水工监测工.doc

水工监测工内容要点：通过对本章的学习主要掌握土石坝变形观测的内容及方法：掌握土石坝观测的内容和方法。掌握土石坝观测资料整理、分析和方法等。学习目标：通过对本章的学习将达到技师和高级技师的专业知识和技能要求。第一节：监测工作的目的和意义通过对水工建筑物的检查观测，可判定建筑物在各种运用情况下的安全程度，以便在保证建筑物安全的前提下，充分发挥工程效益。对水工建筑物观测具有十分重要的意义，可以达到以下几个目的：（1） 确保工程安全。通过检查观测掌握建筑物状态变化，能及时发现异常并采取措施，确保工程安全运用。（2） 充分发挥工程效益。通过检查观测掌握建筑物在各种运用条件下的安全程度，以便在确保建筑的安全的前提下，充分发挥工程效益。（3） 验证设计，提高设计水平。通过检查观测可以验证设计中所用公式和参数的正确性，从而提高设计水平。（4） 鉴定施工质量。（5） 为科学研究提供资料。一、 检查观测的项目和基本步骤。（一） 项目水工建筑物的观测工作是通过各种仪器设备，对正在施工和投入使用的水工建筑物进行经常的系统观察和测量。由于各种水工建筑物的结构和工作条件不同，它们的观测项目都有所不同，概括起来可以分为以下几个部分。1、 检查观测对建筑物上下游面、廊道、空腔、坝肩等外露部分，进行人工巡视检查（附便携式测量工具）。内容包括：裂缝、渗水、塌坑、冲蚀、磨损和冻结等。2、 变形观测变形观测内容包括垂直们移、水平位移、裂缝等。土工建筑物还有固结观测，混凝土建筑物还有挠度、伸缩缝观测。3、 应办应变、温度观测土工建筑物的应力包括土压力、孔隙水压力的观测。4、 渗透观测土工建筑物的渗透观测包括浸润线、坝基渗水压力、渗透流量、渗水透明度、导渗效果及绕坝渗流等。5、 水流形态观测包括水流流态、水跃、水面线、冲刷等观测6、 水库泥沙淤积观测。7、 水文、气象观测（二） 基本步骤每一个项目的检查观测都有包括以下几个步骤。1、 观测系统的设计包括观测项目的确定和测点布置，观测仪器设备的选定，绘制观测设备布置图和祥图，并编写观测设计说明书和观测设备安装埋设规程和要求等。2、观测仪设备的埋设和安装仪器设备埋设安装前要进行检查和选定，埋设安装时严格按照设计要求进行。竣工后要填写考证表，绘制竣工图。3、 现场检查观测现场检查观测可分为巡回观测和定期观测两方面。应按规定要求、测次、时间进行记录，要做到“四无”（无缺测、无漏测、无不符精度、无违时），“四随”（随观测、随记录、随计算、随校核），并且还做到“四固定”（固定人、仪器、测次、时间）。4、 观测资料的分析整理校对现场观测成果，保证资料真实准确，反映客观实际。及时绘制过程线和曲线图，进行分析。如发现异常情况，应找原因，采取措施。5、 定期进行资料整编的技术总结。二、 水利枢纽安全状态的评估（一） 水利枢纽正常状态的标准如果水利枢纽中主要建筑物，如大坝、溢洪道、放水建物都有达到了设计标准，工程质量良好，在正常情况下能安全运行并充分发挥应有的效益，度讯安全标准达到设计要求，那么水库运行可以认为处于正常状态，具体标志为：（1） 大坝的坝顶高程达到设计要求，截面尺寸及构造、水平位移与垂直均符合设计要求。（2） 土坝坝身浸润线无异常现象，并不高于设计值，渗流量不大于设计值，渗透水流清澈透明，没有严重的裂缝和塌方。（3） 砌石坝或混泥土坝，实际扬压力满足高计要求，坝身无严重的渗漏及裂缝，坝体的抗塌稳定性达到设计要求。（4） 坝基与坝端两岸没有渗透破坏现象，渗流量付合设计要求。（5） 溢洪道泄能力满足设计要求，下游有可靠的消能设施，水流能顺利进入下游河道。（6） 放水洞能在水库任何水位下，按设计要求放水，放水洞无断裂缝现象，下游可靠的消能设施。（7） 溢洪道和放水洞门启闭灵活，能迅速准确控制流量，并在泄水时无严重的振动和气蚀现象，关闭后无严重的漏水现象。（二） 病、险水库由于经常受到水和其他外界因素的作用，枢纽中的水工建筑物在运行中可能出现一般的病害功隐患，但对水库的正常运行影响不严重，同时以能及时维修处理、不影响安全度汛，这样的水库叫病害水库。对于水库病害不能忽视，如不及时维修处理，就会发展成严重的病害，以致影响正常运行，甚至造成大的事故。当水库枢纽中主要水工建筑物未达到设计标准时，如溢洪道泄洪能力不够，坝不够高或主要水工建筑物存在严重病害，影响正常运行和效益的发挥，不能安全度汛，并有可能对下游带来很大危害，这样的水库称为危险水库。对于危险水库必须组织力量，进行分析研究，提出整治措施和安全度汛措施，尽快加以修复，以确保水库安全。第二节、土石坝变形观测一、 土石坝变形观测的目的和意义（一） 观测项目及其目的土石坝建成后，在自重和上游水压力作用下，孔隙中的水和空气逐渐被排出而使坝内空隙受到压缩，坝体产生沉陷和横向水平位移，并由于岸坡坝段基础面倾向河谷的中部而引起坝体向河谷方向的纵向水平位移。