大坝安全监控理论课件.ppt

1、大坝安全监控理论、方法与软件系统大坝及坝基（3）综合评价专家系统（包括综合推理机、知识库、方法库、数据库和图库等一机四库）监测资料监测系统坝工理论和力学混沌理论突变理论模糊数学灰色系统时序分析法监控模型计算模型、参数、工况等反演分析设计、施工和运行等反馈分析（2）反分析（2）反分析（1）监控模型（1）监控模型（4）大坝及坝基安全监控（工程应用）统计模型统计数学有限单元法确定性模型和混合模型大坝安全监控理论、方法与软件系统专业知识专业知识大坝监测数据整编大坝监测数据整编监测资料整编是定期或按照上级主监测资料整编是定期或按照上级主管部门要求进行的系统、全面的监管部门要求进行的系统、全面的监测资料整

2、理工作，其工作内容是将测资料整理工作，其工作内容是将大坝安全监测的各种原始数据和有大坝安全监测的各种原始数据和有关文字、图表（含影像和图片）等关文字、图表（含影像和图片）等材料进行审查、考证，综合整理成材料进行审查、考证，综合整理成系统化、图表化的监测成果，并汇系统化、图表化的监测成果，并汇编刊印成册或制成软盘。编刊印成册或制成软盘。大坝安全监控理论、方法与软件系统一、资料整编的内容一、资料整编的内容l平时资料整理平时资料整理 计算、查证原始观测数据的可计算、查证原始观测数据的可靠性和准确性；如有异常或疑点应及时复测、靠性和准确性；如有异常或疑点应及时复测、确认；如影响工程安全运行，应及时上报

3、主管确认；如影响工程安全运行，应及时上报主管部门。部门。l定期整编刊印定期整编刊印 在平时资料整理基础上，按规在平时资料整理基础上，按规定时段对监测资料进行全面整编、汇编和分析，定时段对监测资料进行全面整编、汇编和分析，并附以简要安全分析意见，编印后刊印成册。并附以简要安全分析意见，编印后刊印成册。l遵循的原则遵循的原则 严肃性、严肃性、及时性、及时性、可靠性。可靠性。大坝安全监控理论、方法与软件系统平时资料整理平时资料整理l适时检查各观测项目原始观测数据和巡视检查适时检查各观测项目原始观测数据和巡视检查记录的正确性、准确性和完整性。记录的正确性、准确性和完整性。l及时进行观测物理量的转换，填

4、写数据记录表及时进行观测物理量的转换，填写数据记录表格。格。l随时点绘各观测物理量过程线图，考察和判断随时点绘各观测物理量过程线图，考察和判断测值的变化趋势。测值的变化趋势。l随时整理巡查记录，补充或修改有关监测系统随时整理巡查记录，补充或修改有关监测系统及观测设施的变动或检验、校测情况，并相应及观测设施的变动或检验、校测情况，并相应修改各种考证图表，确保资料的衔接与连续性。修改各种考证图表，确保资料的衔接与连续性。大坝安全监控理论、方法与软件系统定期整编刊印定期整编刊印l汇集工程的概况、监测系统布置和各项考证资汇集工程的概况、监测系统布置和各项考证资料，以及巡检的资料和有关报告、文件等。料，

5、以及巡检的资料和有关报告、文件等。l在平时资料整理的基础上，对整编时段内的各在平时资料整理的基础上，对整编时段内的各项观测物理量按时序进行列表统计和校对。项观测物理量按时序进行列表统计和校对。l绘制能表示各观测物理量在时间和空间上的分绘制能表示各观测物理量在时间和空间上的分布特征图，以及有关因素的相关关系图。布特征图，以及有关因素的相关关系图。l分析观测的变化规律及其对工程安全的影响，分析观测的变化规律及其对工程安全的影响，并对影响工程安全的问题提出处理意见。并对影响工程安全的问题提出处理意见。l对上述资料进行全面复核、汇编，并附以整编对上述资料进行全面复核、汇编，并附以整编说明后，刊印成册，

6、建档保存。说明后，刊印成册，建档保存。大坝安全监控理论、方法与软件系统二、资料整编的工作流程二、资料整编的工作流程o监测资料的搜集监测资料的搜集o监测物理量的计算监测物理量的计算o监测数据的补差和光滑监测数据的补差和光滑o填表和绘图填表和绘图o原始监测资料的检验和误差分析原始监测资料的检验和误差分析o初步分析和文字报告编写初步分析和文字报告编写o监测资料的检验和审查以及审定编印监测资料的检验和审查以及审定编印大坝安全监控理论、方法与软件系统三、监测资料的搜集三、监测资料的搜集搜集资料的内容范围：搜集资料的内容范围：u观测数据的采集。观测数据的采集。u现场巡查资料。现场巡查资料。u监测有关的设计

