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1、安全监测资料分析概述,引言:资料分析的重要意义,工程安全监测领域由众多不同的专业性环节组成,从监测设计、传感技术、施工安装、测量技术、测控技术、电子和通信技术、计算机硬软件、直至监测资料处理分析及安全评估; 工程安全监测始于监测设计,止于分析评估; 监测资料分析及安全评估是收尾环节,也是充分发挥安全监测作用、体现安全监测根本目的和意义的关键环节; 可以说,在监测资料及时整理、规范整编的基础上进行的全面深入的分析和安全评价,是整个监测系统的完美收官之作。,一、资料分析的基本目标,明确目标是做事的前提,安全监测资料分析也不例外,其目标的确定应紧紧围绕安全监测的作用。为有效发挥安全监测的作用,资料分
2、析应该达到以下基本目标: 对监测资料的质量作出评价; 对监测资料所反映的建筑物总体状态及基本规律予以勾勒和 描述; 对建筑物性态变化的主要影响因素及其影响程度予以揭示; 对监测资料所反映的建筑物异常现象给予特别指明,并提出 合理建议; 对建筑物的安全稳定性给予总体评价; 对工程运行管理单位特别关心的问题,或设计、施工以及运 行以来曾出现的一些历史问题,从监测的角度作出适当的回答; 对于特殊目的的专题资料分析,重点回答运行管理单位所关 心的特定问题。,二、资料分析报告的一般内容及要求,1、基本概况 工程概况 工程概况介绍的内容是我们关注其安全稳定性的建筑物(群)及其周边环境,包括建筑物(群)的工
3、程特征、总体布置、型式等级、规模尺寸、建筑材料、气候条件、地质特征,以及施工质量、运行工况、除险加固等情况。 工程概况介绍原则上只需予以简略描述,但和资料分析结论关联性较大的内容则需着重交代。 监测概况 监测概况介绍的内容是我们向我们提供分析数据的监测系统,包括监测目的、监测项目、断面布置、监测方法和设备等,其中监测设施的更换改造情况也应予以说明。 监测概况介绍的目的是让对该工程的监测系统缺乏了解的专家、领导及其他读者对工程的监测目的、项目和布置尽快有一个基本清晰的了解。介绍叙述应层次分明,详略得当,篇幅适中,既要把情况描述得完整、清楚,又不能给读者太大的阅读和记忆负担。因此对监测布置图和监测
4、设计报告要认真研读,领悟要义,抓牢重点,把握大局,才能在介绍概况时对其中表达的信息合理筛选和重新组织,以适当的文字叙述,配合布置图和一览表,力求达到全面、清晰、精炼。,二、资料分析报告的一般内容及要求,2、环境量分析 能够通过监测了解掌握的环境量通常包括大坝坝前水位、有压隧洞内水压力、气温、水温、雨量等。 上述环境因素对建筑物的变形、应力应变和渗流状况会产生很大影响,因此在安全监测资料分析时,首先须对环境量进行分析,以掌握建筑物运行的外部环境。 对环境量监测数据的质量给予评价,以明确监测成果的可用性。 绘制环境量过程线,统计特征值(极值、平均值、变幅等)并列表 。 通过对过程线、特征值的观察、
5、对比、分析,描述环境量的基本特征,如水位升降周期、幅度,气温的平均水平、季节性温差,降雨量的平均水平、雨季的时间区段等。 对多年罕见的特高水位、极低气温及暴雨等极端环境情况的出现应予以特别描述。,二、资料分析报告的一般内容及要求,3、监测成果检查处理及评价 定性分析之前首先需对涉及到的监测数据进行检查、处理和评价。快捷而 有效的检查办法是观察过程线。检查处理的内容一般包括(不限于): 测值大小、变幅是否合理,如不是,追溯检查仪器参数、基准读数是否正确,不正确的予以纠正,正确的予以确认,同时将该不合理的现象作为后续分析时关注的重点; 是否存在粗大误差(偶然性的大幅度跳变,跳变后又恢复原状),如是
6、,给予剔除或修正; 是否存在大量足以干扰正常规律的不稳定跳变,如是,则测值不可用或仅做参考; 是否存在发生突变后持续不恢复的现象,如是,查阅相关历史记录,看是否存在可能引起系统误差的因素,对可以确认为突变性系统误差的予以修正,难以修正的,作为失效或仅作参考,不能确认为突变性系统误差的,作为关注的重点留待进一步分析判断; 检查是否存在由于渐变性系统误差造成的趋势性变化,对能够确认的渐变性系统误差予以修正,难以修正的,作为失效或仅作参考,不能确认为渐变性系统误差的,作为关注的重点留待进一步分析判断。 检查以后即可对监测数据的质量给出评价:可用(有效)、不可用(失 效)、仅做参考。,4、监测成果定性