坝内孔隙水的逐渐被排出，坝体随时间而沉陷的过程称为渗透因结过程。土体固结将使土的强度逐步增大，稳定性也逐步提高。随着土体固结坝体内部还产生孔隙水压力，孔隙水压力的产生将减小土体的有效应力，影响坝体的稳定性。土石坝的固结和变形是坝运行过程中必然出现的客观现象。我们研究土石坝变形，目的在于了解土石坝实际的变形是否符合客观规律，是否在正常范围内，同时也验证计算理论的正确性，如果出现过大的变形和不均匀沉陷，就有可能发生裂缝和塌方，为此，必须对土石坝进行变形观测。当土石坝发生裂缝时，为进行有效的处理，应当进行裂缝观测。土坝、砌石坝的垂直位移通常也用本节所述的观测方法。（二） 观测的基本方法与测次的一般规定1、 观测的基本方法土石坝的变形观测通常在平行坝轴线和垂直坝轴线方向上布置若干观测点（变形标点，用大地测量的方法测量标点的横向（垂直坝轴线方向）和纵向（平行坝轴线方面）的水平位移量及垂直方向的位移量。固结观测是在坝体内埋设固结管，测量各土层厚度随时间的变化。孔隙水压力是坝体内布置适当的测点，用专门的仪器设备进行观测的。2、 测次的一般规定土石坝的检查观测一般可分为三个时期。（1） 初蓄期（第一期）初蓄水期指竣工后至蓄满（达到设计高度）后的一个月。这是坝在使用过程中的一个重要阶段，是对坝的第一次考验。此阶段坝的变形、渗透和应力都有快的发展，因此变形观测应当每周进行观测一次，至少每月不少于一次。（2） 稳定运行期（第二期）第一期经过35年或更长的一些时间，坝的变形及性态已渐趋稳定，而又未发现异常现象，这时观测次数可适当减少。一般第二期每月观测一次，以后可逐渐减少至每季度观测一次。（3） 老化期（第三期）经过第二期的运用期，有时又称为坝的老化期。坝的各种性态已达稳定，视具体情况测次可逐步减少至半年一次。二、 视准线法观测坝的水平位移视准线法是测定坝体横向水平位移的主要方法之一。该方法特点是操作简便，计算容易，观测成果成果可靠，尤其是对坝轴线为直线的大坝更为适用。（一） 视准线法的观测原理视准线法观测的基本原理是以通过（或平行）坝轴线方向的固定不变的铅直平面作为基准面，测定大坝上的观测点相对于该基准的距离变化（即观测点在垂直于基准面方向的水平位移）在坝端两岸山坡上设置固定工作基点a和b（一般还应在ab处长线的方向上埋设校核基点，在坝面铅ab方向上设置若干个位称标点1、2、3.。由于 a、b埋设在山坡稳固的基岩或原状土上，其位置可认为不变。因此将经纬仪安置在基点上a（或b），照准另一基点b（或a），构成视准线，测出各位移标点偏离视准线的垂距l10、l20、l30作为初测成果。相隔一段时间后。再用同样的方法测出各位移标点偏离视准线的垂距l11、l21、l31。如发生坝体水平位移，则某点前后两次测得的垂距值不相等。如1点，其差值l=l11-l10即为第一次到第二次观测间隔时间内的横向水平位移值。同样可算出其他各点的水平位移值，从而了解整个坝体各部位的水平位移情况。一般规定横向水平位移值向下游为正，向上游为负。（二） 测点的布置为了全面掌握土石坝的变形规律，选择的位移标点不宜太少，而为了节省人力物力位移标点又不能过多，因此应在有代表性而且控制主要变形位情况的地段选择观测点。同时。为了了解土石坝横断上的变形情况，力求使各位移标点在相应的横断面上。1、 观测断面的布置观测断面一般在最大坝高处、合龙段、坝基地形和地质情况突变有地段。断面间距建议在3040m之间，断面情况基本相同和基础无大变化时，其断面间距可适当加大之5080m之间。但任何情况下不得少于3个。2、 观测横断面上测点的布置根据土石坝特点，横断面上位移应主要布置在能有效监视坝体均匀沉陷和裂缝的部位，同时也照顾到整体滑坡的监测。在横断面布置观测点时，对于均质坝功宽心墙，一般在上游坝坡正常水位上至少布置一点，坝顶上下游坝肩各布置一点，下游坝坡距坝轴1015m布置一点1/2坝高（或附近平台）处处布置一点。对于窄心坝（或斜墙）坝，心墙顶部布置一点，按上述原则布置。每个横断面上测点的布置一般不少于4个。（三） 观测仪器和设备1、 观测仪器用高准线观测大坝的水平位移，关键在于利用仪器提供一条视准线。目前，工程上使用的仪器主要有经纬或大坝视准议。观测的精度主要取决于仪器望远境的放大倍率及仪器旋转轴的精度，一般说来，对于坝长较短的土石坝（如坝长在500m以内，可采用dj2或dj6型进行光学经纬仪进行观测；对于大型混凝土坝或坝长超过500m地大型土石坝，应采用dj型光学经纬仪进行观测。2、 观测设备（1）工作基点 工作基点是供安置安置仪器和觇标以构成视准线用的，有固定工作基点和非固定工作基点两种。一般将埋设在大坝两面三刀端山坡基岩或原状土上不动的工作基点称为固定工作基点，若大坝较长或轴线为折线时，为工作方便而在坝体适当位置埋设的工作基点，称为非工作基点。