7、资料。监测有关的设计资料。u监测仪器设备及安装的考证资料。监测仪器设备及安装的考证资料。u监测仪器附近的施工资料。监测仪器附近的施工资料。u已有的成果报告、技术警戒值、安全判据及其它已有的成果报告、技术警戒值、安全判据及其它技术资料。技术资料。u有关的工程类比资料、规程规范等。有关的工程类比资料、规程规范等。大坝安全监控理论、方法与软件系统四、监测资料的搜集四、监测资料的搜集资料搜集的原则和要求：资料搜集的原则和要求：u及时准确，尽可能全面、完整。及时准确，尽可能全面、完整。u做好校核工作，严防数据丢失。做好校核工作，严防数据丢失。u存储方法简洁、直观，便于保管、归档和查询，存储方法简洁、直观

8、，便于保管、归档和查询，目录规范。目录规范。资料的存储和表示方法：资料的存储和表示方法：u表格表格u图形图形u电子文件和数据库电子文件和数据库u录音录像录音录像大坝安全监控理论、方法与软件系统五、原始观测资料的检验和处理五、原始观测资料的检验和处理o原始数据的可靠性检验原始数据的可靠性检验o误差分析和处理误差分析和处理 u过失误差过失误差u随机误差随机误差u系统误差系统误差o粗差判别和处理粗差判别和处理u人工判断法人工判断法u统计分析法统计分析法大坝安全监控理论、方法与软件系统原始数据的可靠性检验原始数据的可靠性检验逻辑分析方法逻辑分析方法l作业方法是否符合规定。作业方法是否符合规定。l观测仪

9、器性能是否稳定。观测仪器性能是否稳定。l各项测量数据物理意义是否合理，是否超各项测量数据物理意义是否合理，是否超过仪器量程和材料的物理限值，检验结果过仪器量程和材料的物理限值，检验结果是否在限差以内。是否在限差以内。l监测数据是否符合连续性、一致性、相关监测数据是否符合连续性、一致性、相关性等原则。性等原则。大坝安全监控理论、方法与软件系统 连续性检验连续性检验大坝安全监控理论、方法与软件系统 一致性检验一致性检验大坝安全监控理论、方法与软件系统 相关性检验相关性检验u同类监测量比较同类监测量比较u相关监测量比较相关监测量比较大坝安全监控理论、方法与软件系统误差分析和处理误差分析和处理l过失误

10、差过失误差 可直接将其剔除，必要时可根可直接将其剔除，必要时可根据历史和相邻资料进行补差。据历史和相邻资料进行补差。l随机误差随机误差 也称偶然误差，总体上服从正也称偶然误差，总体上服从正态分布，可采用常规误差理论进行分析态分布，可采用常规误差理论进行分析处理。处理。l系统误差系统误差 可以通过校正仪器来消除。可以通过校正仪器来消除。大坝安全监控理论、方法与软件系统粗差判别和处理粗差判别和处理l人工判断法人工判断法l包络线法包络线法l 3法法l统计回归法统计回归法人工判断法是通过与历史人工判断法是通过与历史的或相邻的观测数据相比较，的或相邻的观测数据相比较，或通过所测数据的物理意义或通过所测数

11、据的物理意义判断数据的合理性。判断数据的合理性。人工判断的另一方法是作人工判断的另一方法是作图法，即通过绘制观测数据图法，即通过绘制观测数据过程线或监控模型拟合曲线，过程线或监控模型拟合曲线，以确定那些是可能的粗差点。以确定那些是可能的粗差点。大坝安全监控理论、方法与软件系统包络线法包络线法q利用统计分析或结构分析，将监测物理量分利用统计分析或结构分析，将监测物理量分解为各原因量（水压、温度、时效）等分效解为各原因量（水压、温度、时效）等分效应之和，用实测或预估方法确定各原因量分应之和，用实测或预估方法确定各原因量分效应的极大、极小值，即可得监测物理量的效应的极大、极小值，即可得监测物理量的包

12、络线：包络线：()()()()()()()()()(),Max fMax f hMax f TMax f tMin fMin f hMin f TMin f tfMax ffMin ff若 或则为异常值大坝安全监控理论、方法与软件系统3法法q连续三次观测的测值：连续三次观测的测值：q第第i次观测的跳动值：次观测的跳动值：q跳动值的均值、方差和相对跳动特征：跳动值的均值、方差和相对跳动特征：q判别准则：判别准则：qi311,(2,3,1)iiiUU Uin112iiiidUUU11222()23nniiiiiiddddddqnn大坝安全监控理论、方法与软件系统六、监测物理量的计算六、监测物理量的

