第三章监测资料整理整编与初步分析.doc

第三章监测资料整理整编与初步分析监测资料整理整编与初步分析是监测资料分析中的基础工作。其中，整理整编主要包括:工程基本信息汇编，测点基本信息表建立，监测数据记录表建立，测值可靠性检验，监测效应量计算，监测数据的报表与绘图，监测资料的编印等;初步分析主要包括：监测效应量的变化过程分析，特征值分折，空间分布规律分析,相关件分析以及对比分析等。.第一节监测资料的整理整编监测资料的整理是指对现场采集的监测数据和巡视检査结果,以一定的形式进行加工，从而形成便于应用的监测成果;监测资料整编是指对年度监测资料或多年监测资枓进行收集、整理、审定，并按一定的规格编印成册。一、一般规定1.曰常资料整理的一般规定(1)监测资料应及时进行日常整理。日常资料整理的主要内容包括:查证原始观测数据的正确性与准确性，观测值输入计算机数据库，进行观测效应算，编制报表和绘制过程线，巡视检查记录整理，考察观测效应量的变化，初步判断是否存在异常变化。(2)日常资料整理要经常性，不得拖延，更不能长期积压。每次观测后就立即对原始数据进行检査校核和整理，及时进行初步分析。当发现监测原始资料有异常或确认观测效应量有异常时，应立即向主管部门报告。(3)原始资料在现场校核检验后，不得再进行任何修改。粗差的辨识和剔除必须慎重，应严格按照有关规定要求进行。经整理和整编后的监测资料和数据亦不得修改。2.定期资料分析的一般规定(1)监测资料应定期(一般每年一次)进行编印。定期资料编印的主要内容包括:在平时资料整理的基础上进行观测效应量的统计，填制统计表格，绘制各种观测效应量的分布与相互间的相关图线,编写编印说明书等。(2)整编成果应项目齐全、规格统一、考证清楚、说明完备、方法合理、资料可靠、图表完整、数据正确。如停止或减少观测项目的资料整编和分析工作，应经上级主管部门批准。(3)全部资料的整编、分析成果应予统一编号，分类归档，由专人统一管理，保持完整，注意保密。3.定期资料分析的HIS规定(1)监测资料应定期进行初步分析。初步资料分析主要包括:效应量变化过程分析、特征值统计分析、测值分布特性奋析、测值相关性分析、测值对比分析等。初步分析的主要目的是定性判断大坝是否存在异常状态，并初步判断出现异常的原因。(2)监测资料的初步分析应结合年度监测资料整编进行，每年至少一次。遇大洪水或其他特殊情况时，也应及时进行初步分析。(3)应建立监测数学模型,对监测效应量进行定量分析。监测模型的建立，主要目的是进一步分析大坝是否存在异常状态，并分析出现异常的原因。(4)有条件时，应在年度资料整编时建立监测数学模型进行分析。大坝管理单位不具备建樽条件时，应毎隔一段时间(一般为5年)委托有资质的单位对监测资料进行全面I系统的分析，括建立数学模型。.(5)当监测资料积累5年以上时，应及时建立以监控模型为基础的监测效运量安全监控指标。当监测资料增加5年以上时，应及时校正监控模型和更新安全监控指标。二、监测资料整理1.监测资料整理的基本内容监测资料整理主要包括:工程基本信息汇编,监测测点基本资料表建立，监测数据记录表建立，监测测值合理性检验，监测效应量计算，监测数据的报表与绘图等。2.工程基本信息汇编这包括工程水文特征(设计洪水、校核洪水等），水库特征(正常水位、设计水位、校核水位等），坝体结构(坝型、坝高、地基等），泄水建筑物结构(型式、尺寸、闸门、启闭设备、最大泄流量、消能方式等)，工程效益(发电装机等），工程建设过程中的一些影响大坝安全的事件(设计修改、施工事故、补强加固等)。3.监测测点基本资料表应对所有测点建立测点基本信息表。基本资料表也称测点考证表，包含:测点所在部位、坐标、高程，仪器型式、型号、厂家、仪器各种参数，测点埋设或建点时间、基准时间、各种基准值等。4.监测数据记录表监测数据记录表应根据仪器和监测类型，遵照混凝土坝安全监测资料整编规程(DL|T 52092005)附录B和土石坝安全监测资料整编规程KSL 16996)附录B，结合各大坝安全监测的特点进行设计。5:监测数据合理性初验对现场采集的数据，应对其进行初步检验，包括:作业方法是否符合规定，是否存在缺测或漏测现象，数据记录是否准确、清晰、齐全，观测精度是否满足规定要求，各项观测限差是否在容许的范围内，是否存在粗差或系统误差,是否超仪器量程等。对于超出限差及判断为粗差的数据，应做好标记，并立即重测。对于含有较大系统误差的数据，应分析原因，设法减少或消除其影响，必要时亦应重测。对被判断为异常的效应量，处理时应慎重。这些表面上看为异常的效应量，很可能是大坝结构性态的表现，必须进行深入分析，不可轻易简单地进行删除处理。6.广监测效应量的计算在进行监测效应量计算之前，应先对现场采集的原始测值进行可靠性初验。初验的内容主要包括:作业方法是否符合规定,是否存在缺测或漏测现象，数据记录是否准确、清晰、齐全，观测精度是否满足规定要求，各项观测限差是否在容许的范围内，是否存在粗差或系统误差，是否超仪器暈程等。对于超出限差以及判断为粗差的数据，应做好标记，并立即重测。对于含有较大系统误差的数据，应分析原因，设法减少或消除其影响，必要时亦应重测。