浅谈大坝安全观测资料整编及分析.docx

浅谈大坝安全观测资料的整编和分析

大自然丰富的水资源是人类赖以生存和发展的宝贵财富。随着生产发展和生活水平的不断提高，人们对水的认识有了历史性的跨越。一方面利用现代科学技术，治理水灾害；另一方面合理利用水资源，服务于社会大发展。从而，使来水和用水相适应。
生产实践告诉我们：解决这些问题根本办法是振兴水利。因此，一系列的建设管理研究分析课题摆在我们面前，需要我们不断地从实地、实际出发，获取整合处理各种信息，自然牵涉到资料的整编和资料的分析。特别是在工程建筑物变形观测中，尤其重要。 欲使变形观测充当工程运营管理的耳目，起到指导工程安全使用和充分发挥工程效益的作用，除了进行现场观测取得第一手资料外，还必须进行观测资料的整理分析。
观测资料整理分析主要包括两个方面的内容：
一是观测资料的整理和整编：这一阶段的主要工作是对现场观测所取得的资料加以整理、编制成图表和说明，使它成为便于使用的成果其具体内容如下：
1．校核各项原始记录，检查各次变形观测值的计算有否错误；
2．对各种变形值按时间逐点填写观测数值表；
3．绘制各种变形过程线，建筑物变形分布图。
二是观测资料的分析：这一阶段是分析归纳建筑物变形过程、变形规律、变形规律、变形幅度。分析变形的原因，变形值与引起变形因素之间的关系，找出它们之间的函数关系；进而判断建筑物的工作情况是否正常。在积累了大量观测数据后，又可以进一步找出建筑物变形的内在原因和规律，从而修正设计的理论以及所采用的经验系数。这一阶段的工作可分为：
1．成因分析（定性分析）：成因分析是对结构本身（内因）与作用在结构物上的荷载（外因）以及观测本身，加以分析、考虑、确定变形值变化的原因和规律性；
2．统计分析：根据成因分析，对实测数据进行统计分析，从中寻找规律，并导出变形值与引起变形的有关因素之间的函数关系；
3．变形预报和安全判断：在成因分析和统计分析的基础上，可根据求得的变形值与引起变形因素之间的函数关系，预报未来变形值的范围和判断建筑物的安全程

一、资料整编

变形观测资料的整理，通常是将各种变形值编绘成各种图表，如变形值过程线和建筑物变形分布图等。这些图表可用于初步了解建筑物的状况、变形规律，判断建筑物的运营是否正常。观测资料的检核、平差、制表及绘图，是大坝变形变形观测的重要内容，资料要随测随整理。一般来讲，大坝安全监测资料的整编应包括以下项目：
位移，挠度，倾斜，接缝和裂缝，下游冲淤，坝前淤积，渗流量，扬压力，绕坝渗流，水质分析，应力，应变，混凝土温度，坝基温度，水位，库水温，气温等。 同时，整编工作又可分为平时整编、定期整编和监测资料整编后的刊印。
1．监测资料的平时整编工作
监测资料的平时整编工作包括以下内容：① 收集各种资料 ② 对收集到的资料进行适时检查 ③对监测成果进行数据输入 ④ 按一定的顺序对各类资料进行分组编排。
2．监测资料的定期整编工作
监测资料需进行定期整编。在施工期和水库初蓄期资料整编周期一般不长于一年，在运行期，视工程规模以1～5年为宜。整编工作主要包括以下内容：
① 汇集工程基本情况（含各种运行状态的控制指标）、监测系统布置和相关考证资料，各次巡查记录资料、有关的报告和文件。② 根据工程监测资料，在平时整理的基础上，对整编时段内的监测成果按时序进行列表统计和校对。如平时建有数据库，可由数据管理程序列表输出。对一些监测中的特殊情况，应附加说明。
③ 根据监测结果统计资料绘制各监测点各向位移在时间和空间上的分布特征图（包括过程线图、分布图、等值线图等）。并绘制与水位、温度等影响因素有关的相关图。④ 分析各观测物理量（即监测点各向位移变化量）的变化规律与影响因素，提出对工程安全影响的评价，并对影响工程安全的问题提出运行和处理意见。
3．监测资料的整编后的刊印
整编资料刊印的编排顺序一般为：封面→目录→整编说明→工程概况→考证资料→巡视检查资料→观测资料→分析成果→封底。①封面内容：工程名称、整编时段、卷册名称、编号、整编单位、刊印日期等。②整编说明：整编时段内的工程变化和运行概括、现场巡查和监测工作概况，观测设备维修、检校和更新改造情况，监测资料和考证资料的可信程度。③观测资料：按相应工程项目监测规范所规定的编排次序排列，每一个项目统计表在前，整编图表在后。④观测资料分析成果：一般指常规性分析结果，包括分析内容和方法、分析结果、简要结论和建议。
其中重点是收集审核观测成果，以进行图表填制及变化分析。变形观测的原始资料，包括网图、记录手簿等，数据量很大。在每期复测之后，都应将经检验证明可靠的计算成果列表汇总，进一步绘图作定性分析。几种简单常见的整理图表：某坝沉陷量记录；上游位移、水平位移和坝体温度过程曲线；垂直位移与混凝土温度过程曲线;这两种过程曲线，我们又可统称为变形过程曲线图。在实际的应用中，还要应用到变形等值线图，如在分析某地地面沉降原因时，利用绘制的地面沉降等值线图来清晰地表明地面沉降大小及分布情况。

