化，引起磁路中磁阻變化，從而引起線圈電感變化。(4)電阻應(yīng)變片式將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件。金屬導(dǎo)體的電阻隨所受到的機(jī)械變形大小而變化。（1）變形監(jiān)測位移－水平、垂直、轉(zhuǎn)動、洞身收斂等沉陷－地表、地中、分層、地基等其他－隆起、撓度、縫位移、自生體積、溫度、膨脹、巖爆等方法：（1）經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、電子測距儀激光準(zhǔn)直儀。（2）埋設(shè)儀器視準(zhǔn)線法水平位移觀測方法前方交會法引張線法引張線測點(diǎn)正垂線垂線法白山拱壩正垂線倒垂線垂直位移觀測方法固定連通管式（2）滲流監(jiān)測壓力或水位：測壓管、滲壓計(jì)、壓力表、測深錘滲流量：量水堰、量杯水質(zhì)：混濁度、化學(xué)成分（3）應(yīng)（壓）力監(jiān)測采用應(yīng)力應(yīng)變計(jì)（組）、壓應(yīng)力計(jì)、基巖變形計(jì)、位移計(jì)、收斂儀、無應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、鋼板計(jì)、土壓力計(jì)、圍巖壓力、錨桿（索）等觀測。2.不確定性（模糊）信息(1)現(xiàn)場巡查（巡視檢查）（2）現(xiàn)場檢測日常檢查年度檢查特別檢查時間、路線和檢查程序汛期檢查特大洪水、地震、安全事故檢查方法：錘、釬、鋼尺、放大鏡、望遠(yuǎn)鏡、量杯、石蕊紙、回彈儀、照相機(jī)、錄像機(jī)、閉路電路、潛水員等。采用無損探測方法，包括探地雷達(dá)、電磁剖面儀、電阻率探傷儀