非工作固定基点将随着坝体的位移而位移。工作基点通常为钢筋混凝土浇筑的观测墩。为了减少仪器和觇标的对中误差，提高观测精度，观测墩的顶部常埋设固定的特制对中设备。特制对中设备的形式主要有以下几种。a、 旋入式；b、插入式；c、刀槽式；d、占线面式（2）校核基点参于视准线法，应在大坝两端式作基点的延长线上，各埋设12个校核基点，以校核工作基点是示波器有位移。校核基点的结构基本上与工作基点相同，但校核基点不用安置仪器，因此只要考虑在其顶部能安置觇标或埋设一块刻有“十”字的钢板，以供照准即可。（3）位移标点位移标点上直接埋设在坝体上的，并与坝身牢固结合。位移标点可采用混凝土浇筑，再在其顶部埋设一块刻有“十”字线的钢板，十字线的交点妈为位移标点的中心，当测量精度要求高时，还须在位移标点的顶部埋设特制对中设备。（4） 观测觇标觇标是观测位移时供照准用的，可分为固定觇标和活动觇标两种。a、 固定觇标。固定觇标是安置在工作基点，供仪器照准构成视准线。其形式主要有以下几种：觇牌式固定觇标、标杆式固定觇标插入式固定觇标。b、 活动觇标。活动觇标是被安置在位移标点上供经纬仪照准，从而在觇标基座的分划尺上读出位移标点的偏离值。（四） 观测方法将仪器安置在工作基点a，在另一个工作基点b安置固定觇标，当仪器正境b点固定觇标后，将视准线严格固定。在位移标点安置活动觇标，根据仪器观测员的指挥，位移标点处的工作人员移动活动觇标，直至仪器视准线照准觇标中心时停止移支觇标，并由司觇标者在觇标上读取读数。重新移支觇标，照准后再读一次，取两次读数的平均值作为上半测回的观测值。仪器倒境，按上述方法测下半测回。取两次半测回观测，测回数应根据精度要求、视准线度及所使用的仪器而定。三、 前方交会法观测坝的水平位移经纬仪视准线法一般只选用于在坝轴线为直线的大坝中测定垂直于坝轴线方向的位移量。但分析坝体的变形，有时还应测定平行于坝轴线方向的位移量。其次，在坝体上增设非固定工作基点或对个别特殊部位的观测，当采用视准线法进行观测有困难时，都可以采用前方交会法进行观测。略。四、 纵向水平位移观测（一） 观测的目的土石坝纵向水平位移是指土石坝在轴线方向产生的位移，在通过坝轴的纵剖面上，由于坝肩岸坡具有一定的坡度，在坝体沉陷的过程中，坝顶与岸坡毗邻处同时产生指向河谷中心的纵向位移。由于坝顶纵向位移的存在，在岸坡段坝顶出现应变区。在河谷段出现应变区，拉应变区的存在产生横向裂缝的主要原因之一。由于横向裂缝易贯穿坝体上下游，对大坝的安全运用威胁很大，故必须进行纵向水平位移的观测，及时发现横向裂缝产生的可能。一般规定：纵向水平位移向左岸为正，向右岸为负。（二） 观测方法和粘度要求为了观测大坝的纵向水平位移，同样布置一些位移观测标点，一般在岸坡段坝顶处沿坝轴线方向每隔10米m左右布置一个标点在河谷坝段坝顶处，标点间距可适当加大。纵向水平位移的观测方法，一是前方交会法，二是用钢尺反复测量相邻各位移标点间或与固定工作点间的水平距离。五、 垂直位移观测垂直位移（也称沉陷）是指大坝沿垂方向产生的位移。垂直位移观测是大坝外部设备变形观测的一项重要内容。为了系统而又全面掌握大坝及基础变形情况，垂直位移观测应从基坑开挖开始并贯穿于整个施工及运行管理阶段，同时现水平位移观测有机地结合起来。这对于全面分析大坝的工作状态，保证大坝安全，验证和丰富坝工的设计理论都有是至为重要的。一般规定，垂直位移值向下为正、向上为负。（一） 水准基点、起测基点及位移标点垂直位移的测点一般为水准基点、起测基点和位移基点三级，并按由水准基点测定起测基点、由起测基点测定位移基点的方法进行实施。如大坝规模较小，也可由水准基点直接测定位移基点。1、 水准基点水准基点是垂直位移观测以及其他高程测量的基准点，如稍有变动而又未被发现则会影响到整个观测成果的可靠性，因此应保证其坚固与稳定，常埋设在不受库区水压力影响，便于保存、便于引测的地方。在一般情况下、水准测点设设置在地质条件较好、离坝址12km处较为合适。对于中型水库和规模较小的大型水库，一般布置12水准基点为即可，大型水库需要布置23个水准基点，特大型水库，则需要建立精密水准网系统。水准基点回应保持高程长期稳定不变，所以要选取用合适的标准并设置在基岩上或深埋于原状土中。其结构形式主要有以下几种。（1） 混凝土水准基点；（2）地表岩石标；（3）深埋钢管标；（4）深埋双管标；（5）平硐岩石标。2、起点基点2、起测基点起测基点是测定垂直位移标点的起点或纵点。由于水准基点一般离坝较远，与垂直位移标点的高差也较大，如果每次垂直位移观测都有从水准基点起测极为不便，因此，通常在大坝两端的土坡上，选择坚实可靠的地方埋设起测基点。起测基点的高程与所测定的垂直位移标点的高程相差不宜过大，距离不宜过远，以减少垂直位移观测工作量，故起测基点又称工作基点。