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第 PAGE \* MERGEFORMAT 13页 共13页 周期性静水压力作用下混凝土坝的诊断分析 摘要 本文提出并研究可能造成年代久远的大型混凝土坝损害诊断的流程，可以概括如下。混凝土区域的弹性模量按传统意义上来说是一些参数，这些参数用来确认由于过去的物理化学过程或在极限荷载作用下造成的结构损伤。在非破坏性诊断试验中厂区的水库水位年周期性改变被认为是不太重要的外部影响。我们通常用雷达来测量由于水库水位从最高降至最低所引起的下游面的位移，目前这些仪器在水坝工程中是很具有创新性的。显然由于周期热效应引起的可测位移所造成的不容忽视的影响已经被人们所关注，我们已开始通过坝体内部的温度计按照一定的时间间隔来测量坝体温度，根据它们的参数管理简化的热边界条件，超过一年就可以通过傅里叶级数来表示温度的时效性。最后，损伤诊断要用最小化来得出，通过弹性模量，在测量和计算所得的位移之间的一系列差异函数来计算，也可以在线性热弹性力学背景下进行逆分析，还可以通过随机扩展来验证所提出的计算方法。 关键词：混凝土大坝；损伤诊断；热效应；雷达监控；随机处理；逆分析 前言 目前现存的一些重要的混凝土大坝特别是在欧洲和北美洲地区，经过几十年生产服务已经存在了一些结构上的破坏。最常见的恶化形式是一种被称作硅酸盐反应的物理化学过程。经过大约十年的潜伏期和超过三十至四十年的活跃期在达到饱和之前，这个过程会造成混凝土的刚度和强度的退化，并产生膨胀危害。膨胀会提高混凝土的自具应力并导致坝体开裂。在二十世纪八十年代后硅酸盐反应才被人们逐渐的了解，然而在多物理场耦合计算力学领域中和大坝工程中它的实际预测建模仍 存在研究型的挑战，见索引【1,2】。 除了硅酸盐反应或伴随着它的其他一些造成结构破坏的因素，其它的一般都是极端的外部行为，像地震、校核洪水下的静水荷载和周围地质系统包括坝基的缓慢造山运动。我们很难通过局部实验查明和定量评估可能的产生后果，它包括混凝土的扩散开裂并伴随着混凝土局部平均刚度和强度的降低，见索引【3】。 鉴于以上所提及的情形和它们显而易见的重要意义（不仅在科技上而且在社会和经济中），人们对大型混凝土坝的诊断分析研究的越来越多，即以得出结构损伤的本质和具体位置的方法。 迄今为止，为大坝特征分析所提出的方法和进程可以分为以下几类：（a）通过长期监测结果的赋值和与该大坝或相似大坝特征的比较得到的可靠性评价，见索引【6】；（b）混凝土本构参数的当地鉴定、在扁千斤顶（见索引【5】）作用下表面压力的分析和通过测量技术测膨胀技术得到的深层次的了解（见索引【4】；（c）由震动达因（或者说是间或的轻微振动）产生的动态励磁，由加速计得到的测量值和基于线性动力学模态分析的弹性模量提出的观点（见索引【7】）；（d）由快速、通常是临时性的水库水位的改变而产生的静水荷载，通过垂和准直器等仪器测得的位移量和有限元模型得到的弹性模量的逆分析（线性或非线性弹性分析如果接头滑动是不可忽略的），见索引【8,9】；（e）前文提到的除了利用周期性水位变化的这些技术意味着设备的运行，但运行的费用很便宜。 （d）和（e）之间的区别在于（e）将热效应考虑在内，热效应产生可测位移。在（e）中，测得的位移包括一个由预应力混凝土的粘滞性质（蠕变行为）产生附加位移，这个附加位移一般对于六个月以内的静水荷载和热作用产生的位移影响很小（在此被忽略）。 特征分析（d）和（e）在以雷达和激光技术为基础的新实验仪器中使用地越来越频繁也越来越成功，这些技术是上文提到的传统的永久性监测仪器的备用物。这些技术明显的优势在于：潜在的更高的测量精度；通过激光和雷达仪器可以得到更多的实验数据。事实上这些数据包括了所测大坝下游面的精确图谱，见索引【10】。然而，全面特征分析所有技术有以下几个明显的局限性：（i）无损实验必须在结构响应的塑性范围内，弹性模量才能被预估；（ii）刚度退化对可测位 移（敏感性分析可以证明）不产生影响的地方属于坝体、坝内部和坝基范围；（iii）裂缝和接缝的渗漏及加压进水和结构因素一样是最基本的危害，它们很难通过全面逆分析来确定，同时需要各种监测，最基本的监测是目视检查。这些情况在原位测试中常使用在必要的地方，像（b）所提及的那样。 在本文中，如果雷达设备齐全并且它可以在六个月中测出大坝位移，那么以周期性静水荷载为基础的诊断技术（e）是可以研究出来的。所要考虑的外部影响一般有水位从最高降至最低的波动和由夏至冬的温度变化，在时间上来说这两种因素都是周期性的。在第2部分中，国际大坝委员会基准研讨会【11】提到的混凝土重力拱坝被作为事例，我们在通过几何学和材料性质来它的同时也用有限元方法对它进行建模。第3部分进