Прогнозирование последствий чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях Павловской ГЭС
Многофакторность анализа
причин заключается в последовательном рассмотрении различных внешних
воздействий и факторов сопротивляемости им для каждого сооружения в
отдельности. Важным в этой части работы является выделение реальных моделей
отказов, оценка вклада данных моделей в общее число отказов сооружения,
изучение характера протекания физических процессов взаимодействия в системе
«внешняя среда – сооружение» при отказах в зависимости от свойств основания,
скорости протекания процессов отказа.
В многофакторной модели
надежности бетонных плотин по данным фактических отказов выделены две группы
факторов.
1)
внешние
воздействия (f (L) на рис. 1.4.4):
ü
давление
воды при заполнении и эксплуатации водохранилища в пределах нормального
подпорного горизонта;
ü
объем
паводка выше расчетной величины;
ü
сейсмические;
ü
температурные;
ü
другие,
в том числе строительного периода, когда допускается более высокий риск отказа.
2)
группа
факторов, характеризующих сопротивляемость скальных оснований бетонных плотин
(f (R) на рис. 1.4.4):
ü
чрезмерная
проницаемость основания (фильтрация и противодавление);
ü
деформационная
неоднородность массива основания;
ü
недостаточная
прочность на сдвиг в основании плотины или в береговых примыканиях;
ü
размываемость
пород в нижнем бьефе.
В таблице 1.4.4.
представлены результаты анализа аварий 240 (разница между упомянутым числом 380
аварий бетонных плотин, учтенных в работе СИГБ, или 240 – в таблице 1.4.4.
составляет число аварий, связанных с телом плотины) бетонных плотин,
рассматриваемых в соответствии с многофакторной методикой.
Приведенные в таблице
1.4.4. данные показывают, что наибольшее число аварий связано с действием
постоянного для гидротехнических сооружений фактора – давления воды при
заполнении водохранилища. На долю других внешних воздействий приходится 22,5 %
аварий, из которых большая часть (63%) связана с действием чрезвычайных
паводков. Наибольшее число аварий произошло в процессе первоначального
наполнения водохранилища или в первые годы эксплуатации сооружения, т.е. в
условиях, которые должны быть учтены при проектировании. Это свидетельствует о
существенной значимости оценки свойств системы «сооружение», в том числе ее
подсистемы «основание» при расчетных нагрузках, и должно учитываться
инженерами, собирающимися сэкономить на изыскательных работах.
Таблица 1.4.4.
Значимые свойства
Значимые внешние
воздействия
заполнение
водохранилища
паводки
сейсмические
другие
всего
Чрезмерная
проницаемость
110
6
2
2
120
Деформационная
неоднородность
42
2
3
2
49
Недостаточная прочность
на сдвиг
24
2
4
5
35
Размываемость
7
24
--
1
32
Другие
3
--
1
--
4
ВСЕГО:
186
34
10
10
240
Уровень годовой
интенсивности отказов бетонных плотин с учётом фактической наработки на отказ
составляет:
-
по
разрушению – 0,34Е-04
-
по
повреждению – 0,45Е-03.
Негативные социальные
последствия катастроф плотин – наиболее чувствительный индикатор отношения
общества к плотиностроению требует наиболее осторожных оценок, а открытая
публикация и оценка этих данных является признанием вероятного характера аварий
и катастроф.
В таблице 1.4.5.
приведены данные по числу человеческих жертв в результате разрушения плотин.
Годовая величина риска гибели людей в результате разрушения плотин всех типов
может быть оценена – 1,4Е-07 – 5,1Е-08.
Различные внешние силовые
воздействия имеют независимую природу и проявляются во время эксплуатации
сооружения. Анализ этих воздействий следует производить раздельно. Это
необходимо для оценки возможного риска отказа в пределах расчётного периода
времени эксплуатации сооружения. В таблице 1.4.6. дано распределение 240
рассмотренных отказов скальных оснований бетонных плотин во внешних воздействий
по уровням значимости.
По данным таблицы 1.4.6.
следует, что отказы при заполнении водохранилищ составляют 78% от общего числа
отказов, в том числе – 45% разрушений.
Таблица 1.4.5.