13、计算o物理量转换物理量转换 u电阻式电阻式u差动电阻式差动电阻式u差动电容式、差动电感式差动电容式、差动电感式u振弦式振弦式u需要进行初值校正和基点校正的测点需要进行初值校正和基点校正的测点u混凝土应力计算混凝土应力计算o基准值的确定基准值的确定 o丢失初值的估算丢失初值的估算大坝安全监控理论、方法与软件系统正垂线正垂线CBACBACBACBABdCdBdAdCdCCBACBCCC大坝安全监控理论、方法与软件系统倒垂线倒垂线CCBACBCCCCBACBACBACBABdCdBdAdCd大坝安全监控理论、方法与软件系统引张线引张线ABYX上 游kididAdBdkkkkAkABBAxxxx大坝安

14、全监控理论、方法与软件系统前方交会前方交会YXababPPpxdpydAABABpAABABpxctgxx ctgyyxctgctgyctgxy ctgxxyctgctg00pxpppyppxxyy大坝安全监控理论、方法与软件系统三点式裂缝计三点式裂缝计ACBabcyxD2222bcayc22xbv000 xiyizixxyyzz大坝安全监控理论、方法与软件系统测斜仪测斜仪ididiqiLsi niiiLdqD=1si nlijjjLdq=大坝安全监控理论、方法与软件系统静力水准静力水准0bh0ih0bhijhHbjh0ih1020301020301020301020300ijihh0bbjh

15、h0000()()()()bbjijiijbjibHhhhhhhhhD=-+-=-大坝安全监控理论、方法与软件系统静力水准静力水准大坝安全监控理论、方法与软件系统量水堰量水堰u三角堰三角堰u梯形堰梯形堰u无侧向收缩矩形堰无侧向收缩矩形堰5/21.4QHHb1:0.25HHbPHb1:0.25HHbPHb1:0.25HHbP3/21.86Qb H=3/2(0.4020.054)2HQg b HP=+鬃大坝安全监控理论、方法与软件系统混凝土应力计算混凝土应力计算o监测方法监测方法 u总变形总变形应变计应变计u非应力变形量非应力变形量无应力计无应力计u坝体应变总变形非应力变形量坝体应变总变形非应力变

16、形量u坝体应力：应变换算成徐变应力坝体应力：应变换算成徐变应力o计算方法计算方法u变形法：直接利用徐变试验求得的变形资料进变形法：直接利用徐变试验求得的变形资料进行计算；行计算；u松弛法，首先利用徐变资料算出松弛系数进行松弛法，首先利用徐变资料算出松弛系数进行计算。计算。大坝安全监控理论、方法与软件系统基准值的确定基准值的确定o以初始值为基准值以初始值为基准值：如建筑物水平位：如建筑物水平位移等移等o取首次测值为基准值取首次测值为基准值o以某次观测值为基准值：以某次观测值为基准值：如差阻式钢如差阻式钢筋计、应变计等筋计、应变计等大坝安全监控理论、方法与软件系统初值的估算初值的估算o丢失初值丢失

17、初值指在仪器埋设和测取初始值时，指在仪器埋设和测取初始值时，已发生相当大的变形、渗流或应力应变。已发生相当大的变形、渗流或应力应变。o初始值的估算应注意的问题是：初始值的估算应注意的问题是：u必须查明所丢失初值的各种相关情况；必须查明所丢失初值的各种相关情况；u正确理解不同结构物的性态机理。正确理解不同结构物的性态机理。o初始值估算的方法初始值估算的方法u数值计算方法数值计算方法u工程类比法工程类比法u试验方法试验方法大坝安全监控理论、方法与软件系统监测数据的补差和修匀监测数据的补差和修匀o监测数据的补差监测数据的补差u全段拉格朗日一次插值法全段拉格朗日一次插值法 u全段拉格朗日二次插值法全段

18、拉格朗日二次插值法 o监测数据的修匀监测数据的修匀u三点移动平均法三点移动平均法u高斯平滑法高斯平滑法大坝安全监控理论、方法与软件系统A.监测数据的补插监测数据的补插o全段拉格朗日一次插值法全段拉格朗日一次插值法 o全段拉格朗日二次插值法全段拉格朗日二次插值法ty1t02tt11(,)t y22(,)t y(,)t yty1t03tt11(,)t y33(,)t y(,)t y22(,)t y2t（a）线性插值（b）二次插值ty1t02tt11(,)t y22(,)t y(,)t yty1t03tt11(,)t y33(,)t y(,)t y22(,)t y2t112121()ttyyyytt

19、231312123121321233132()()()()()()()()()()()()ttttttttttttyyyytttttttttttt大坝安全监控理论、方法与软件系统B.监测数据的修匀监测数据的修匀o三点移动平均法三点移动平均法中央点的修匀值中央点的修匀值起测点的修匀值起测点的修匀值终测点的修匀值终测点的修匀值1111(,)(,)33iiiiiiiitttyyyt y 121112(,)(,)3yyt yt 12(,)(,)3nnnnnyytyt 大坝安全监控理论、方法与软件系统B.监测数据的修匀监测数据的修匀o高斯平滑法高斯平滑法22()211()()jiNttajiijy ty

