聚焦水库安全:加强大坝抗震安全评价方面的科技问题研究-大连理

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  聚焦水库安全:加强大坝抗震安全评价方面的科技问题研究-大连理工新闻网
聚焦水库安全:加强大坝抗震安全评价方面的科技问题研究 作者:single 来源:科学时报 时间:2007-01-08 14:15 本报记者 潘锋 我国大坝建设蓬勃发展,许多世界级的超高大坝已经或即将在西部山区进行建设,大坝抗震安全正成为公共安全的重大问题之一。但中国工程院院士、大连理工大学教授林皋向记者表示,从国内外关于大坝抗震安全评价的发展现状来看,大坝抗震安全评价当前的发展水平远远满足不了需要,还有许多重要科学技术问题有待研究和解决。 大坝安全关系到下游广大地区人民生命财产的安全。据不完全统计,从12世纪以来,全世界共发生了2000余起大坝事故,比较显著的大坝失事有200多起,带来了灾难性的后果。造成大坝事故的原因多种多样,主要有洪水、地震、坝基的复杂性与老化等。 “大坝安全作为公共安全的重大问题,受到世界各国的普遍关注。多次大地震中的大坝震害使大坝的抗震安全成为关注的重点之一。”林皋说。 发生地震的不确定性成分很多,发震强度、时间与地点均难以准确预测,这就对大坝的抗震设计和安全评价提出了更高的要求,但大坝抗震安全评价当前的发展水平远远满足不了科学地进行大坝抗震安全评价的需要。在我国和世界各国的坝工实践中,关于混凝土坝的地震响应主要采用弹性动力分析方法,即依据弹性模型的计算结果来近似地估计地震损伤的程度和损伤的范围,有关大坝的抗震安全性在很大程度上仍然需要依靠工程师的经验和判断,美国、加拿大等国都感到很有改进的必要,并在酝酿着进行改革。 大坝在人类文明的进程中发挥了重要作用,有文献报道大坝为人类服务的历史超过5000年。近代坝工技术的发展经历了三个典型的发展阶段:一是20世纪30年代,以美国为中心,筑坝技术有了很大的进步。1936年,221米高的胡佛坝的建成,解决了温度控制和防裂问题,成为大体积混凝土坝建设的一个里程碑。二是20世纪50至70年代,二次大战后的恢复时期,欧洲进入坝工建设的高潮,技术革新蓬勃发展。三是20世纪90年代以后,中国进入大坝发展的兴旺时期,成为世界建坝中心。无论从建坝数量、建坝规模还是技术难度来说,中国都居世界首位。 林皋介绍,GPS速度场的观测表明,印度板块对欧亚板块的碰撞,每年产生50毫米左右的挤压变形,引起中国大陆西部地区强烈的地震活动。而这一带,特别是西南地区是我国水力资源最为丰富的地区。根据我国能源发展规划,还将有多个200~300米级的高坝和大型水库在金沙江、澜沧江、雅砻江、大渡河、怒江和黄河上进行建设,这些都属于世界级的超高大坝,不少都超过国外已建工程的水平。提高大坝的抗震安全设计和评价水平,解决关键技术问题,对中国大坝抗震具有特殊重要的意义。 林皋认为,首先要科学地进行大坝的抗震设防,采用两级或多级设防标准,合理地确定设防地震强度、频谱特性与地震动的输入模式,完善检验的内容与标准。同时,要加强筑坝材料动态特性与本构关系的研究。深入了解混凝土的速率敏感特性等对大坝地震响应的影响。 在混凝土坝的地震响应分析方面,完善改进大坝—库水—地基系统的相互作用以及横缝动接触的计算模型,以便能更接近实际地反映拱坝在地震时的工作状态,并能通过实际检验,发展大坝地震损伤进程的数值计算模型与计算方法,便于工程实用。在土石坝的地震响应分析方面,材料的动态特性与本构关系的研究仍有待加强,根据高土石坝发展的需要,特别要重视高围压下大颗粒堆石料动态特性的研究。需加强土石坝静、动力作用数值计算模型的研究,以便对土石坝的抗震性能、震害形态以及影响因素取得更为深入的认识。 新技术在大坝质量控制与健康监测的应用中具有广阔前途。发展快速、简便、精确的实时质量控制和结构损伤诊断技术,研制新型的损伤修复材料具有重要意义。例如,利用雷达电磁波可以快速测定材料的质量、含水量,有利于保障大坝的施工质量;利用纳米级的硅酸做黏结剂,可以对结构改性或对结构的裂缝、损伤进行快速修补,提高其运行可靠性。 林皋最后表示,20世纪80年代以后,欧洲、美国、日本等国建坝数量大幅度回落,只有我国坝工建设蓬勃发展。一些建设中或规划建设的大坝都向超高大坝方向发展,拱坝达300米级,土石坝达250~300米级,面板堆石坝达200~250米级,这些大坝多数建在强地震活动区,很少有国外的经验可资借鉴,而国内外已建大坝很少经历过强震的考验。为了保障我国大坝的安全运行和抵御地震的破坏作用,深入开展大坝的抗震安全研究有着十分重要的意义。

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