起测基点相当于临时水准点，为工作方便，最好在每一纵排位移标点的延长线上都有布置起测基点，并适当与水平位移观测的工作基点或校核基点结合在一起。垂直位移标点垂直位移标点埋设在坝体上，选择时应以适当的点位较全面地反映大坝的变形情况为原则，对于重要和薄弱部位可增加垂直位移标点，一般情况下，为了便于将大坝的水平位移及垂直位移综合起来加以分析，可不再另外设置垂直位移标点，而是在水平位移标上加上一个半圆球形标点头即可。如水平位移标点的混凝土墩太高，水准测量时不便立尺，则可在混凝土墩基座或侧面埋设标志头。（二） 观测仪器及观测方法目前，对于垂直位移的观测，多采用几何水准测量的方法，即定期测量观测点相对于水准点的高差，以求出观测点的高程，并将不同时期所测得的高和进行比较，来确定观测点的铅垂直方向上的位移。一般说来，对于重点大型土坝及混凝土坝工程，则要求较精密的水准仪器进行测量。有部分大坝工程，采用了连通管法进行观测。六、 裂缝观测1、 观测目的土石坝的裂缝是大坝较为常见的病害现象之一。有资料表明，土石坝工程发生的事故中，因裂缝造成的占25%以上。通过检查观测，发现土石坝产生的裂缝后，有必要进一步了解其现状和发展情况，分析其产生的原因和对坝体安全可能产生的影响，以便进行及时有效的处理。第三节 土石坝渗流观测一、 渗流观测的意义与基本内容水库建成蓄水后。在上下游水位差的作用下，水不断通过坝身、坝基向下游渗透。对于土石英钟坝，不仅会造成部分水量从水库渗向下游，同时由渗流布引起的沿渗方向的渗流力对坝体和坝基也会产生不同程度的影响。渗流情况对坝体的稳定及发挥水库的蓄水效益有重大的影响，因而，在大坝设计中都有把渗流问题作为设计的重要内容之一。但渗流豆腐的局限性和自然状态的复杂性，导致渗流域计算以及所考虑的防渗措施往往都有不可能十分完善。例如：（1）由于修建大坝的天然地基或岸坡的不均匀性，往往存在某些断层。软弱夹层或强透水带，以及局部的空间、节水裂隙等薄弱环节，现场勘测探钻孔数量有限，很难反映全貌，而可能遗漏某些渗漏部位。（2）坝体与地基的渗透系数，无论是室内试验还是现场试验都很能难获得精确的结果。（3）在设计计算工作中经常采用一些简化的近似计算和平均指标，与实际情况显然有一业的出入。而且土石坝施工质量往往不能完全符合设计标准，加上防渗体在施工或运行过程中裂缝等原因，无论坝基还是坝身都有存在一些薄弱环节，从而形成渗漏。一般说来土石坝的渗漏问题在客观上是难免的。土石坝的渗流问题主要表现在集中渗流、管涌及内部冲蚀等方面。土石坝的渗漏大多数发生在水库蓄水初期，但也有1/4发生在安全运行多年的大坝，不能认为土石坝已经受到多年蓄水考验就可安然无恙了。在实际工作中，由于多种复杂的影响因素，往往发生超出预想的异常的渗漏，而且在初期多第隐患，不易觉察。因此水库建成后进行各项渗流观测，可以掌握水库在运行过程中渗流的变化情况，及时发现异常现象，以便采取适当措施保证水库安全运行。渗流观测是水库最重要和最基本的安全监测项目之一。根据现行水工观测规范，土石坝渗流观测的必测项目和建议有针对性进行的观测项目工程的规模、建筑物的具体情况而定。二、 坝体浸润线观测（一） 目的和要求土石坝建成后蓄不后，由于水头的作用，坝体必然产生渗流。水在坝体内由上游渗向下游，形成一个逐渐降落的渗流水面，称为浸润面。浸润面在土石坝横截面上只显示为一条曲线，通常称为浸润线。土石坝浸润面的高低变化，与土石坝的安全稳定有密切关系。土石坝设计中先需根据土石坝断面尺寸、上下游水位，以及土料的物理力学指标计算确定浸润线的位置，然后进行坝坡稳定分析进行计算。但是设计采用的各项指标与实际情况不可能完全符合设相同，施工质量也有差异，防渗、排水等设施也不可能守全符合设计要求。因此，土石坝实际运用时的浸润线位置往往与设计计算的位置有所不同。如果实际形成的浸润线位置比设计计算的浸润线要高，就降低了坝坡的稳定性，甚至可能造成失稳滑坡的事故。为此。要观测掌握坝体浸线的位置和变化，依次判断土石坝在运用期间是否安全稳定，渗流是否正常，同时。还可以监视坝身防渗有无裂缝。土石坝浸润线的观测，最常见的方法是坝体选择有代表性的横截面，埋设一定数量的开设敞式测压管，通过测量测压管中水位来获得浸润线的位置。（二） 测压管布置测压管的观测横断面一般应选择在坝体最重要、最有代表性和估计可能发生异常渗流的坝段上，如：最大南方高处、合龙段、原河床以及地形地质特别复杂之处，对于大型或重要中型水库土石坝，浸润线的观测断面原则上不少于3个，一般中型水库不少于2个。为了弥补断面距离过长之不足和较全面地监视监视整个坝体的渗流量情况，可沿坝轴线每50米左右布置一根测压管。而地形复杂或预计浸润线变化较大的地方应根据需要增加观测断面，在岸坡变化较大的坝头容易产生不均匀沉陷，为监视有无裂缝增设观测断面。观测横断面内测压管布置的位置和数量以能测到浸线的实际形状，并能描绘坝体各组成部分在渗流下的工作状态为原则。