20、 tew22()21jiNttajiwety0it高斯平滑tjtitpipjpip大坝安全监控理论、方法与软件系统七、填表和绘图七、填表和绘图o报表报表 u定期报表定期报表u不定期报表不定期报表o绘图绘图 u过程线过程线u分布图分布图u相关图相关图监测仪器、测点情况表监测仪器、测点情况表监测作业情况表监测作业情况表监测数据报表监测数据报表大坝安全监控理论、方法与软件系统分布图分布图0102030405060708090深2深4深6深8深10深12深14深16深18深20深22最大值最小值最大年变幅最大年均值最小年均值0.020.040.060.080.0100.0120.0140.0-1.5-

21、1.0-0.5 0.00.51.0位移值(mm)测点高程(m)实测曲线拟合曲线-2S+2S0.5030.5250.5390.5820.5570.5590.5690.5380.86169.5坝基剖面正应力分布坝基剖面正应力分布 不同日期的测斜孔曲线图不同日期的测斜孔曲线图大坝安全监控理论、方法与软件系统相关图相关图大坝安全监控理论、方法与软件系统八、监测资料的初步分析八、监测资料的初步分析o异常异常1：变化趋势突然加剧或变缓，或发生变化趋势突然加剧或变缓，或发生逆转，如从正向增长变为负向增长，而从已逆转，如从正向增长变为负向增长，而从已知的原因量变化不能作出解释。知的原因量变化不能作出解释。大坝

22、安全监控理论、方法与软件系统八、监测资料的初步分析八、监测资料的初步分析o异常异常2：出现与已知原因量无关的变化速率。出现与已知原因量无关的变化速率。大坝安全监控理论、方法与软件系统八、监测资料的初步分析八、监测资料的初步分析o异常异常3：出现超过历史极值（最大值、最小出现超过历史极值（最大值、最小值）、设计计算值、安全监控限值或数学模值）、设计计算值、安全监控限值或数学模型预报值。型预报值。大坝安全监控理论、方法与软件系统九、文字报告编写九、文字报告编写o工程概况工程概况 o测点情况测点情况 o数据整理数据整理 o测值变化规律与特征测值变化规律与特征 o简单的计算分析结果简单的计算分析结果

23、o发展趋势与预测发展趋势与预测 o比较和判别比较和判别 o评价与建议评价与建议 大坝安全监控理论、方法与软件系统十、成果的审核及审定编印十、成果的审核及审定编印o资料相关监测资料的收集和分类汇总资料相关监测资料的收集和分类汇总 o各类监测资料的检验和审查各类监测资料的检验和审查 o资料的审定编印资料的审定编印 o资料整编的要点资料整编的要点 大坝安全监控理论、方法与软件系统相关监测资料的收集和分类汇总相关监测资料的收集和分类汇总u工程资料：工程资料：勘测、设计、科研、施工、竣工、监理、勘测、设计、科研、施工、竣工、监理、验收、维护等方面的资料。验收、维护等方面的资料。u仪器资料：仪器资料：仪器

24、结构、测点布置、仪器埋设的原始仪器结构、测点布置、仪器埋设的原始记录和考证资料，仪器损坏、维修和改装情况，以及记录和考证资料，仪器损坏、维修和改装情况，以及其它与之相关的文字图表资料。其它与之相关的文字图表资料。u监测资料：监测资料：人工巡查、监测原始记录、物理量计算人工巡查、监测原始记录、物理量计算结果及各种图表；与监测和测点有关的地质、水文、结果及各种图表；与监测和测点有关的地质、水文、气象以及地震资料；不同时期对监测资料分析预测的气象以及地震资料；不同时期对监测资料分析预测的结果和结论。结果和结论。u相关资料：相关资料：文件和批文、合同、总结、咨询、事故文件和批文、合同、总结、咨询、事故

25、和处理、监测资料管理、仪器设备管理等方面的文字和处理、监测资料管理、仪器设备管理等方面的文字及图表资料。及图表资料。大坝安全监控理论、方法与软件系统各类监测资料的检验和审查各类监测资料的检验和审查u审核资料的完整性：审核资料的完整性：检查是否遗漏了某些重要方面检查是否遗漏了某些重要方面的资料，资料中是否已经有遗失和损坏等，是否需要的资料，资料中是否已经有遗失和损坏等，是否需要补充新的资料。补充新的资料。u审核资料的正确性和可靠性：审核资料的正确性和可靠性：逻辑审查，逻辑审查，即根据知识、经验和理论审核资料的即根据知识、经验和理论审核资料的内容是否合理；是否符合实际情况；从不同资料内容是否合理；