经检验合格后的观测数据，应及时换算成监测效应量。存在冗余观测或平衡条件的数据，应先作平差计算或平衡修正计算，再计算效应童。效应量计算应方法合理、计算准确。采用的计算公式要正确反映仪器的工作原理和物理关系，使用的计算机程序应经过检验并确保无运,采用数要符合实际情况。数据计算应使用国家法定计量单位，有效数字应与仪器读数精度相匹配，且前后一致、不得任意增减。国家法定计量单位包括6个部分:国际单位制的基本单位，国际单位制的辅助单位，国际单位制中具有专门名称的导出单位和国家选定的非国际单位制单位，由上述单位构成的组合形式的单位以及由词头和上述单位所构成的十进倍数和分数单位等。其中，国际单位制的基本单位7个，分别为:长度(米/m)，质量(千克/kg)，时间(秒/s)，电流(安/A)，热力学温度(开/K)，物质的量(摩尔/mol)，发光的强度(坎/cd);与安全监测有关的国际单位制中具有专门名称的导出单位有:平面角（弧度/rad），频率(赫兹/Hz)，力、重力(牛/N)，压力、压强、(帕/Pa)，电位、电动势（伏/，电容（法拉/F)，电阻（欧/O)，摄氏温度(度/C)等;与安全监测有关的国家选定的非国际单位制单位有:时间(分/min、小时/h、天/d)，平面角（度、分、秒），旋转速度（转每分/r/min)，体积(升/L、升/l，级差(分贝/dB)等;构成的十进倍数和分数单位的词头主要有:106(兆/M)，103(千/k)，102(百/h)，101(十/da)，10-1(分/d),10-2(厘/c)，10-3(毫/m)，10-6(微/)。数据计算后应经过校核和合理性检查，以保证成果准确可靠。计算成果应填人统一格式的表格中，或录人到固定格式的磁盘文件中。计算成果应打印成纸质文件保存，每页计算成果表上均应有计算人及校核人签字。7.监测数据的报表与绘图监测资料应及时填写相应的表格和绘制相应的图形。报表应包括当次观测成果汇总表表)、月观测成果汇总表(月报表)和年度观测成果汇总表(年报表)。报表格式应遵循混凝土坝安全监测资料整编规程(DL/T52092005)附录D和土石坝安全监测资料整编规程(SL 16996)附录C。绘图应包括过程线、分布图和相关图绘图方法应遵循混凝土坝安全监测资料整编规程(DL/T52092005)附录C和土石坝安全监测资料整编规程(SL.16996)附录D。在绘制过程线时，每批效应量过程线图宜配有主要原因量的过程线。当同一项目在邻近可相关联的范围内有多个测点时，宜绘制同一时间效应量的分布线图或等值线图，亦可绘制同一时何段内蜱应量征值分布线图_或等值线图。当效应量与某一厚因量有较明显相关关系时，宜绘制它们之间的相关图。成果图应表达清楚，含义明了。一般均应标上图号、图名、坐标名、量值单位，坐标值应有分格或比例尺，必要时须加上图例、图注。I#的分度巾对值的范围应覆盖效应量的全部变幅略有余地，绘出曲线或点据群应大体在纵横两向均占满图幅而不偏于一隅。除等值线外，当一幅图上有多根曲线时，宜用不同线型将各线加以区分。在观测效应量成果图上，初步考察效应量的变化规律，发现异常，应立即分析该异常量产生的原因，提出专项文字说明。对原因不详者，还要向上级主管部门报告。三、监测资料整编1.监测资料整编的基本内容监测资料整编应包括以下主要内容。(1)汇集工程基本概况(含基本指标、历次加固改造情况等），监测系统布置及更新改造情况和各项考证资料等。(2)对监测资料进行汇总、列表和刊对，按规范要求绘制各种图表。(3)对监测资料进行简单分析，发现明显的异常情况。(4)对上述资料进行全面复核、汇编，刊印成册，并建档保存。2.监测资料整编的周期和范围监测资料整编应以日历年为整编时段，每年整编一次，在汛期前应将上一年度监测资料整编完毕。整编范围应涵盖大坝各建筑物在该年的全部安全监测资料，包括仪器监测资料和巡视检查资料。3.监测资料整编的一般步骤资料整编的一般步骤如下。(1)资料汇总。包括基本资料与监测资料的汇总。基本资料应包括各项观测设备的考证图表，监测系统施工竣工资料，仪器设备资料，工程设计、勘探、试验资料等。监测资料应包括日常资料整理的主要成果，包含所有的监测数据、文字和图表。(2)资料复査。复查收集到的资料是否齐全，各项效应量计算及坐标、高程系统有无错误，记录图表是否按统一规定编制，效应量成果图是否连续、准确、清晰。(3)监测效应量初步分析。通过监测效应量过程线绘制、特征值统计、相关图分析、空间分布分析等方法，对监测效应量进行初步分析，对大坝安全状况作出初步判断，对存在的问题作出说明并提出改进或初步改造方案。(4)编制编印说明。重点阐述本编印时段的基本情况、编印内容、编印组织与参加人员，概括本年度存在哪些监测效应量异常及其分布部位，记录本年度对监测设备和工程采,取过何种检验、处理等。(5)刊印存档。对上述资料进行刊印成册，并入档保存。4.刊印成册的整编资料编排及内容刊印成册的整编资料，应按以下顺序编排。(1)封面。封面应包括工程名称、整编时段、编号、整编单位、刊印日期等。(2)目录。