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调水工程安全运行若干关键问题研究

杨天凯  
【摘要】:随着我国社会经济的飞速发展,用水需求的不断提升,调水工程已成为基础设施建设的重要组成部分,并为城市生活、工业生产、农业灌溉及生态环保等提供了重要的用水保障。调水工程的安全运行是保证工程社会、经济及环境效益得以发挥的重要前提。然而,由于工程线路长、工程地质及环境条件复杂多变、长期运行逐渐老化等因素,调水工程失事的案例时常发生,造成了巨大的经济损失和深远的社会影响。因此,在实际的运行管理及科研工作中,有关如何保障调水工程安全运行的诸多关键问题亟待研究和解决。近年来,众多学者针对调水工程安全运行的问题开展了大量的研究工作,并且取得了不错的研究进展。但是,目前相关的研究仍尚未形成完备理论和技术体系,已有成果尚不能满足实际的工程管理需求。本文紧密围绕调水工程安全运行的主题,从监控、评估及检测三个角度出发,选取部分典型的调水建筑物结构,结合工程实际开展若干关键问题的细致研究工作。旨在为推进调水工程安全运行的研究进程做出一点努力,主要的研究内容及得到的结论如下:(1)基于统计回归模型的渠道安全监控。以渠道边坡变形的安全监控为例,提出了确定不同调水建筑物安全运行监控指标及阈值的统一技术路径,并建立了渠道边坡变形安全的“三级预警+一级报警”统计预测监控模型。明确了安全监控的基础是破坏模式及路径的识别和现有监测量的分析,关键是安全监控指标的拟定和典型建筑物性态与易损性分析,核心是安全监控指标的分级,结果是监控阈值的确定。(2)基于原型监测与数值分析的渠道安全评估。以渠道边坡为例,结合实测资料分析、渗流状况反演分析和边坡稳定有限元计算分析,对其安全稳定性进行评估。主要结论是:渠道边坡的地下水位较低,坡内可能有局部含水层,不会影响衬砌的稳定,渠水有微弱外渗,边坡的渗流状况稳定;渠道边坡的变形很小,且主要发生在浅表层,没有深层滑动的迹象,抗滑稳定安全系数满足设计要求,边坡变形状况稳定且尚有较大安全储备;抗滑桩能够有效的限制边坡的浅层位移,抗滑桩和坡面梁的结构很好的抵抗边坡变形,对过水断面的支护效果好。(3)基于涡流仿真技术的桩基检测。以PHC管桩为例,基于远场涡流检测技术的基本原理,建立三维电磁场有限元模型进行仿真分析,对比不同的线圈布置位置和钢筋断裂工况。研究成果表明:Br相位适合做管内管外的检测指标。Br幅值和Bz幅值可在管内检测时区分是否有纵筋断裂。管桩钢筋结构稀疏,断裂时产生的磁场扰动范围很小,仅当激励线圈和检测线圈靠近断裂位置时能够检测到比较明显的磁场信号。


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