26、是否符合实际情况；从不同资料得到的结果是否存在矛盾；所使用的公式和理论得到的结果是否存在矛盾；所使用的公式和理论是否正确、合理，出现在不同资料中的同一数据是否正确、合理，出现在不同资料中的同一数据是否一致等。是否一致等。技术审核，技术审核，即检查是否有错误和疏漏，例如审核即检查是否有错误和疏漏，例如审核图表和文字中所引用数据（包括数值、正负、小图表和文字中所引用数据（包括数值、正负、小数点和单位换算等）；图表的内容和单位，坐标数点和单位换算等）；图表的内容和单位，坐标轴的单位和刻度。轴的单位和刻度。大坝安全监控理论、方法与软件系统资料的审定编印资料的审定编印u内容：内容：资料分类、编组和汇总，

27、报告编写、编印。资料分类、编组和汇总，报告编写、编印。u注意事项：注意事项：u整编时资料应按不同的标志进行分组，以便保整编时资料应按不同的标志进行分组，以便保存、管理和调用。存、管理和调用。按资料的性质可分为：原始按资料的性质可分为：原始资料（未经加工并将保持不变的资料）和综合资料（未经加工并将保持不变的资料）和综合资料（经过加工的资料）。资料（经过加工的资料）。u整编报告应着重于对工程状况整体性的把握。整编报告应着重于对工程状况整体性的把握。不仅包括对个别仪器和分散的数据进行分析，不仅包括对个别仪器和分散的数据进行分析，更重要的是要考虑发展的全过程，以及在此过更重要的是要考虑发展的全过程，以

28、及在此过程中诸多因素的影响，考虑从所有仪器和测点程中诸多因素的影响，考虑从所有仪器和测点在各个时期得到的数据之间的联系，以及从资在各个时期得到的数据之间的联系，以及从资料中综合反映出来的本质特征。料中综合反映出来的本质特征。大坝安全监控理论、方法与软件系统十一、监测资料整理的计算机化十一、监测资料整理的计算机化o计算机进行监测资料整理的基本要求计算机进行监测资料整理的基本要求o数据的组织管理及存档数据的组织管理及存档o报表、绘图以及文字报告的计算机实现报表、绘图以及文字报告的计算机实现o实现计算机进行监测资料整理的方式实现计算机进行监测资料整理的方式大坝安全监控理论、方法与软件系统计算机进行监

29、测资料整理的基本要求计算机进行监测资料整理的基本要求u具有监测资料数据库的建库、管理和维护功具有监测资料数据库的建库、管理和维护功能：能：包括各种资料的录入、修改、删除，文包括各种资料的录入、修改、删除，文件备份及整理，检索查询，数据的内外交换件备份及整理，检索查询，数据的内外交换等。等。u具有全套监测资料整理作业功能：具有全套监测资料整理作业功能：从原始数从原始数据采集、物理量计算、图表绘制、数据处理、据采集、物理量计算、图表绘制、数据处理、初步分析、异常值识别和文件编辑等。初步分析、异常值识别和文件编辑等。u具有良好的人机界面、完善的联机帮助等。具有良好的人机界面、完善的联机帮助等。大坝安

30、全监控理论、方法与软件系统观测资料的存档观测资料的存档存档永久保存的资料有：存档永久保存的资料有：u仪器资料。仪器资料。u观测原始记录。观测原始记录。u观测的月、季和年报表。观测的月、季和年报表。u计算机中不同时期观测数据的备份。计算机中不同时期观测数据的备份。大坝安全监控理论、方法与软件系统数据的组织和管理数据的组织和管理u原始数据与物理量数据（计算数据）原始数据与物理量数据（计算数据）的分离的分离 u数据表结构的统一数据表结构的统一 u分组存放数据分组存放数据 u建立临时数据表建立临时数据表 u建立索引表建立索引表u严格数据表的管理严格数据表的管理大坝安全监控理论、方法与软件系统绘图功能的

31、要求和注意事项绘图功能的要求和注意事项u常规绘图功能。常规绘图功能。u分段选择绘图数据。分段选择绘图数据。u曲线局部放大。曲线局部放大。u提供数据捕捉功能。提供数据捕捉功能。u多输出接口。多输出接口。u打印输出设置灵活。打印输出设置灵活。大坝安全监控理论、方法与软件系统报表和文字报告的计算机实现报表和文字报告的计算机实现u计算机生成报表计算机生成报表n利用通用的制表程序实现。利用通用的制表程序实现。n利用数据处理系统的通用制表功能利用数据处理系统的通用制表功能实现。实现。n利用数据处理系统的专用制表功能利用数据处理系统的专用制表功能实现。实现。u计算机生成文字报告计算机生成文字报告大坝安全监控

32、理论、方法与软件系统计算机进行资料整理的实现计算机进行资料整理的实现u直接采用制表软件直接采用制表软件EXCELu购置或开发监测资料整理数据库软件系购置或开发监测资料整理数据库软件系统统n系统是否经过鉴定，是否被实际使用过。系统是否经过鉴定，是否被实际使用过。n通用性和适用范围，使用上的方便性。通用性和适用范围，使用上的方便性。n开放性。开放性。n是否提供详细的用户手册，理论文本。是否提供详细的用户手册，理论文本。专业知识专业知识原型监测资料分析原型监测资料分析l概述概述l大坝及坝基安全监控模型体系大坝及坝基安全监控模型体系w常规函数关系模型常规函数关系模型w预测模型预测模型w新型模型新型模型

