全面、科学地把握每座大坝的安全状况及其风险程度,及时预警大坝危险源,是大坝安全领域亟待解决的课题之一。本文在总结前人研究成果的基础上,对土石坝失稳破坏和渗透破坏的风险分析模型,以及混凝土坝、土石坝的安全预警指标进行了深入的研究,主要成果如下。 (1) 根据土石坝的物理特征以及工程运行实际,研究了土石坝工程的主要失效模式。建立了失稳破坏和渗透破坏两种主要破坏类型的风险计算模型,并将其应用于福华山水库大坝坝坡失稳风险度研究。研究表明,虽然福华山水库大坝满足传统意义上最小安全系数的要求,但是存在滑坡失稳的风险。 (2) 借鉴相对较成熟的军事、经济和灾害预警系统理论的基础上,初步构建了大坝安全预警系统,探讨了三维和一维预警原理;阐述了预警指标的概念,并从大坝安全监控指标入手设计估算预警指标,论述了确定大坝安全预警系统监控指标的一般方法。 (3) 深入研究了混凝土坝安全预警的关键问题之一——确定混凝土坝安全预警指标。运用非连续变形分析(DDA)和强度储备系数法分析了三峡大坝左岸厂房3~#坝段的整体抗滑稳定析。根据失稳判据和坝体位移与强度储备系数之间的关系曲线确定大坝所处的弹性、弹塑性或大变形失稳破坏阶段,并得出极限承载状态的强度储备安全系数,以及该坝段位移一级监控指标和二级监控指标,其变形预警指标对应一级监控指标。 (4) 深入研究了土石坝安全预警的关键问题之一——确定土石坝安全预警指标。运用渗流有限元方法,结合敏感性分析和定性风险分析估算出福华山水库大坝坝体、坝基关键部位的允许渗透坡降,并确定为该坝的渗透破坏预警指标。