（三） 测压管的构造及安装埋设测压管种类和结构应视工程的具体情况和对观测资料的要求选用。现将目前较普遍使用的两面三刀种类型的开敞式测压介绍如下。测压管主要由进水管段、导管和管口保护设备三部分组成。1、 金属测压管（1）金属测压管的组成：它由进水管段、导管段、管口保护设备等组成。（2）测压管的安装埋设。测压管一般是土石坝竣工后钻孔埋设，只有水平管段的l形测压管，必须在施工期埋设。测压管长度小于10m的可用人工取土器钻孔，长度超过10m测压管则需要钻机钻孔。2、小塑料测压管（1）构造塑料测压管有两种，一种是外径50mm的塑料管，其构造及埋设、观测方法与金属管基本相同。此处不再介绍。现主要介绍小口径塑料管的结构形式、埋设及观测方法。小塑料测压管由滤水测头、塑料导管、管口保护设备三部分组成。（2）小塑料测压管的施工埋设方法。（四）测压水位的观测 观测测压管水位，一般是利用观测仪器来测量管中水面高程。目前常用的有测深钟和电测水位仪器等。（五）测压管水位观测测次和精度要求 略三、渗流量及渗水透明度的观测（一）渗流量观测的意义与内容挡水建筑物蓄水支用后，必然产生渗流现象。在渗流处于稳定状态时，其渗流量将与水头的大小保持稳定的相应变化，渗流量在同样水头的情况下显著增和减少，都意味着渗流稳定的破坏。渗流显著增加，有可能在坝体或坝基发生这涌或产生集中渗流通道；渗流量显著减少，则可能是排水体堵塞的反映。在正常情况下，随着坝体泥沙淤积，同一水位情况下的渗流量将会逐年的缓降。因此，进行渗流量观测，对于判断渗流是否稳定，掌握防渗和排水设施工作是五湖四海正常，具有很能重要的意义。渗流量的观测既直观又全面综合地反映南的工作情况，因而是坝的管理中最重要的预测项目之一。渗流量观测主要是观测渗水量的大小，此外还要同时观测水温和上下游水位，必要时还要进行渗水透明度的观测。（三） 观测方法和设备土石的渗流观测通常是将坝体排水设备的渗水集中引出。量了其单位时间内的水量。对于坝基排水设备，如排水沟、减压井等的水库，也应对坝基排水设备进行的排水量进行观测。有的水库土石坝坝体和坝基渗流量很难分清，可在坝下游汇集渗流量水的地方，设置集水沟，在集水沟出口处观测总的渗流量变化。当渗流量可以可以分区拦截时，可在坝下游分区设集水沟进行观测，并将分区集水沟汇集至总集水沟，同时观测其总渗流量。集不沟和量水设备应设置在不受汇水建筑泄水影响和不受坝面及两岸排泄雨水影响的地方，并应结合地形，尽量使其平直整齐，便于观测。观测流时的办法，根据流量的大小和汇集条件，一般有以下几种。1、 容积法 容积法适用于流时小于1l/s的情况。观测时需要进行记时，当记时开始时，将渗流水全部引入容器内，记时结束时停止。量了容器的水量，已知记取的时间，即可计算渗流量。2、 量水堰法 量水堰法适用于渗流量为1300l/s范围内的情况。量水堰一般需要设置在集水沟的直线段上，为避免绕过量水堰的大量漏水，应将量水堰上下游排水沟底和边坡加以护砌，或者建造专门的混凝土或砌石引水槽。3、 测流速法 当渗流时过大，受落差限制不能不设量水堰时，若能将渗水引到平直的排水沟，也可采用流速仪或浮标等观测渗透水流速。并测出排水沟水深和宽度，求得过水断面，即可计算渗流量。（四） 渗水透明度观测 1、目的和要求 通过坝体和坝基渗出的水，如果清澈透明，表明水库只是有水损失，如果渗水中挟带泥沙，以至渗水混浊不清，或者渗水中含有可溶性盐分，则反映坝体或坝基土料中有一部分细粒泥沙被渗带出，或者是土料受到溶滤，而这些现象往往是管涌、内部冲刷或化学管涌等渗流破坏的等先期预告。因此，经常对渗流水进行透明度观测是很能有必要的。渗水透明度只需隔一段时间，例如每朋或每个季度观测一次。2、观测设备和方法 渗水透明度的检定通常用透明度管来进行观测。透明度管为一高35cm的平底玻璃管，管壁刻有厘米刻度，零碎点在管底处，靠管底的管壁有一放水口。观测方法如下 （1）在渗水出口处取样摇匀后注入透明度管内。（2）预制一块五号汉语拼音铅印体底板，置于管底4cm处。（3）从管口通过水样观看铅印字体，如看不清字样，即开阀门放水，降低管中水柱，直到看清字样为止。（4）看清字样后，即可从管壁刻度上读出水柱高度，即为渗水透明度。透明度大于30cm的为清水，透明度愈小，说明水样含沙量大，渗水浑浊。（5）有条件的单位，可事先定出透明和含沙的关系，检定渗水透明度后，即可查得渗水的含沙量。第四节 土石坝渗流观测资料整理分析一、 观测资料整理分析的基本内容与一般方法首先，原始观测资料数据本身，既隐含着建筑物实际状态的信息，又带有观测误差及外界偶然因素所造成的干扰。必须经过分辩识别干扰，才能显示真实的信息。其次影响建筑物状态的多种因素是交织在一起的，观测值是其综效应的体现。为了将影响因素加以分析，找出其主要因素及各个因素的影响程度，也必须对测值作剖析。