33、l大坝及坝基的反分析理论和方法大坝及坝基的反分析理论和方法w反演分析反演分析w反馈分析反馈分析大坝安全监控理论、方法与软件系统1.1 资料分析的方法和技术路线资料分析的方法和技术路线o技术路线：技术路线：o方法：方法：u比较法比较法u统计分析法统计分析法u物理分析方法物理分析方法认识规律认识规律判断安全性查找问题查找问题预测变化预测变化大坝安全监控理论、方法与软件系统1.2 分析内容和步骤分析内容和步骤评估大坝的工作性态资料分析及结构性态分析：应用数学模型分析资料应用数学模型分析资料分析巡视检查资料分析巡视检查资料分析坝体的整体性分析坝体的整体性判断防渗排水设施的效能判断防渗排水设施的效能 校

34、核大坝稳定性校核大坝稳定性初分析：绘制曲线和图形绘制曲线和图形分析监测物理量的时空变化规律分析监测物理量的时空变化规律检验原始数据的可靠性检验原始数据的可靠性特征值统计和分析特征值统计和分析异常值判断异常值判断分析监测物理量变化规律的稳定性分析监测物理量变化规律的稳定性大坝安全监控理论、方法与软件系统2.大坝及坝基安全监控模型体系大坝及坝基安全监控模型体系大坝、坝基、岩土边坡等的原型监测资料预测模型统计模型岩土边坡稳定混沌模型坝肩稳定突变模型坝肩稳定确定性模型施工期特殊监控模型确定性或混合模型时间序列分析法Lyapunov函数分形几何理论突变理论计算力学统计学方法模糊数学灰色系统理论Lyapu

35、nov指数测点空间位移场测点空间位移场计算力学计算力学大坝、坝基、岩土边坡等的安全监控（佛子岭、龙羊峡、丹江口、青铜峡、水口、三峡等30多座水电站大坝）大坝安全监控理论、方法与软件系统2.1 统计数学及统计模型统计数学及统计模型回归分析法变 形 监 测 量变 形 监 测 量的统计模型的统计模型应 力 应 变 观应 力 应 变 观测 量 的 统 计测 量 的 统 计模型模型渗 流 观 测 量渗 流 观 测 量的统计模型的统计模型位移单测点统计模型位移单测点统计模型位移时空分布模型位移时空分布模型裂缝开合度统计模型裂缝开合度统计模型扬压力扬压力渗流量渗流量两岸地下水两岸地下水浸润线浸润线大坝安全监

36、控理论、方法与软件系统回归分析法回归分析法u基本原理基本原理u估计回归系数的方法估计回归系数的方法n多元回归多元回归n逐步回归逐步回归n差值回归差值回归n加权回归加权回归n正交回归正交回归kiiixbby10大坝安全监控理论、方法与软件系统回归分析法多元回归回归分析法多元回归u样本：样本：u最小二乘法：最小二乘法：u基本思想：基本思想：将影响因变量的所有自变量纳入将影响因变量的所有自变量纳入回归方程中，用每个因子的偏回归平方和考察回归方程中，用每个因子的偏回归平方和考察对因变量的影响。对因变量的影响。u存在的问题：存在的问题：当因子过多时，往往使法方程当因子过多时，往往使法方程的回归系数的矩阵

37、出现病态，而无法求解或所的回归系数的矩阵出现病态，而无法求解或所得回归方程的精度不高。得回归方程的精度不高。1,2,1,2,tityxtnik；ntttyyQ12*)(大坝安全监控理论、方法与软件系统回归分析法逐步回归分析法回归分析法逐步回归分析法u基本思想：基本思想：对因变量作用显著的因子开始，对因变量作用显著的因子开始，并从大到小依次逐步引入回归方程。并从大到小依次逐步引入回归方程。u基本步骤：基本步骤：o当后面的因子引入使前面已引入回归方程当后面的因子引入使前面已引入回归方程中的因子不显著时，就将其剔除；中的因子不显著时，就将其剔除；o在引入与剔除因子的每一步都作统计检验，在引入与剔除因

38、子的每一步都作统计检验，使回归方程只含有显著因子。使回归方程只含有显著因子。u最佳回归方程：最佳回归方程：01miiiybb xmk大坝安全监控理论、方法与软件系统回归分析法差值回归法回归分析法差值回归法u针对的问题：针对的问题：因子之间相关。因子之间相关。u基本原理：基本原理：使各个自变量的因子始终保持在使各个自变量的因子始终保持在相对独立的前提条件下进行回归计算。相对独立的前提条件下进行回归计算。u基本步骤：基本步骤：o在实测资料中扣除相同水位（或水深）的在实测资料中扣除相同水位（或水深）的水压（或水位）分量，使只保留温度和时水压（或水位）分量，使只保留温度和时效影响的自变量，并作出回归分