目录应清晰明了，应让读者从目录上就能基本了解该册资料的基本内容。(3)整编说明。应包括整编时段内工程变化和运行情况，监测设施维护、检修、检验、校测以及更新改造情况;整编年度内巡视检査情况，监测实施情况;介绍监测资料的精度和可靠性，监测过程中发现的问题以及对问题的分析和处理;提出对大坝安全的意见和对运行管理的建议；说明整编的主持人、审核人、校核人以及参加整编的人员。（4）工程基本资料。工程基本资料应在第次整编成册时详细介绍。以后的整编，可只在整编说明中记录工程的改造变化情况，工程运行过程中的特殊情况等。（5）监测布置。监测布置应在第一次整编成册时详细介绍，以后的整编，可只在整编说明中记录监测设施、 设备的改造、更换等变化情况。第一次整编成册时，应收录监测项目和监测测点汇总表、监测测点基本资料表等。(6)监测资料初步分析成果。综述本整编时段内各监测资料分析的主要成果，包括分析内容和方法、结论、建议等。（7）监测资料整编图表。年度监测资料应以表格的形式，按监测项目(环境量、变形、渗流应力应变及温度、F4断层)的顺序汇总。每个项目中，监测资料汇总表在前，整编图在后 (必要时，整编图的取值时段可向前适当延长)。巡视检查结果的整编资料，放在仪器监测资料之后。（8)封底。封底起到保护整编成果的作用，也是每册整编资料结束的标志。5.整编资料的质量要求整编成果质量应达到项目齐全、规格统一，考证清楚、说明完备、方法合理、资料可靠、图表完整、数据正确。成果表中应没有较大的或系统的错误，一般性小错的差错率应不超过数 据量的二千分之一。整编成果除刊印成册外，包括封面、扉页、目录、说明、原始数据、成果表、曲线图等，场 存入计算机的磁盘、光盘保存。整编所依据的原始资料(包括现场埋设及观测记录等），应打 印分册装订存档。第二节监测效应量的计算监测效应量的计算，应遵循监测仪器和监测方法的基本原理。本节主要介绍几种典型监测效应量的计算方法。一、视准线、引张线及激光准直法实测水平位移计算方法当视准线、引张线及激光准直的工作基点(基墩)为相对不动点时，实测水平位移按下式计算：=xi x0式中：为视准线、引张线或激光准直实测水平位移，mm; Xi为视准线、引张线或激光准直本次读数值；x0为视准线、引张线或激光准直初始测值，即基准测值，初始观测时间称为基准时间。当视准线引张线或激光准直的端点不是相对不动点时，实测水平位移应计人端点的位 移。如图3-1所示，视准线、引张线或激光准直的实测本平位移按式（3-2）计算：j = j + K(L R)+ Rj = xi x0式中:L为视准线、引张线或激光准直左侧基墩处垂线实测水平位移，mm;R为视准线、引张线或激光准直右侧基墩处垂线实测水平位移，mm; dj为视准线、引张线或激光准直测点j 的相对于基准时间的相对水平位移，mm; X。为视准线、引张线或激光准直测点j的初始测 值(基准测值)；xj为视准线、引张线或激光准直测点j的本次测值；D为视准线、引张线或激光准直两基墩间的距离，m; Sj为视准线、引张线或激光准直测点j至右基墩的距离，m。二、垂线实测水平位移计算方法(一）通用计算公式1.倒垂测点位移量的计算倒垂测点位移量指倒垂观测墩(所在部位)相对于倒垂锚固点的位移量，按式(3-3)和式 (3-4)计算。Dx = K（ Xi X0 ) (3-3)Dy = K（ Yi Y0 ) (3-4) 式中：X0 、Y0为倒垂线首次值，mm; Xi .Yi 为倒垂线本次观测值，mm; Dx,Dy为倒垂测点位移量，mm; Kx,Ky为位置关系系数(其值为-1或1),与倒垂观测墩布置位置(方向)和垂线坐标仪的标尺方向有关。2.正垂线测点相对位移量的计算正垂线测点相对位移值指正垂线悬挂点相对于正垂观测墩的位移值，按式(3-5)和式(3-6)计算。x = Kx ( Xi X0 ) (3-5）y = Ky（ Yi Y0 ) (3-6）式中：x、y为正垂线测点相对位移量，mm; Xo.Yo为正垂线首次值，nun; Xi 、Yi为正垂线 本次观测值，mm; Kx,Ky为位置关系系数(其值为-1或1)，与正垂观测墩布置位置(方向); 和垂线坐标仪的标尺方向有关。3.正垂线悬挂点绝对位移量的计算正垂线悬挂点绝对位移量指正垂线测点相对位移值与该测点所在测站的绝对位移值之和，按式(3-7)和式(3-8)计算。Dx=x+Dxo (3-7）Dy =y+Dy0 (3-8)式中：Dx,Dy为正垂线悬挂点绝对位移量，mm；x ，y ，为正垂线测点相对位移量，mm;Dx 、Dy为测点所在测站的绝对位移量，mm。4、 条正垂线含多个测点,一条正垂线含多个测点时，悬挂点以外测点的绝对位移量按式(3-9)和式(3-10)计算。Dx = Dxo x (3-9)Dy= Dy0y (3-10)式中：Dx、Dy为测点绝对位移量，mm; Dx。、Dy。为悬挂点绝对位移量，mm; x ，y ，为测点相对位移量，mm。(二）实例分析8以某拱坝拱冠坝段2号垂线为例，该垂线包括倒垂线(DC2)和正垂线（ZC2)各1条，在188m高程基础灌浆廊道衔接(表3-1)。