7、分析 对经确认其监测数据有效可用的各种监测量的时、空变化规律、相关特性、趋势性、典型特征量等进行对比、统计、分析、提炼,对异常现象(测值或变幅过大,趋势不收敛,规律不符合常规等)应进行确认。 报告中的叙述主要为归纳性描述,应做到条理清楚,重点突出。正常稳定的情况简单几句概括即可,异常、疑点或值得关注的情况应借助于必要的图表予以描述,并说明其发生部位。,二、资料分析报告的一般内容及要求,二、资料分析报告的一般内容及要求,5、监测成果定量分析 根据实际需要,对部分或全部监测量进一步进行模型分析,定量解析各种影响因素及其影响程度。 应借助于模型方程一览表、分量过程线图等图表展现模型分析成果。文字描述
8、应对普遍遵循的共性规律进行归纳总结。 对特殊性态加以特别表述,指出其发生部位,并对其与众不同的原因给予解释或推断。 特别需要关注代表趋势性变化的时效分量,对其后续发展趋势作出估计。,二、资料分析报告的一般内容及要求,6、各部位小结和评价 在上述各阶段分析的基础上,对各部位分析成果进行小结, 综合评价各部位的监测系统工作状况以及工程建筑施工质量、 运行性态和安全稳定性; 指出监测系统存在的主要问题,给出适当的维护或更新建议; 指出相应部位存在的安全隐患,给出适当的补强加固建议。,二、资料分析报告的一般内容及要求,7、总结和总体评价 综合所有分析结果,对照资料分析应达到的基本目标,抓住关键问题,给
9、出最终分析评价结论(总结),包括监测系统总体运行状况,如何加强维护,是否需要更新改造或补充,建筑物安全状况如何,是否存在不利于安全运行的因素,是否需要补强加固等。,三、最基本的定性分析方法-比较法,比较是监测资料定性分析中最基本的手段,它使用广泛且效果显著。比 较的内容依不同目的而呈现出丰富多样性,如: 监测量和原因量(环境量)之间的比较,目的是寻找或求证因果关系; 同坝段不同高程水平位移变化方向之间的比较,目的是核实其一致性以获得相互印证; 监测量和设计允许值、公认极限值之间的比较,目的是了解监测量有无超限; 监测量和类似其它工程的类比,目的是了解本工程区别于其它工程的特殊之处; 监测量和模
10、型预测值的比较,目的是了解结构物性态有无变异; 坝基帷幕前后扬压力的比较,目的是评价帷幕防渗功效; 围岩不同深处位移量的比较,目的是了解围岩位移是否沿深度很快衰减,以作为围岩稳定性评价的依据; 在基本相同的工况下,监测量逐年特征值(最大值、最小值、平均值)之间的比较,目的是了解其有无长期趋势性变化(不减缓甚至逐渐加快的趋势往往是失稳的前兆); 上述种种,举不胜举。可以说,比较在资料分析过程中无处不在。,三、最基本的定性分析方法-比较法,比较法通常需要以恰当的图、表作为支持,例如过程线图、分布图、特征值统计表等。 比较法貌似简单,人人都会用,但并非人人都能用好、用巧。分析人员在大量枯燥数据面前不
11、能因心生厌烦而麻木愚钝,不能因千头万绪而乱了方寸,不可对蛛丝马迹视而不见,必须始终保持清醒的头脑、良好的直觉和敏锐的洞察力,才能准确选择比较对象,正确应用比较方法,恰当设计用于比较的图表,使比较法充分发挥其应有的作用。 简言之,使用比较法需要解决好两个问题:比什么?怎么比?,四、比较法举例某地下工程地震专题分析,某工程地下泵站岔管钢筋应力地震前后数据统计对比表 单位:MPa,四、比较法举例某地下工程地震专题分析,某工程地下泵站岔管钢筋应力2007年、2008年4-6月份过程线对比,四、比较法举例某地下工程地震专题分析,上述例子中: 在比什么的问题上,选择了将地震前后监测值变化量和去年同期变化量
12、进行对比,将地震前后三个月内的变化过程和去年同期变化过程进行对比。 在怎么比的问题上,前者采用列表对比,后者则把两年的同期过程线合并绘制在相同时间轴坐标系内,这是一种很好的创意,突破了常规过程线绘制方法,也有力地说明了图表的使用应当不拘一格,以满足比较分析的需要为最终目的。 比较结果表明,汶川地震对该地下工程结构应力状态没有产生显著影响。,四、比较法举例某拱坝蓄水期坝体水平位移,某拱坝蓄水期坝体水平位移和库水位对比过程线,四、比较法举例某拱坝蓄水期坝体水平位移,在2008年12月、2009年夏和2010年夏的三次水位升高阶段,坝体水平位移均发生向下游(增大)的变化,完全符合正常规律。同时也证明