39、析。效影响的自变量，并作出回归分析。o建立剩余位移与水压（或水位）相关的回建立剩余位移与水压（或水位）相关的回归模型。归模型。o将两个回归模型相加，得到差值回归模型。将两个回归模型相加，得到差值回归模型。大坝安全监控理论、方法与软件系统回归分析法差值回归法回归分析法差值回归法大坝安全监控理论、方法与软件系统回归分析法其它方法回归分析法其它方法u加权回归法：加权回归法：为了重点考虑精度较高的监测为了重点考虑精度较高的监测资料或者必须考虑某个因子对因变量的作用时，资料或者必须考虑某个因子对因变量的作用时，为此，在回归分析时对这些资料或因子赋以较为此，在回归分析时对这些资料或因子赋以较大权，使所建回

40、归模型中保留这些资料或因子。大权，使所建回归模型中保留这些资料或因子。u正交多项式回归法：正交多项式回归法：法方程组易于病态。法方程组易于病态。为了提高求解的稳定性，采用正交法和镜像映为了提高求解的稳定性，采用正交法和镜像映射法，使法方程的系数矩阵中，仅保留主对角射法，使法方程的系数矩阵中，仅保留主对角线的项，其他为零。线的项，其他为零。大坝安全监控理论、方法与软件系统混凝土坝变形测点的统计模型混凝土坝变形测点的统计模型u变形测点或空间位移场的位移变形测点或空间位移场的位移JTH水平裂缝xHyzxyz大坝安全监控理论、方法与软件系统混凝土坝变形测点的统计模型水压分量混凝土坝变形测点的统计模型水

41、压分量坝型坝型库水压力库水压力坝基扬压力坝基扬压力坝身扬压力坝身扬压力重力坝重力坝拱坝拱坝不计或不计或不计或不计或31iiia HfjaH2()bjaH4(5)312111iiiiiia Ha HfjaH2()bjaH大坝安全监控理论、方法与软件系统混凝土坝变形测点的统计模型温度分量混凝土坝变形测点的统计模型温度分量情况情况周期项周期项水温作为因子水温作为因子只有边界温度只有边界温度有混凝土温度有混凝土温度资料资料或或拱坝只有少数拱坝只有少数混凝土温度资混凝土温度资料料温度场：温度场：边界和初始条件为水气温，混凝土温度边界和初始条件为水气温，混凝土温度为约束条件。为约束条件。212122(si

42、ncos)365365miiiititbbiimiTb21iimiTb21iimiiimibTb211111)(222222zTyTxTtT大坝安全监控理论、方法与软件系统混凝土坝变形测点统计模型时效、裂缝分量混凝土坝变形测点统计模型时效、裂缝分量u时效分量时效分量指数函数、双曲函数、多指数函数、双曲函数、多项式、对数函数和线性函数等。项式、对数函数和线性函数等。u裂缝分量：裂缝分量：12lncc2211211221sincos365365kiiiiiicecc 41mJiiid J 大坝安全监控理论、方法与软件系统混凝土坝变形测点的统计模型回归模型混凝土坝变形测点的统计模型回归模型u方法：方

43、法：回归分析法。回归分析法。u回归模型：回归模型：因子的回归系数，因子之间的简单相因子的回归系数，因子之间的简单相关系数、复相关系数、标准差和显著性水平等。关系数、复相关系数、标准差和显著性水平等。u用途：用途：n评价模型的可靠性；评价模型的可靠性；n评价大坝及坝基的变形性态；评价大坝及坝基的变形性态；n监控大坝及坝基变形性态。监控大坝及坝基变形性态。u单点模型的不足：单点模型的不足：n基本没有反映坝体和坝基的整体作用；基本没有反映坝体和坝基的整体作用；n用单测点模型反演的参数也不完全代表坝体和用单测点模型反演的参数也不完全代表坝体和坝基的实际参数。坝基的实际参数。大坝安全监控理论、方法与软件

44、系统2.2 确定性模型和混合模型确定性模型和混合模型出发点：q当监测资料不包括荷载发生的极值或监测资料较短时；q从力学概念上解析大坝及坝基的结构性态。基本原理：q主要分量由有限元分析；q计算各个分量时考虑极限荷载工况。确定性模型：q水压、温度用FEM计算；q时效分量用FEM计算或用统计模型。混合模型：q水压用FEM计算；q其它分量用统计模型。3.大坝及坝基的反分析理论和方法大坝及坝基的反分析理论和方法 x t y t y t计算力学反演分析（参数、计算模型等）反馈分析（工况、安全度、指标等）大坝安全馈控反 分 析反 分 析大坝安全监控理论、方法与软件系统3.1 概述概述o反演分析：反演分析：依