倒垂线锚固点位于坝基158m高程(视为相对不动点），在188m高程设置1个测点;正垂线悬挂点位于坝顶267.8m高程，在230. 5m髙程、210m高程和188m高程分别设置1个测点，如图3-2 所示。该拱坝2号垂线各测点水平位移计算公式见表3-1。表31某拱坝2号垂线各测点水平位移计算公式表表3-1中，X、Y表示垂线测点X方向和Y方向的相对位移量，分别等于本次垂线X 方向和Y方向的观测值减首次垂线X方向和Y方向的观测值;；ZC2X188表示2号正垂线 188高程的X，DC2Y210表示2号倒垂线210高程的Y，表中其他符号含义依此类推。三、渗压系数计算方法渗压系数是描述混凝土坝坝基渗流状况的一个重要参数，是判断坝基渗流稳定性、坝基地质条件变化情况以及坝基防渗帷幕效果的一个重要指标。根据坝基扬压水位计算规基渗压系数可分为2种情况。（1）当下游有水时：式中：i为测点i的渗压系数；H1为上游水位，m; H2为下游水位，m; H,为测点i的实测扬压水位，m。（2）当下游无水时：式中：i为测点i的渗压系数;H1为上游水位，m;H2为测点处建基面高程，m;Hi为测点i 的实测扬压水位，m。四、差阻式监测仪器效应量计算方法(一）差阻式监测仪器的工作原理差动电阻式仪器又称卡尔逊式仪器，是美国加利福尼亚州大学的卡尔逊教授在1932年研制成功的。这种仪器用张紧在仪器内部的弹性钢丝作为传感部件，将仪器感受到的效应量变换为模拟量(电信号)。物理学表明，导线的电阻与其截面积、长度有关。当导线的截面积不变时，导线的长度变化与导线的电阻变化呈线性关系，只要测出导线电阻的变化，就可以求得导线长度的变化。此外，导线电阻和溫度之间也存在一定的函数关系，测出导线的电阻，就可以求得导线的温度。差动电阻式仪器就是基于上述两个原理制成的。以图3-3所示的差动电阻式应变计为例:差动电阻式仪器主要由电阻传感器部件、外壳和引出电缆三大部分组成，位于电阻传感器部件内的两组弹性差动电阻钢丝是其核心。该钢丝在变形和温度的双重作用下，电阻将产生变化。当应变计温度不变而轴向受到应变量为1的变形时，两根钢丝中一根钢丝受拉，电阻增加，另一根钢丝受压，电阻减小，其电阻比 Z（Z=R1/R0)的变化量Z与应变量1之间具有1=fZ的线性关系，其中f为应变修正后的最小读数(10 -6/0.01%)，当应变计两端标距不变而温运增加T时，两根钢丝的电阻均增大(温度降低时，两根钢丝的电阻均减小),其电阻比将变化Z，表明应变计存在温度变化引起的应变量2。试验表明，2 = bT,b为应变计温度修正系数(106/)。图3，3差动电阻式应变计结构示意图 1上接座；2波纹管；3中性油室；4方铁杆I 5高频瓷子:6电阻钢丝 7接线座8-密封室；9接座套管,10橡皮圈 11-压圈 12引出电缆目前常用的差阻式仪器主要由:差阻式应变计、差阻式无应力计、差阻式钢筋计、差阻式钢板计、差阻式压应力计、差阻式土压力计、差阻式锚索(杆)测力计、差阻式测缝计、差阻式 基岩变形计、差阻式多点位移计以及差阻式渗压计等。（2） 差动电阻式监测仪器测值合理性检查 对差动电阻式仪器，其原始观测值为电阻R和电阻比Z(温度计只有R）；计算结果包括观测效应量和测点温度。1、从原始测值的变化过程来判断差动电阻式仪器埋设后，电阻和电阻比的变化是一个渐变的过程，且二者的变化趋势是相反的，即：电阻增加，则电阻比减小;电阻减小，则电阻比增加。(1)将本次实测电阻和电阻比与前几次实测电阻和电阻比进行比较，看是否存在突变。如存在，则应判断为异常。一般而言，当本次实测电阻值R与上次实测电阻值比较差值大于0.3时，应视为异常，并及时进行重测；当本次电阻比Z与上次电阻比测值比较差值大于5 个电阻比时，应视为异常，并及时进行重测。（2)将本次实测电阻和电阻比与前几次电阻和电阻比进行比较，看两者变化趋势是否相反。如果两者变化趋势相同，则应视为异常，并及时进行重测。2、从正测电阻比和反测电阻比来判断差阻式仪器的电阻比(命01%)为R, /R,反测电阻比(0. 010为7： R2/。正测电阻比和反测电阻比数值应在10000附近变化，且从理论上讲正测电阻比和反测电阻比之和为20000当怀疑实测电比有问题时，应将电桥上的转换开关旋转至Z,对仪器进行反测电阻比。正测电阻比和反测电阻比按表3-2控制。如超出，则应及时査找原因。表3-2电阻比质量控制表（X104)3、 从电阻比与实测温度过程线来判断18在同一幅面上绘制电阻比和温度的变化过程线(Zt,Tt),则：（1）温度曲线跳动平移，电阻比曲线产生同方向同数量级的跳动平移，可能是更换了电阻比电桥造成，跳动平移的测次即为换桥时间。如果温度曲线没有产生跳动平移，而电阻比曲线产生跳动平移，则可能仅仅是电桥内的固定电阻有误差，可从正反测电阻比的乘积进步核查。温度曲线跳动平移，电阻比曲线向相反方向跳动平移，电阻变化数以(0.01%计)为 电阻比变化数(以0.01计)的24倍，则可能是电缆内部接头的电缆芯线电阻变化造成。在个时段内群测点的温度值和电阻比值跳动变化的方向相反，电阻比变化数是电阻值变化数的24倍，可能是集线箱或电缆端部电缆头的芯线电阻变化造成。