再者，只有将多种观测量的多个测点、多个测值放在一起综合考察，相互补充、印证，才能了解测值在空间分布和时间发展上的联系，找出变动特殊的部位和薄弱环节，了解变化过程和发展趋势。此外，为了对大坝测值作出物理解释，为了预测未来测值出现范围及可能的数值等，也都离不开分析工作。因此，观测资料分析是现实原始观测根本目的和最重要的一个环节。在观测设计付诸实施、观测设备已经安装埋设投入工作以后原始观测包括现场观测、成果整理、资料分析三个环节。能真实反映实际情况并具有一定精度的现场观测是整理分析工作的基础和前提，而将观测数据加工成理性认识的分析成果，则是观测的目的的体现。根据现场记录进行计算得到观测的物理量的数值，并将它编者按列成系统的便于查阅使用的图表、说明的工作，通常称作为“整理”。它是界于现场观测和资料分析之间的中间环节，做好上述工作台后就可以进行资料分析工作。为了做好观测分析工作，首先要详尽掌握有关资料。（一）收集积累资料 收集掌握的资料应包括以下三个方面。1、观测资料 （1）观测成果资料：包括现场记录本。成果计算本、成果统计本。（2）观测设计及管理资料：包括观测设计技术文件和图纸，观测规程和手册，观测措施及计划、总结等。（3）观测设备及仪器资料：包括观测设备竣工图、埋设、安装记录，仪器说明书、出厂证书、检验或率定记录；设备变化及维护、改进记录等。2、水工建筑物资料 （1）建筑物的勘测、设计及施工资料；包括地质资料、基础处理报告、建筑物设计资料、施工总结、模型试验资料，建筑材料和地基各项物理力学指标以及验收文件等。（2）建筑物运用和维修资料：包括历年各项运用指标、事故记录和报告，以及维修加固的各项资料等。3、其他资料 包括各种算图表和分析图表，技术参考资料等。（二）资料分析的基本内容和方法1、资料分析的基本内容 观测分析通常包括下列内容：（1）认识规律；（2）查找问题；（3）预测变化；（4）判断安全性。2、资料分析的一般方法 观测资料进行分析加工，从途径上分有三类方法。（1）物理方法；（2）统计法；（3）对比法。二、土石坝渗流观测资料分析水工建筑物常受地表水和地下水和破坏，地表水流的冲刷破坏较易发现和挽救，又易引起人们的注意。而渗流破坏则是隐蔽的，因而常驻被忽视，有时一经发现，已来不及挽救而导致工程破坏。特别是土石坝，由于坝体的透水性和建在透水的地基上渗流问题更为严重。据1981年原水利部调查统全国241座大型水库发生过的1000宗工程事故的分析资料，渗流破坏事故居首位。人们通过长期实践认识到，要想揭示土石坝的实际渗流状态，监视工程安全运用，就必须开展渗流观测并及时整理分析资料，才能及时发现问题，避免遭受突然破坏。此外，观测资料的分析还可以为今后的勘测、设计、科研提供有用的资料。（一） 渗流状态的描述及渗流破坏的类型和形式1、渗流状态的一般描述 渗流的存在是挡水建筑物的客观现象，渗流观测及资料分析主要是掌握大坝状态是否属于正常渗流，从而达到为工程安全和维修并为科研提供有用数据资料的目的。（1）正常渗流是指渗流的存在不影响工程安全和兴利效益，即不会产生渗流破坏，渗流量也在充许范围内。（2）不正常渗流 不正常渗流包括两个方面，一是存在隐患，有可能导致渗流破坏的渗流现象。二是渗流量过大，虽不危及工程安全，但影响到工程效益的正常发挥。2、渗流破坏的类型和形式 （1）渗流破坏的类型 通常将渗流破坏分为下列五种类型：管涌、流土、过渡型、接触冲刷、接触流土，最常见的破坏类型是管涌、流土型和接触冲刷。（2）渗流破坏的形式 土石坝渗流破坏的表现形式，根据根据工程的实践经验，大致可归纳为下列几种形式。砂层地基承压水顶穿表层弱透水层；背水坡大面积沙沸，使坝脚软化引起塌滑：渗流出逸点太高，超过下游排水；上游水位骤降，速度超过设计充许值，坝体含水不能及时排出，形成较大的孔隙水压力，在下降水位附近滑坡。在防渗铺盖处或坝体某部位产生裂缝，造成漏水短路，增加了渗透压力或形成集中渗流，以致破坏。（二） 渗流破坏的判别和渗流观测分析1、渗流破坏的判别 渗流破坏的的判别通常是指两个方面的内容，一是根据坝身填土或地基的组成判断，如果产生渗流破坏将是何种类型；二是根据实际的渗流坡降，判断是否会产生渗流破坏。（1）渗流破坏类型的判断 渗流破坏的类型取决于土颗粒组成中的含量以及土的均匀度。（2）渗流破坏的判断 根据测压管的观测成果计算大坝在运行条件下最大的水力坡降j实例并与土体的破坏坡降j破坏相比，如果j实例j破坏安全 j实例j破坏 可能渗流破坏坝体及地基土的渗流破坏坡降可由实验决定，或参照参照工程经验判断。综合各种试验资料和工程实践经验，非粘性土的破坏类型，其破坏坡降仅在一个不大的范围内变化。2、 渗流的观分析 渗流观测资料的分析，可以及时掌握坝体和坝基渗流情况，判断渗流是否稳定并预测今后的变化，对保证水库安全运用具有十分重要的意义。