45、据监测资料正分析的成果，应用计算依据监测资料正分析的成果，应用计算力学（结构和渗流力学（结构和渗流FEM等），反求计算参数、计算等），反求计算参数、计算模型及其计算成果等，以校准影响计算精度的主要因模型及其计算成果等，以校准影响计算精度的主要因素。素。反演分析计算成果的计算成果的优化处理优化处理计算模型计算模型单元形态单元形态位移模式位移模式边界条件边界条件计算参数计算参数变形参数变形参数断裂参数断裂参数热力学参数热力学参数渗流参数渗流参数大坝安全监控理论、方法与软件系统3.1 概述概述o反馈分析：反馈分析：融合正分析与反演分析的成果，通过对融合正分析与反演分析的成果，通过对大坝及坝基设计、施

46、工和运行中遇到的问题进行计算大坝及坝基设计、施工和运行中遇到的问题进行计算力学和理论分析，从中寻找某些信息和规律，及时反力学和理论分析，从中寻找某些信息和规律，及时反馈到设计、施工和运行中，从而优化设计、施工和运馈到设计、施工和运行中，从而优化设计、施工和运行。行。反馈分析施工期反馈分析施工期反馈分析运行期反馈分析运行期反馈分析温控措施温控措施地应力地应力纵横缝灌浆措施纵横缝灌浆措施荷载工况荷载工况实际安全度实际安全度耦合问题耦合问题监控指标监控指标大坝安全监控理论、方法与软件系统3.2 大坝及坝基计算参数的反演分析大坝及坝基计算参数的反演分析v变形参数变形参数混凝土坝的坝体弹性模量、坝基和库

47、盘基岩的变形混凝土坝的坝体弹性模量、坝基和库盘基岩的变形模量模量，大坝及坝基的粘弹性参数；，大坝及坝基的粘弹性参数；土石坝的土石坝的DuncanChang模型的参数和徐变度。模型的参数和徐变度。v断裂参数断裂参数断裂韧度断裂韧度纵缝等价摩擦系数纵缝等价摩擦系数v热力学参数热力学参数导温系数、导热系数导温系数、导热系数线膨胀系数等线膨胀系数等v渗流参数渗流参数坝体混凝土的渗流扩散系数和湿胀应力坝体混凝土的渗流扩散系数和湿胀应力土石坝防渗体的渗透系数土石坝防渗体的渗透系数大坝安全监控理论、方法与软件系统反演分析模型反演分析模型v核心思想：核心思想：坝体混凝土的弹性模量、坝基和库盘岩坝体混凝土的弹性

48、模量、坝基和库盘岩体的变形模量仅与水压分量有关。体的变形模量仅与水压分量有关。v由变形测点建立的反演模型由变形测点建立的反演模型v由位移时空分布建立的反演模型由位移时空分布建立的反演模型 3 43 43 41213111iiiHiiiiiiiftXa HYaaHZa H 3 43 433120,00,03 4330,0ilmnilmnHilmnilmnil m nil m nilmnilmnil m nftXAH x y zYAH x y zZAH x y z 0ccEXE00rcrcEEYEE00bcbcEEZEE大坝安全监控理论、方法与软件系统库盘基岩的模量反演库盘基岩的模量反演v库盘基岩

49、的分区变形模量库盘基岩的分区变形模量利用库岸的沉陷监测资料。利用库岸的沉陷监测资料。用大范围有限元模型计算不同水位时在沉陷测点的用大范围有限元模型计算不同水位时在沉陷测点的沉陷量。沉陷量。实测值与计算值进行最佳拟合。实测值与计算值进行最佳拟合。v库盘基岩的综合变形模量库盘基岩的综合变形模量坝基的倾斜监测资料；坝基的倾斜监测资料；基于分区变形模量的有限元计算值。基于分区变形模量的有限元计算值。201()iNziz ibiQf E012ibQiE，M212()bf E 大坝安全监控理论、方法与软件系统坝基基岩的变形模量反演坝基基岩的变形模量反演v用建基面高程附近测点的实测位移进行反演。用建基面高程

50、附近测点的实测位移进行反演。用近坝区有限元模型计算不同水位时，在用近坝区有限元模型计算不同水位时，在该点的位移：该点的位移：用大范围有限元计算不同水位时，在该点用大范围有限元计算不同水位时，在该点由库盘变形引起的位移：由库盘变形引起的位移：由监控模型分离出水压分量：由监控模型分离出水压分量：v反演模型：反演模型：0rQE2301()nrHiHirH iriQf ErHi3Hi0rH i大坝安全监控理论、方法与软件系统坝体混凝土的弹性模量反演坝体混凝土的弹性模量反演v由测点监控模型或位移时空分布模型中分离由测点监控模型或位移时空分布模型中分离的水压分量中扣除由于基岩和库盘变形引起的水压分量中扣除