(3)温度测值突然大幅度降低，例如降低45C，曲线向下平移，电阻比测值同时突然增加或降低很多例如(200300)0. 01%，且曲线平移，这是由于仪器钢丝松弛造成。大、小应变计的温度测值降低0.30.5(与相邻仪器测值比较)，曲线向下平移，电阻比突然增加并且平移140200个(0.01%),可能是混凝土裂缝穿过仪器造成。(4)温度曲线发展趋势表明温度不断增加，与相邻仪器温度测值或与混凝土温度变化规律比较，十分反常，表明仪器钢丝可能发生锈蚀。温度曲线发展趋势表明温度不断降低，与相邻仪器温度测值或与混凝土温度变化规律比较，十分反常，表明仪器电缆或集线箱可能受潮，可以通过测量电缆芯线电阻多集线箱的绝缘电阻以及用电桥测量时检流针是否稳定加以核查(需使用非数字电桥测量)。4-.从效应量的变化来判断(1)当观测到的效应量超出了仪器本身的量程时，应判断为不合理测值。(2)当本次实测效应量与同测点前几次测值有明显变化时，应引起注意，并及时分析原因。(3)任何测值都应该是其效应量实际变化的真实反映。当实测效应量已经不符合基本物理意义时，应判断为不合理测值。(三）差阻式仪器监测效应量计算公式以应变计实测效应量计算为例。应变方向的规定为:压应变为正，拉应变为负。差阻式应变计实测综合应变为：m=f(Zi-Zo)+b(Ti-Ta) =fZ + bT(3-13) 式中：m为差阻式应变计第i测次的综合应变，106; Z为ti时刻应变计实测电阻比Zi相对于基准时刻t。的实测电阻比Z。(基准电阻比)的电阻比增量，0. 01%； T为ti时刻应变计实测温度Ti相对于基准时刻t。的实测温度T。(基准温度）的温度增量，f为应变计修正后的最小读数，10_6/0.01%;b为应变计温度修正系数，10-6/。f和b这两者可根据出厂卡片查得或根据率定资料获得。所有差动电阻式仪器均可兼测测点温度。四芯差动电阻式应变计ti时刻实测测点温度Ti;按下式计算：Ti = (RiR。)(3-14)式中：R为ti时刻差动电阻式仪器实测电阻，;Ro为差动电阻式仪器的0电阻，;为差动电阻式仪器的温度最小读数，/。Ro和可根据出厂卡片查得或根据率定资料获得。所有差阻式监测仪器(差值式渗压计除外)实测效应量的计算公式与式(3-13)和式(3-14)的形式相同，只不过相关计算参数应采用该监测仪器的实际参数。差值式渗压计实测效应量计算公式见第二章式(2-4)与式(3-13)的差别在于温度变化对效应量的影响相反。在计算差阻式监测仪器实测效应量之前，应先确定基准日期、基准电阻比、基准电阻以及仪器的上述参数。(四）基准值选择大坝安全监测效应量，都是相对于计算起点的相对值。作为计算起点的某一测次的日期（或时间）称基准日期和基准时间，而这一测次的观测值电阻比Z0 、电阻值R0相应称为基准值。确定基准日期和基准时间是监测效应量计箄中的重要工作。如果所选择的基准时间过 迟，有可能舍弃了有用的监测资料，因为所有在基准时间前观测的数据将弃而不用;如果所 选择的基准时间过早，混凝土尚未凝固，这时仪器可能还未能正常工作，用这时的测值作基 准值计算出的观测成果是不可靠的。如果只要求观测某一时段内的混凝土应力的相对变化，例如只要测出蓄水期间的混凝 土应力变化时，可以选取蓄水开始的时刻作为基准时间。通常为了保证基准值的可靠性，可 以在基准时间前后进行几次观测，取几次观测的平均值作为基准值。当然，.以蓄水时段开始 作为基准值时，其观测成果只反映蓄水期的荷载影响，而不能反映施工期的荷载效果。确定埋设在混凝土或基岩中的卷阳式监测丨仪器的某准时间和基准值时，通常应当考虑以下几个原则（以应变计为例）8;（1）埋设应变计的混凝土或砂浆(埋设在基岩中时)已从流态固化具有一定弹性模量和 强度的弹性体，能够带动应变计正常工作。由于国产应变计的弹性模量大约为294 490MPa，混凝土或砂浆弹模发展到弹性与之匹配时就能带动仪器工作了。混凝土试验资料 和早期混凝土弹模试验资料，以便了解混凝土终凝时间，从而确定基准值。混凝土带动应变 计正常工作的时间，可以从观测资料上加以判别：(1)对于单支仪器的观测资料，观察电阻比和温度过程线，当两者已呈相反趋势变化 时，表明仪器已开始正常工作。(2)从应变计组观测资料计算出的各向应变量应服从第一应变不变量原理，也就是点 应变平衡原理，标志着应变计组已能反映混凝土内的实际应变状态，这时的观测值即可取作 基准值以采用以点应变平衡原理为基础的观测资料质量控制图来判断。当测点资料计 .算结果进人 控制图上下限之内，表明应变计组已进人正常工作状态，此时的观测值即可 取作基准值。(2)埋设仪器的混凝土层上部已有lm以上的混凝土覆盖，混凝土已有一定强度和刚 度，这样足以保护仪器不受外界气温急骤变化的影响和机械性的振动干扰。仪器观测值已 从无规律跳动变化到比较平滑有规律，这时的测值具有代表性，能够正确反映实际状态。(3)在满足上面所说的条件的情况下，基准时间应尽可能提前，这样可以计算出完整的 施工期间的观测量的变化发展规律。 根据实测的混凝土终凝时间和以上一些原则最终确定基准时间和基准值。一般而言， 基准时间大多选择在混凝土入仓24h之后。