由于每个坝的坝型、坝址地质情况等具体条件各不相同。资料整理分析的内容和方法以及重点也很难一致，通常进行资料分析的基本内容可有以下几项目：（1） 浸润线。通过浸线观测资料的分析，验证坝坡的稳定，掌握浸线随水库水位变化的规律，判断防渗体及排水反滤设施的工作情况。（2）渗流量。分析渗流量随水库水位的变化，从宏观上了解整个渗流场在运行中的变化。（3）坝基渗水压力。了解坝基内及逸处的渗透坡降是否超过充许值，判断坝基渗流安全程度，通过渗水压力的变化，了解防渗截渗设施及排水设施的效果及运行状态。（三）渗流观测资料的综合分析 大坝的坝身、坝基及岸坡的渗透渗透之间有着一定的内在联系，资料分析时应将各个项目观测值尽可能联系起来进行综合分析，现将测压管水位与渗流量资料综合对比分析的几种情况简述如下。（1）测压管水位降低，渗流量相应减少。一般情况下是上游管水位降低幅度大，滞后时间增长，说明渗流条件改善，有利于安全。（2）测压管水位降低，且靠下游水位下降幅度大，渗流量增加。此种情况很可能渗流出口处产生渗流变形，需要查明原因。（3）测压管水位逐步抬高，且下游水位升幅大，渗流量减小，这种情况可能上由于排水反滤失效或被堵塞，使坝体浸线抬高，对坝体稳定不利。（4）测压管水位逐步抬高，上游部位管水位升幅大且渗流量相应增大，这种情况可能是上游部位防渗体出现裂缝或渗流薄弱带。总之，资料分析应当结合测压管、渗流量及所在部位的变形情况进行，必要时还可进行针对性的现场查探及进一步的观测，才有可能作出切实实际的判断。第五节 土石坝变形观测资料分析一、 土石坝变形观测资料分析的目的土石坝在运用过程中产生变形是客观存在的规律，变形观测分析的目的是了解变形是否在正常范围内，并监视裂缝和滑坡破坏，为坝的安全运用提供依据。资料分析工作的目的主要在于：（1）判断变形是否正常。无论是土石坝沉陷还是水平位移都存在客观变化的规律，资料分析就是要判断其是否在正常变化范围内。例如，施工期土石英钟坝沉陷量，一般可达到最终沉陷量的80%左右，竣工以后沉陷速度逾来逾小。分析土石坝沉陷资料就是要研究是否符合以上述规律。（20判断各部位由于不均匀沉陷变形而产生的裂缝或滑坡的可能性。坝体相邻两面三刀点的沉陷差过大，将使使土石坝裂缝，危及大坝的安全。特另是垂直坝轴线方向的横缝，危险性更大。（3）预测变形发展的趋势。分析变形观测资料，可以求得水平位移沉陷量与时间的相关关系，预报此后的变形过程和变形量。（4）验证设计及施工质量并为科学研究提供有用的资料。例如大中型水库的土坝，通常都根据土料的物理指标和填土厚度进行沉陷量计算。分析实测沉陷资料可以验证设计采用的数据是否符合实际，预留超高是否足够，并根据沉陷资料判断施工质量的好坏。三、 变形观测资料的分析（一） 土石坝变形的原因及规律。1、土石坝沉陷的原因及影响因素。填土是由三相（土粒、水、空气）混合物组成的特点决定了填土在压力作用下具有压缩性的特点。土石坝承受的外力主要是自重压力和渗透水压力，它的压缩变形表现在竖向变形（沉陷）和侧向变形（水平位移）而以竖向变形为主。可见土石坝沉陷的主要原因是填土在自重压力下的压力下压缩，而压缩过程与时间有直接关系，时间越长，累计压缩量超大，因此，沉陷变化过程的主要影响因素是“时间”。除上以外，土石英钟坝的沉陷变化还受运用过程中以下因素的影响。（1）库水位因素。由于沉陷与孔隙体积的变化和含水量有关，当蓄水以后，水从上游通过坝身、坝基向下游渗透，这就改变了土体在自身作用下产生压缩的条件，因而影响土坝的沉陷，表现在以下两个方面。一是由于水库蓄水，渗透水不断通过浸润线以下的土体，土中孔隙的水被挤出的数量相对减少，挤出的速度变慢，因而土石坝蓄水后的总沉陷量将比其在自重压力下压缩量减少。二是库水位的变化将使坝的沉陷量发生相应的变化。库水位的升降相当于土体经受相同荷载重复的加荷、卸荷作用，随着每一次库水位升降循环，坝体必然出现弹性变形和残余变形（永久性变形）。一般情况下是：水位下降幅度大，低水位维持时间长，沉陷量显著增加；库水位上升越高，维持时间越长，沉陷量将减少，甚至出现坝顶“回弹”（即上升现象）。（2）施工荷载的影响。施工荷载的影响。施工荷载引起的附加沉陷量是由于维修等原因在坝体上进行某些施工，如在坝身钻孔（特别是循环水钻孔），坝体灌浆，加高坝时的施工碾压或某些机械振动，都有可能使坝体沉陷量突增。2、沉陷的一般规律性（1）沉陷的平面分布规律 一座已建土坝，在坝基各处地质条件相同时，其表面测点的累计沉陷量在平面上一般可以连成以河谷段为中心的闭合等值线图。位于河谷中心最大断面处的沉陷量最大，说明土石坝沉陷量主要取决于可压缩土层的厚度和上覆荷载的大小。此外。在岸坡陡峻的地段等值线较密，这反映坝体与岸坡毗邻处应力应变的剧烈变化。（2）沉陷高程的分布。土石英钟坝沉陷量沿高程的分布在施工期和竣工后有着不同的特点：一是施工期沉陷量油墨高程的分布。