Последствия наиболее
крупных катастроф плотин.
№№ пп
Наименование плотины,
страна
Год катастрофы
Объем водохранилища,
млн. куб. м
Число жертв, чел.
Убытки
1
Пуэнтес, Испания
1802
52
680
--
2
Шеффилд, Англия
1864
3
238
--
3
Хабра, Алжир
1881
30
209
--
4
Саут Форк, США
1889
18,5
2209
150 млн. долларов
5
Бузи, Франция
1894
7
156
40 млн. марок
6
Байлес, США
1911
1
75
--
7
Тигра, Индия
1917
126
1000
--
8
Глено, Италия
1923
5
500
150 млрд. лир
9
Эйджи, Англия
1925
4,5
16
--
10
Сен Френсис, США
1928
46
428
100 млн. долларов
11
Зербино, Италия
1935
18
130
25 млрд. лир
12
Вега де Терра, Испания
1959
8
144
--
13
Мальпассе, Франция
1959
47
421
68 млн. долларов
14
Вайонт, Италия
1963
168
1899
100 млн. долларов
15
Койна, Индия
1967
2780
216
--
16
Титон, США
1976
308
11
1 млрд. долларов
17
Мачху II, Индия
1979
100
2000
--
18
Тоус, Испания
1982
50
28
360 млн. долларов
19
Кисилевское, Россия
1993
32
16
40 млрд. рублей
Распределение отказов
скальных оснований бетонных плит вследствие внешних воздействий
№№ пп
Внешние воздействия
Всего отказов
В том числе разрушений
%
%
1
Заполнение и
эксплуатация водохранилища
186
8
0,78
0,45
2
Паводки
34
7
0,14
0,39
3
Сейсмические
воздействия
10
2
0,04
0,11
4
Другие (температурные,
заиление идр.)
10
1
0,04
0,05
ВСЕГО:
240
18
1
1
Поскольку гидростатическое
давление воды при заполнении водохранилища является расчётной нагрузкой и
должно учитываться при проектировании сооружения, очевидно, что отказы в этих
случаях являются следствием недостаточной сопротивляемости системы
«сооружение», в том числе его подсистемы «основание».
В таблице 1.4.7. дан
перечень 18 разрушившихся бетонных плотин с выделением причин их аварий по
многофакторной модели.
Таблица 1.4.7.
Причины разрушения
бетонных плотин на скальном основании
№№ пп
Название плотины,
страна
Тип*; высота плотины, м
Причины разрушения
внешние воздействия
сопротивляемость
1
Аустин, США
Г; 18,3
Паводок
Сдвиг
2
Байлес, США
Г; 15,2
Наполнение
водохранилища
Сдвиг, фильтрация
3
Бузи, Франция
Г; 22
Наполнение
водохранилища
Сдвиг, противодавление
4
Зербино, Италия
Г; 16,5
Паводок
Размыв основания
5
Каньон дель Пато, Перу
Г; 20
Землетрясение
--
6
Коморо, Япония
Г; 16
Наполнение
водохранилища
Фильтрация
7
Ламер, США
А; 19
Паводок
Фильтрация
8
Мальпассе, Франция
А; 66,5
Наполнение
водохранилища
Противодавление, сдвиг
9
Мое Ривер, США
А; 16
Паводок
Размыв примыкания
10
Понтеба, Алжир
Г; 10
Землетрясение
Сдвиг
11
Рутта, Италия
А; 15
Наполнение
водохранилища
Фильтрация
12
Свитуотер, США
Г; 39
Паводок
Размыв примыкания
13
Стони, США
К; 16
Наполнение водохранилища
Размыв, фильтрация
14
Сен Френсис, США
Г; 62,5
Наполнение
водохранилища
Деформационная
неоднородность, фильтрация
15
Тигра, Индия
Г; 27,5
Паводок
Сдвиг
16
Хиригуэра, Испания
Г; 42
--
Сдвиг
17
Хиронаи, Япония
Г; 14
Наполнение
водохранилища
Размыв в нижне бьефе
18
Эль Хабра, Алжир
Г; 34
Паводок
Размыв основания
* Г - гравитационная; А
- арочная; К - контрфорсная.