同一浇筑层埋设的仪器的基准时间应相同，无应力计和相成的应变计组应具有共同基准时间。由于施工进度不同，同一座大坝不同部位监测仪器的埋设时间不尽相同，因此各坝段、 各浇筑层埋设的监测仪器的基准时间并不一定相同，同一层面、特别是同一仓位埋设的同类监测仪器一般应取相同的基准时间。五、弦式监测仪器效应量计算|-(一)弦式监测仪器的工作原理弦式仪器利用钢弦的振动频率作为检测效应量的变换手段，又称振弦式仪器或者钢弦式仪器。几乎所有的差值式仪器均有对应的弦式仪器。以图3-4所示的弦式应变计为例，弦式应变计由端头、应变管、振弦、热敏电阻、电磁激 励线圈和电缆等组成。应变计中间有二根张紧的钢丝，钢丝固定在两个端头上。中部安装 有激励与接收线圈，用以产生激振使钢丝发生振动，并接收钢丝的振动频率。定长度的钢丝张拉在两个端块之间，端块固定于混凝土中，并与混凝土紧密嵌固。当混凝土变形时，带动两个端块也发生相对位移，导致钢丝的张力发生改变，这种张力的改变使钢丝的谐振频率产生变化。通过测量钢丝谐振频率的变化量，可计算出混凝土的变形。仪器工作时，激励线圈使钢丝发生振动，其谐振频率通过接收线圈和信号电缆传输给测量 仪表。(二）弦式仪器监测效应量计算公式弦式仪器是根据钢弦张紧力与谐振频率成单值函数关系设计而成的，钢弦的自振频率 取决于它的长度、钢弦材料的密度和钢弦所受的内应力。其关系式为：式中:/为钢弦自振频率，Hz; L为钢弦有效长度，xn; aj?钢弦的应力，MPa; p为 密度;103 kg/m3: 由式(3-15)可看出，传感器成型后，所用的钢弦材料和钢弦的直径有效长度均为不变 量，钢弦的自振频率与钢弦所受的张力有关。因此，实测应变可用频率/的关系来表示：、e = K(f fa)+A: (3-16)|式中：e为应变计实测应变，106; K为应变计仪器参数(传感器灵敏系数hKTVHz2: /为 实测频率值，Hz ； 基准频率倌，& 应变ifSgSSTTcr6/它Ta值一般很小，在; 六、混凝土实测应力计算(一）应力的计算应变计实测效应量，混凝十综合应变e:，包括两部分:由应力因素引起的混凝土“应& 和力因素引起的混凝+“非应力应变。”，即_计算混凝土实测应力时，需要的是应力应变e。e目前尚无法直接观测，而是通过在 混凝土内埋设的应变计(组)观测混凝土“综合应变e ”和在应变计(组)附近1丨.5m范围 内埋设的无应力应变计(简称“无应力计”)观测混凝土“非应力应变劫”，然后在e中扣除e0 得到e（3-18)应变计实测“综合应变”和无应力计实测_应力应变切”的计算方法,详见式(3-13) 和式(3-14)。，1(二）混凝土线膨胀系计算非应力应变e。包_温度原因引起的温度变形er、因湿度原因引起的湿度变形和 由于混凝土自身物理化学作用引起的自生体逛变形:(3-19)其中混凝土土自生体积变形特点对混凝土应力当自生体积变形为膨胀型 时，有利于增大混凝土压应力或减小混凝土拉应力，避免产生混凝土裂缝。因此，在必要时， 可以通过使用膨胀型混凝土来改善混凝土应力状况。混凝土的温度变形为订=acATc混凝土线膨胀系数ac可以通过试验得出，也可根据无 应力计监测资料求得。在相对较短的时间内，近似地认为混凝土的湿度变形和自生体积变形可以忽略不计，则 该时段混凝土的自由体积变形Ae。为其温度变形AeT。在相对较短的升温或降温段内取。 的变化量Ae。= e02 一 eoi和相应的温度变化量AT = T2 一 Tj，则Act = Ae0 = e02 e0i = ac(.Tz Ti) = acAT(3-20) rI于是混凝土线膨胀系数办可按下式计算：ac Aeo/AT(3-21)取若干升温或降温时段进行计算，得到若干 (i = 1，2，)，然后取其平均值作为混 凝土线膨胀系数&。对大体积混凝土，一般认为其湿度基本不变，可以忽略其湿度变形，则混凝土自生体积 ;变形为：.(三）混凝土应力计算,混凝土坝实测应力计算步骤为：（1)应变计及无应力计原始实雛差鎌雜正。（2)基准时间和基准值选择。（3)应变计实测综合应变tH十箅，无应力计实测自由应变计隻。（4)应变计组的、；s:y计算混凝土总变形： r - 7)混凝士坝孟力主应力社。, 11单轴应变计算混凝土“迨力应变e”为：,f So (sssy对单向应变计应力应变e ”即为单轴应变，按上式计算即可。二 对多向应变计组，则需要先对各应变计实测综合应变进行平衡，以便消除声减小观测误 I差的影响。在混凝土结构中，根据受力情况，一般布置3向、5向、7向、9向甚至11向应变计组。中，5尚应变计组应用最多。根据弹性理论，各向同性的均勻连续介质在小变形条件下，任意一点三个互相垂直面上 的应变之和为常数。实际上，由于各应变计并非在同一点上，混凝土也不完全满足均勻和各 向_性的要求，再加上观测误差，所P各相互垂直的二轴或三轴应变之和之间存在应变不平 衡量A。现以相互垂直的4个方向A应变计为例，设4个应变计分别实测综合应变分别为 ml、m2、m3 和 *n4，则应变王平衡量A平今分配到各支应莖即实测综合应变接上式分配的应变不平衡is行平衡后，分别扣应力计实测非应力 应变eo，即得到各应变计方向实测“应力应变e”。