科技成果——重大水利工程大坝深水检测及突发事件监测预警与应急处置

科技成果——重大水利工程大坝深水检测及突发事件监测预警与应

急处置

研究背景 我国现有约9.8万座水库大坝，其中100m以上高坝数量200余座，且仍在增加；已建、在建和拟建200m以上特高坝21座，数量居世界首位。总体上看，我国重大水利工程大坝建设水平已居世界领先水平，但安全运行保障水平相对滞后，特别是面对工程老化及特大洪水、强震、重大地质灾害、异常干旱、极端低温、战争与恐怖破坏等极端事件的不利影响，相对于中低坝，高坝运行面临新的安全形势和技术挑战，一是100m以上深水检测修补加固缺乏成熟的技术装备手段；二是应对极端事件的应急保障能力薄弱；三是非常规条件下的大坝安全诊断和风险评估理论与方法还不完善

拟解决的关键问题

（1）非常规条件下大坝性能演化与灾变机理；

（2）极端条件下大坝安全诊断和风险控制理论与方法；

（3）深水环境大坝安全保障体系；

（4）大坝深水检测与修补加固技术和装备；

（5）极端条件下大坝失事早期预警与应急处置技术。

研究内容

1、非常规条件下大坝性能演化与灾变机理

建立了极端灾害特征数据库和诱发大坝失事破坏案例库；开展了堆石坝和砂砾石坝地震动力破坏的大型振动台模型试验，从结构动力特性、地震加速度响应特性和地震残余变形计破坏模式等全面考察了堆石坝在地震作用下动力破坏的发生、发展和垮坝过程，揭示高土石坝在地震作用下的破坏模式。

2、极端条件下大坝安全诊断和风险控制理论与方法

初步构建了基于大数据的大坝安全监测数据管理及分析云服务系统框架，可提供全生命周期全方位的安全监测数据服务，并实现大坝安全多源信息的数值融合和特征融合。与此同时，通过广泛调研在“十一五”科技支撑计划项目成果基础上，建立了国内外典型水库大坝失事案例数据库；开展了基于变形场和渗流场的大坝早期失事预警模型研究，建立了溃坝条件下的下游影响区预警级别计算的数学模型、溃坝应急转移系统影响因素分析及洪灾应急避难安置点综合评价指标体系与优选的数学模型，并应用于某大型工程。

3、大坝深水检测与修补加固技术和装备；

在广泛调研基础上完成了水下爬行机器人履带方案和轮式方案设计，并确定了声纳搭载方案，完成了履带底盘的爬坡和驻停试验；为提高水库大坝渗漏测量效率，将过去的平面测量提升为立体测量，借助机器人水下自由航行，增强声纳渗漏缺陷识别的效率与效果，并已进入方案设计阶段。通过广泛调研并吸收“蛟龙号”载人潜水器的设计思路，进行了大坝深水检测修补潜水器方案设计与初步设计，目前正在进行潜水器水下定位、作业工具搭载等技术攻关。分析了典型湖库深水淤积物的来源情况，并结合典型工程对国内多座水库的库底淤积情况进行勘测，初步整理了深水淤积物的组成、粒度及分布的特征；研制了

无叶片式的管道疏浚装置以及基于气动式原理的深水清淤设备样机，并结合实际工程进行了深水清淤试验，清淤深度已达120m，生产能力300m3/h。完成了黄河流域7座水库以及长江流域2座水库深孔闸门淤积物种类及特性的调研工作，在此基础上开展了深孔自推进器式方案设计工作。

4、极端条件下大坝失事早期预警与应急处置技术。

在总结不同坝型可能破坏模式的基础上，初步提出了不同破坏模式的监测项目；初步提出了高性能多参数小型化传感器研发方案，研发了智能无线传感网络的大坝安全监测系统；搭建了混凝土坝裂缝监测机器视觉试验系统，并建立了极端环境下大坝安全监控智能模型，相应研究成果已在某高原重大基础设施中得以示范应用。从“点-线-面”三个层次分别完成了聚氨酯-沥青嵌缝膏封堵材料、水下抗分散型膏状速凝材料、改性低热沥青新型灌浆材料，双液深水高压注浆材料，深水循环式双液灌浆材料、乳化沥青水泥弹性砂浆材料，水下高分子聚合物以及水下环氧粘接密封材料的配比与系列性能试验，并在工程中初步实现了应用。从“水-陆-空”立体层面开展联合抢险材料与技术调研工作，提出了无人船加载多波束设备的设计和船体改造方案及试验；进行了溃坝堵口材料及新结构型式以及应急封堵新材料的性能试验与研制工作；研究了面板坝快速修复新技术、新材料和新工艺等。