若土石坝施工过程中随坝体升高埋设了分层沉陷标点，则各标点同一时刻的累计沉陷量沿高程的分布大致呈一组抛物线。即靠近坝顶和坝基部分的沉陷量小，向靠近坝中部处沉陷量大。靠坝基沉陷量小是因为可压缩土层厚度小，而靠近坝顶部分的沉陷量小是因为上覆荷载小。因而在坝高的的一半处可压缩土层的厚度与上覆荷载达最大的组合。二是竣工区后沉陷量高程的分布。竣工后沉陷量沿高程的分布自坝顶起基本呈线性递减分布。一般的变化规律是：沉陷量的大小与坝高成正比；同一高程处上游处上游坝坡的沉陷量大，这是由于上游坝面浸水和承受水柱压力之故。以上的沉陷规律是由于土料2料压缩引起的，属正常的沉陷变化。多种土质坝的沉陷，不均匀沉陷是多种土质坝的一个特点，也是沉陷观测资料分析中特别需要注意的的一个问题。3、 横向水平位移的原因及一般规律性。（1）柜向水平位移的原因。一是坝身自重压缩引起的侧向膨胀。其作用相当于顶部自由、底部受约束的一个弹性体受竖直荷载作用下产生侧各变形的情况。由于 坝底受基础的约束，其侧向变形为零，而侧向变形量为离顶部1/21/3凡高处最大。二承受水荷载引起的水平位移。有相当一部分坝，由于受上游面的水荷载作用，坝的上游面及坝基面受罚后产生向上游转动的弹性挠曲，这种作用龙其在水库首次蓄水时较为明显，其作用有如悬梁的受力。但此种变形往往在水库水位降落后又逐渐恢复原状。此后，在长期高库水位下坝体受水平压力的作用，坝顶逐渐产生向下游侧的位移。（2）纵向水位移的原因。纵向水平位移主要是由于岸坡土柱高度不等面产生的不均匀沉陷所引起的，如果把岸作为一个倾面，沿坝轴方向载取单宽坝体，则坝体可视为斜面上的物体，由自重产生一个平行斜面指向河谷的分力，此分力使坝体产生指向河谷的纵向位移。上述的水平位移中由坝自重压缩引起的横向水平位移是主要的，由于自重压缩量与侧向膨胀量有一定的线性关系。纵向水平位移量一般不大，但对坝的安全不利，过大纵向水平位移可能引起坝头痛的横向裂缝。（3）水平位移的一般规律。横向水平位移。在一般情况下坝的上游坝坡向上游位移，下游艺机坝坡向下游艺机位移。对于坝顶，受库水位的影响比较强烈，相当一部分坝在蓄水初期坝顶向上游艺机位移，承着时间的推移，坝顶逐渐向下游位移。纵向水平位移。一般发生的在坝两端岸坡段坡段部位，岸坡越陡，纵向位移越大。纵向水平位移与沉陷组合的合向量指向河谷中心。综上所述，水平位移的一般规律是是各种作用的综合反映，其表现形式为：（1）横和水平位移主要发生在河谷中部坝的最大断面处，而向两岸逐渐减少。（2）在坝的横断面上，低高程的坝坡分别向上下游方向位移，坝顶位移方向视具体条件而定。（3）横向水平位移量施工期发生在坝的1/2坝高处，竣工后发生在坝顶或坝以下1/3坝高处附近。（4）纵向水平位移主要发生在岸坝坡段，位移方向指向河心，位移量自岸坝段向河心逐渐减少。在河谷中心为零。岸坡越陡，纵向移位越大。（二） 土石坝沉陷量及沉陷过程线的分析。1、土石坝沉陷量的分析 土石坝沉陷量的大小，往往可以作为填密实性和施工质量优劣的一个重要指标，要防止坝的裂缝，主要措施是设法减少不均匀沉陷，而各部位沉陷量绝对值小，相对不均匀沉陷也就相应的减小。因此，沉陷量也是衡量坝安全运行的基本指标。分析沉陷量可以从两方面着手：一是究竟能容许多大的累计沉陷量而不至于危及坝的安全；二是竣工初期的沉陷速率应在多大在范围即探讨可能危害土石坝安全的“过大沉陷”的参考指标，由于填土的高度不同，沉陷量绝对值大小的差异很大，通常用相对沉陷率表示，即坝的沉陷量与坝高的比率。（1）竣工后相对沉陷率，根据我中41座和国外10座土石坝的沉陷观测成果和运行情况，凡是变形小的，竣工后相对沉陷率小于1%的坝者没有产生裂缝；大于3%的坝多数发生裂缝，竣工后相对沉陷率大于1%而小3%的坝，有的坝裂缝，有的坝没裂缝，要看土料性质和其条件而定。所谓竣工后相对沉陷率是指竣工后至沉陷稳定这期间的累计沉陷量现大坝高的比率。一般土石坝在竣工后57年，沉陷基本稳定。我们把竣工后相对沉陷率为3%作为累计沉陷量过大指标。（2）相对沉陷速度 初蓄期沉陷增长较快，以后沉陷率很快减少，竣工后23年内如果产生裂缝，以后一般不会再产生裂缝，因此竣工初期沉陷速率对裂缝的影响很大，据实测资料统计，一般竣工后第一年内和坝顶沉陷量约占坝高的0.1%0.4%,以后逐渐减少，竣工后10年累计沉陷量约为第一年内的24倍。根据国内外土石坝的统计资料，我们可以把竣工后第一年的沉陷速率作为参考指标，如超过这个数值，说明可能“过大沉陷“，即起码说明填土质量差，抗裂抗渗性能低，往往有裂缝和渗漏。综上所述，根据实测资料，用竣工后第一年沉陷速率的0.5%作为“过大沉陷”的参考指标，虽然还不能全面反映变形情况（还有水位移、土的抗裂强度强度等因素（但若沉陷率在此范围内，则说明坝的碾压质量较好，其抗裂强度也不能很低，水平位移也不会很大。若相反，