根据应变计组是空间问题还是平面问题，计算出应变计组的单轴应变（e 对空间应力状态，单轴应变计算公式为：式中脚标分别表示三个相互垂直的方向。 对平面应变问題，令e = 0，即2.实测应力计算如果混凝土是完全弹性体，其弹性模量为E，则混凝土轴向应力为：=由于混凝土并非完全弹性体，在长期荷载持续作用下，其变形会不断增长，这种随加荷时间持续增长的变形称为徐变变形。所以，混凝土在应力作用下的变形包括加载瞬时立刻产生的弹性变形和持续加载后发生的徐变变形两部分。两者均与混凝土的龄期有关。龄期越早，弹性变形越小，徐变变形越大。徐变变形具有如下特点：与荷载持续时间有关，持续时间越长，徐变变形越大；徐变变形的速率随龄期增长而减小，最后趋于稳定。混凝土单轴应变包括弹性变形和徐变变形，在应力计算时，必须考虑徐变的影响。考虑徐变影响的应力计算方法主要有变形法、松弛系数法和有效弹模法等。（1）变形法将时间划分为n个时段，则每个时段的起始和终止时刻（龄期）分别为各个时段为各个时段中点龄期各时刻对应的单轴应变分别为各中点龄期对应的单轴应变分别为各时段单轴应变増量在时刻的应力为用有效弹性模量法计算实际应力，可以对混凝土的徐变影响有所考虑，但和实际徐变相差较大，计算结果存在较大误差，只有在混凝土的龄期已很长时，采取有效弹模法计算实际应力才比较准确。（2）松弛系数法(3）有效弹模法（4)三种方法的比较。变形法和松弛系数法是国内外常用的用来计算混凝土坝实测应力的方法，都是以叠加原理为基础的。变形法和松弛系数法虽然在计算过程上有差别，但其实质是一样的，而且都必须具备备龄期完整的徐变实验资料。实际工作中不可能进行与计算时段相应的所有龄期的徐变试验，通常只进行五个龄段的徐变试验，再用内插外延方法推算其他龄期的徐变资料。二者的区别在于：变形法是直接利用徐变实验求得总变形资料进行计算；松弛系数法是首先利用徐变试验资料计算松弛系数，用松弛系数来计算应力。从利用徐变资料的角度考虑，变形法的精度更高一些。有效弹性模量法计算简单，而且在计算过程不需要用到徐变实验资料。因此，在缺乏混凝土徐变试验资料的情况下对运行时间已经很长的老坝观测资料的计算则可以应用该方法，对施工期的应变观测资料计算是不宜应用的，因为这时混凝土的龄期不长，混凝土的徐变度和龄期有关，用有效弹模法计算应变资料将导致较大误差。(四）混凝土实测应力计算中几个问题的分析1.实测资料的平滑处理问题由于实测资料总是存在一定误差的，这些误差对混凝土应力计算成果的合理性具有很大影响，因此在利用应变计组实测资料计算混凝土应力时，一般需要对实测资料进行平滑处理。大量的应变计组资料分析表明:平滑处理对应力计算成果的改善效果是很明显的，经平滑处理后得到的应力计算成果过程线一般能更好地反映出测点处混凝土应力的实际状态。目前在实测混凝土应力计算时，对监测资料的平滑处理主要有两种方式：一种方式是在对实测综合应变进行误差检验和处理之后，对检验和处理后的实测综合应变m进符平滑处理;另一种方式是在根据应变平衡原理对实测综合应变进行平差处理之后，对平差处理后的j实测综合应变m进行平滑处理。从理论上讲，变形法的叠加原理决定了单轴应变过程线变化必须是连续、平缓的。在变形法计算过程中，前期任一时刻的计算应力对后斯的计算应力将产生显著的、持续的影响。因此短时期内单轴应变变化过大将导致后期计算应力变化也很大，甚至出现畸形，以致严重背离测点处混凝土的实际应力状态。事实上，无论混凝土坝的实测综合应变、计算单轴应变还是计算应力或实际应力，本质上都应该是连续和平稳变化的。基于以上分析，文献19提出了对单轴应变过程线进行平滑处理的思路，并通过大量的计算和分析认为该方法可能是一直更有效的平滑处理方式。当然，平滑处理也会造成计算结果在一定程度上的失真。当实测资料观测精度较高且间隔时间较短时，其变化曲线本身就是比较平缓的，此时如果运用平滑处理可能适得其反。因此在这种情况下，需不需要进行平滑处理以及如何进行平滑处理，更多的是需要靠监测资料分析人员的经验来判断。2.无应力计资料缺失情况下的处理如前所述，在利用应变计组监测资料计算混凝土应力时，需要有与之配套的无应力讀监j测资料。但是，在实际工程中，经常会遇到无应力计损坏或失效而导致无应力计资料缺失的-情形，此时最经常的做法是放弃计算该测点的混凝土应力。理论上，如果两组应变计组及配套无应力计埋设部位的混凝土材料、温度、湿度等特性相近，则混凝土的自由体积变形也是相近的。基于此，文献19利用某混凝土坝段的18组:应变计组和无应力计实测资料，对采用附近的无应力计实测资料来代替失效无应力计资料的可行性问题进行了有益的尝试性研究。为了讨论是否能采用替代无应力计，计算时分以下2种情况：（1) 原无应力计资料是完好的。分别按原无应力计资料计算该应变计组的应力和按替代无应力计资料计算该应变计组的应力，然后将两种情况的应力成果进行比较。在替代应变计的选择时，分别选择该应变计组上下游的无应力计、左右侧的无应力计、上下浇筑层的无应力计来进行对比计算。（2) 原无应力计资料是缺失的。