13、监测设备工作正常; 位移变化幅度和水位升幅之间的比例关系,三个阶段并不均等,显然水位很低的第一阶段位移变幅甚小,中等水位的第二阶段位移变幅适中,较高水位的第三阶段位移变幅明显较大,说明不同水位阶段坝体变形性态呈现非线性; 在持续低水位阶段,坝体存在向上游的趋势性位移,越高处位移值越大。而在持续中等水位阶段,这种趋势不再明显,只有最高处的3号点还略有微弱表现。据此估计这种向上游的趋势性变化可能和坝体的倒悬体型以及季节性坝温升高等因素有关,中等及较高水位条件下水力的作用抵消了倒悬的作用,同时水库的形成也限制了坝温的升高; 无论是向下游或向上游,最低处(5号点,绿色线)位移量最小,最高处(3号点,黑
14、色线)位移量最大,完全符合正常的空间分布规律。,四、比较法举例某拱坝蓄水期坝体水平位移,上述例子中: 在比什么的问题上,选择在位移和库水位之间、不同高程位移之间进行比较。 在怎么比的问题上,采用将比较对象放在一起绘制等时段综合对比过程线的方法,形成信息集中、对比鲜明、一目了然的一幅图,将位移随库水位升高的变化过程、不同蓄水阶段位移量之间的差异、不同高程位移量之间的大小关系、库水位持续阶段位移的变化趋势等全部表达清楚。,四、比较法举例某拱坝蓄水期诱导缝渗压,某拱坝历次蓄水阶段诱导缝渗透压力变化情况对比表,四、比较法举例某拱坝蓄水期诱导缝渗压,从上表可看出:第一阶段(低水位阶段),诱导缝渗压水头增
15、幅最大占库水位增幅的24%;第二阶段(中水位阶段)则接近90%,较低水位阶段明显发生很大变化;第三阶段(较高水位阶段)则全部超过100%,且以接近或超过200%的居多,较前阶段发生了令人惊叹的巨大变化。 上述情况说明在高水位工况下,诱导缝渗压呈显著发散的非线性态势,这种情况应引起高度关注,特别是在后续第四蓄水阶段,必须密切监视诱导缝渗压的变化。,四、比较法举例某拱坝蓄水期诱导缝渗压,上述例子中: 在比什么的问题上,设计了“增幅比”这个特征量,因为渗压增幅和库水位增幅相关度很高,比较渗压增幅显然没有比较增幅比来的客观。 在怎么比的问题上,选择了从低水位到较高水位三个不同蓄水阶段互相进行对比。 据
16、此设计了上面的表格,达到了通过比较弄清诱导缝渗压关于库水位的非线性性态,在水位继续升高之前及时给出了提示和预警。,五、比较用图表的设计与制作,过程线图 单个监测量的过程线图一般只适用于检查数据是否连续、完整、稳定、可靠,但因其单一孤立,无法直观地和其它监测量进行对比,故在真正进行分析时不宜使用单点过程线; 绘制多个监测量综合过程线时,应尽量使相同量纲的纵坐标范围(最大坐标值和最小坐标值的差)一致,以便于直观地观察同量纲监测量的大小及变幅对比; 每一个纵坐标轴的单位必须标出; 横坐标轴(时间轴)的刻度划分可以年、半年、季度、双月、月、半月、旬、日等为基本单位,不宜出现四个月、若干天等时间单位;
17、有些监测量,如应变、应力,0值是区分其胀和缩、拉和压的分水岭(很多建筑材料抗拉性能都很有限,设计中也经常给出不允许出现拉应力的限制)。因此如果监测值呈正、负交替出现的状态,在绘制过程线时,无论纵坐标刻度怎么设置,都应画出0刻度线,以便于观察是否存在受拉现象; 无论纵、横坐标,都宜将刻度线绘出,可绘制成浅色细线,以作为监测数据过程线的背景,既不喧宾夺主,又便于精确定位数据点。,五、比较用图表的设计与制作-过程线图反例,同量纲坐标范围不一致,易误导观察和判断,五、比较用图表的设计与制作-过程线图反例,时间轴刻度划分不适宜,难以找到公认的时间节点,五、比较用图表的设计与制作-过程线图反例,纵坐标无0刻度线,难以分辨拉、压状态,五、比较用图表的设计与制作-过程线图反例,无刻度线,不便准确定位测值的大小和时间,五、比较用图表的设计与制作,表格制作 首先必须要明确目的,根据需要呈现的内容合理设计表格,切忌漫无目的地胡乱照搬; 表中呈现的项目应科学、客观、能够充分体现分析人员的表达意图,且易于获取; 纳入表格的个例应精心挑选,既不能不加选择地制作流水账,也不可遗漏那些具有很好代表性的典型实例,以及表现异常、需要引起关注的特例; 与表格所要表达的中心意思相关性不大的内容不宜纳入,这样既可保持表格的简洁,便于快速阅读和领悟,又能减去不必要的工作量; 表中有量纲的物理量均应标出单位。,
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