二、资料分析

1.监测资料分析工作的要求
变形观测资料的分析，包括验证变形是否存在，分析产生变形的原因，推求变形值同影响因素之间的函数关系。对于前者主要用统计检验方法；对于后者，多应用回归分析方法，求得的函数关系称为回归方程。回归方程不仅可用来定量分析变形的规律，还可以作变形预报。
通过对监测数据及检查、资料的定性和定量分析，对大坝的状态做出及时的分析、解释、评估和预测，为有效地监控大坝的安全提供可靠依据；积极发挥检验设计和指导施工的作用，并为专门的科研问题提供有价值的成果；观测记录人员必须做到：依据可靠、分析及时、全面反映、突出重点、技术先进、人机结合、讲求实效、作好管理。
2.监测资料分析工作的内容
与分析项目有关的环境因素的变化情况；同项目测值的空间分布情况；测值随时间变化情况；测值变化与有关因素的关系；结构及地基材料物理力学参数情况。
3.监测资料分析工作分析判断的步骤
①分析成果是否符合正常变化规律
分析每种观测项目的观测精度，确定其误差范围。 绘制主要项目，主要测点的测值过程线分布图，了解分析测值的变化和分布规律。 分析影响测值的结构因素及荷载因素，找出主要影响因素并分析其影响程度，绘制相关图表。 对着重分析的测值系列，通过多元回归分析等计算，得出定量关系的方程式，并据以绘出关系曲线，以及编制各种因素影响值表。
对重点坝段各项观测值进行综合分析，不但变形观测各项目间比较，还应与其他水文、水工的观测项目综合分析。进行测值的相互对照及历史比较，查找有无不符合规律的异常值。对异常值进行专题分析，判断其异常程度、原因及对大坝安全的影响。必要时可围绕专题，开展必要的观测实验和分析计算。分析观测成果规律及异常值，且成果观测值本身应在规定精度之内。
②对大坝的安全判断
稳定：断面上总剪应力超过抗剪能力时，将失去稳定。
强度：坝体承受荷载，各点均产生正应力。坝体部分主拉应力超过抗拉强度时，将发生开裂。
耐久：坝体及坝基在大气、库水、泄流水、渗透水及地下水等作用下，会发生风化、溶蚀、开裂、漓蚀等现象，引起稳定性及强度的降低，影响使用年限。
4.监测资料的分析
①常规分析（初步分析、定性分析）：对比分析、过程线分析、相关图分析
②定量正分析 ：根据效应量的监测数据，联系其影响因素的变量数据，对效应量的状况及变化规律所做出定量的分析。对大坝效应量监测值建立具有一定形式和构造的数字式。效应量（因变量）有：位移、挠度、渗流量等。环境变化量（自变量）有：水位、温度、气温、时间等。
③数学模型：统计模型（逐步回归模型、岭回归模型、主成分回归模型、偏最小二乘模型等）、回归分析法。
回归分析法是处理变量与变量之间关系的数学方法。它适用与处理大量的观测数据，可容纳很多的因子，建立最优回归方程。目前，可使用普通计算机甚至手算来确定回归方程。
④确定性模型：是一种通过物理理论计算成果构造环境自变量与大坝效应量之间的确定性关系形式，再经实测值的统计分析来实现计算假定和参数的合理调整所建立的因果关系模型。
混合模型 ：大坝效应量受环境因素的影响，它是众多环境因素共同作用的综合反映。影响大坝效应量的因素很多，有些环境因素与效应量的关系明确，通过相应的物理理论和方法就可以建立这些环境自变量与效应量的函数关系；另一些环境因素与效应量的关系尚不明确，采用相应的物理理论和方法难以建立这些环境自变量与效应量的函数关系。鉴于此，我们在建立大坝效应量监测模型时，应对各种环境分量的形式确定采用不同的方法，从而使所得的模型既保证较明确的物理概念，又计算简单，使模型的质量较好