此时按替代无应力计进行混凝土应力计算，然后根据计算得出的应力是否符合该部位混凝土坝常规应力规律来判断是否可以采用替代无应力计。计算结果表明:用左、右侧方向埋设的无应力计来替代时，计算应力变化过程线与实际的结果非常相近;用上、下游方向的无应力来计替代时，效果就比较差，应力峰值出现的时间明显提前或滞后。这可能是因为上、下游方向无应力计埋设位置的湿度、温度变化受外界环境影响存在差异，时间也有先后，因而导致该处混凝土的自由体积变形与同一层面坝体内部其他位置的混凝土自由体积变形有较大差异;而埋设在同一坝轴线上位置靠近的无应力计由于与上、下游面的距离是基本相同的，因此它们的自由体积变形大小和时间也是差不多的。上述计算可以得出这样的结论:选择用来替代的无应力计位置首先考虑选择同一轴线上相近位置埋设的无应力计，有多支无应力计的情况下,宜选择最近的一支;如果同一轴线上没有埋设其他的无应力计，就选择位置最靠近的无应力计替代，其可行性要通过计算并绘制应力过程线来判断。（3) 采用其他无运力计监测资料来代替缺失的无应力计资料而计算出的混凝土应力，只能作为参考，而不能作为判断该部位混凝土应力状态的直接依据。因为无论如何，其他部位的无应力计监测资料毕竟不能完全真实地反映计算点的混凝土无应力变形特点。3.应变计组埋设数量问题在混凝土坝(重力坝、拱坝)应变计组设计时，一般采用重点监测坝段(断面)、标准监测坝段(断面)和一般监测坝段(断面)。重点监测坝段一般布置12个断面，应变计组布置较密;标准监测断面则一般布置1个监测断面，应变计组密度按常规情况布置;一般监测坝段般布置1个断面，应变计组间距较大，主要布置在需要特别了解应力状态的部位。无论何种监测断面，应变计组均布置呈网格状，即按高程间隔1030m布置一个截面，按上下游方向一定距离(1020m)布置一个测点(1组应变计组，3向、5向、7向或9向）6这样，一座中等规模的混凝土坝，一般要布置上百组、数百支应变计。对于大型的水电工程，所埋设的应变计数量则更多，有的达到上千支。事实上,布置如此多的应变计，是否就能真正反映出混凝土坝的应力状态呢？这一直是监测界长期争论的问题。要解决这一争论,至少应从两个方面来考虑。(1)应变计组的监测目的。混凝土坝应变计组的监测目的主要是了解混凝土坝内监测部位的应力状态，监视应力是否超出了容许的范围。混凝土坝发展到今天，绝大部分部位的应力是明确的，特别是混凝土重力坝，应力状态更加明确;混凝土坝可能出现应力超标的部位也是明确的。因此，从这个角度来看，应变计组应主要应布置在那些确实需要监视应力状态的部位，而不应该是按上述网格状均匀布置。过多的应变计组，不仅仪器本身的投资增大，更重要的是运行管理(如实现应变计组监测的自动化、日常监测与维护、监测资料的整理和分析等)的成本很高。因此，文献19认为，应变计组的布置不宜过多。(2)应变计组的监测效果。应变计虽然经过几十年的改进,已经有了很大的发展，但是由应变计组获得混凝土应力是一个很复杂的过程，要想获得真实的混凝土应力，事实上是很困难的。主要原因在于：1)由应变计组获得混凝土应力是一个间接的过程，需要从实测电阻和电阻比转换成应力，这必然存在误差。2)应变计组埋设质量要求较高，埋设方向、埋设时间等均对最终计算出的应力有重要影响;一旦埋设方向发生偏差，所计算的应力将出现很大误差。3)应变计组在埋设和运行过程中容易损坏，由于各种原因，到运行期仍能正常观测的应变计组通常较少。文献19对部分混凝土坝埋设的应变计组完好状态进行了调查，详见表3-3。表中，第二栏“应变计损坏数量”是指应变计组中有1支关键应变计损坏，对非关应变计的损坏则未计人;第三栏“无应力计损坏”是指应变计组完好而无应力计损坏的情况，对应变计组中关键应变计和无应力计同时损坏的情况，则计人第二栏中。从表3-3看，完好率均较差，完好率最好的也不过65%,较差的仅39%。而且，从更广泛的调査和了解的情况看，目前绝大多数坝龄较长的混凝土坝中埋设的应变计组的完好率均较低。表3-3部分混凝土坝应变计组工作情况统计4)现行的由应变计组监测资料计算混凝土应力的方法存在理论缺陷和过多的假设，计算结果的真实性是值得怀疑的。表3-3列出了部分混凝土坝应变计组计算应力的可靠性情况。从表3-3看，应变计组的监测效果是不够好的。如果按实际埋设的应变计组数量与应力基本合理的应变计组数量的比值来看，监测效果就更差。根据以上的调查、分析，文献19认为:现行的应变计组布置方法没有从混凝土坝应.机理来考虑，应变计布置位置也不够合理;应变计组应布置在混凝土坝关键应力部位，而不应按现行的网格状布置;现行的应变计组布置过多，监测效果较差，应精简应变计数量。虽然文献I9的研究成果在代表性方面存在一定的局限性，但对于回答目前监测界关于混凝土现应变计布置数量的学术争论是有益的，对将来混凝土坝监测技术规范的修订也具有一定的参考价值。第三节监测资料的初步分析监测资料的初步分析，主要包括监测效应量的时程变化过程分析，监测效应量的特征值统计分析，监测效应量的相关性分析，监测效应量的对比情况分析，监测效应量的分布状况分析等内容。通过初步分析，可以初步判断监