水利工程的变形监测

2020/5/23，1，变形监测和数据处理，第14章水资源管理项目变形监测，2020/5/23，2，主要内容，概述监测项目和要求监测系统设计小浪底大坝安全监测系统设计大坝安全评价专家系统设计，第14章水利项目变形监测，2020/5/23，3，1概述，第14章水利工程变形监测、变形监测和数据处理，2020/5/23，4、监测工作的重要性，建国后我国共建设了8.3万多个大坝，其中15米以上的大坝为1.9万多个，30米以上的大坝近3000个，工程在国民经济中发挥了巨大作用。但是，在相当多的大坝上，存在着对发挥事业效率产生多种影响的几个不安全因素，还威胁到下游数百万国民的生命财产安全。全球最新统计结果显示，本世纪已经建设大坝的总事故率约为1%，如果大坝坠落，将发生难以估计的惨案，引起各国政府和国民的关注。第1节概述，2020/5/23，5，监测系统研究进展，监测数据自动收集监测信息处理系统研究与开发综合评价专家系统开发研究，第1节概述，2020/5/23，6，2监测项目和要求，第14章水利项目变形监测、变形监测和数据处理，2020/5/23，7，工作原则，(1)配置监控设备和设施，明确监控目的，紧密结合项目实践，综合考虑，协调相关项目调整，部署。在恶劣天气条件下，必须保证继续进行重要项目的监控。(2)设备的耐久性、可靠性、实用性和有效性，要追求高级，便于自动监控。(3)仪器安装和埋设必须及时，按照设计要求仔细施工，确保第一个大修期间取得必要的监控成果，搞好仪器的保护；完工后及时做好初始考试阅读工作，绘制竣工图，制作考证，存档供以后参考。(4)仪器监控严格按照程序规格和设计要求进行，相关监控项目寻求同时监控。集中监视其他监视阶段。发现异常，立即重新测试；持续监视，可靠的数据，真实的记录，完整的说明，及时整理，发现问题后快速上报。(5)设备监控应与检查检查结合。第2节监测项目和要求，2020/5/23，8，基本要求，(1)可行性研究阶段。提出了安全监控系统的总体设计主题、监控设备和设备的数量。监控系统的工程报价。(2)投标设计阶段。监控系统设计文件(监控系统布局、设备列表、每个监控设备设备的安装技术要求、测试要求和工程预算等)。(3)施工阶段。要善于提出建设细节，检查设备，埋设，安装，调试和保护，绘制完成图纸，填写嵌入式记录和完成报告；监测工作应确保监测设施完善，监测数据持续、可靠、完整，为随着时间的推移分析监测数据，评估建设中大坝安全状况，建设提供决策依据。(4)第一蓄水阶段。要制定第一个储水监测工作计划和主要设计监测技术指标。根据计划要求监控和检查设备；制定基准值，定期评价大坝安全状况，为代数提供依据。(5)执行阶段。必须进行反复和特殊情况的监测。定期检查、维护和验证监测设施，以确定是否需要销毁、存档或继续观察、补充、改进和更新监测数据，并定期重组和分析监测数据。第2节监测项目和要求，2020/5/23，9，工作状态应定期分析监测结果，并如下评价：(1)正常状态，达到大坝(或监测对象)设计要求的能力，没有影响正常使用的缺陷，各主要监测数量的变化处于正常状态。(2)大坝(或被监测对象)的特定功能不再完全满足设计要求，或主要监测量发生特定异常，影响正常使用状态的异常状态。(3)危险状态、大坝(或监测对象)存在严重威胁安全的缺陷、环境内威胁安全的特定因素加剧，或者主要监测量存在重大异常的情况下，按照设计条件继续运行可能发生重大事故的状态。第2节监测项目和要求，2020/5/23，10，变形监测符号，第2节监测项目和要求，2020/5/23，11，水工结构监测项目(1)，第2节监测项目和要求，2020/5/23，12，水工结构监测项目(2)，第2节监测项目和要求，2020/5/23，13，安全监测次数，第2节监测项目和要求，2020/5/23，14，3监控系统设计，第14章水利工程变形监测、变形监测和数据处理，2020/5/23，15、监测段布局(土石坝)，(1)观测段。最高坝，原河床、和龙段、地形突变、复杂地质条件、坝内埋管或异常反应场所布置。通常是2到3个以上。(2)观测纵断面。在坝顶或下游侧放置1-2个，在上游坝坡放置1个正常低水位，在正常水位下根据需要放置临时断面，下游坝坡2-5个。(3)内部剖面。通常放置在最大横断面和其他要素横断面上，根据需要放置一条或三条观测垂直线，在每个横断面上放置一条或三条观测垂直线，并且每个观测垂直线应尽可能形成垂直观测横断面。界面位移通常放置在大坝与岸坡连接、不同坝料的组合坝型交叉以及土坝与混凝土建筑物的连接处。第3节监控系统设计，第2020/5/23节。16，监测断面布置(混凝土坝)，(1)观测纵断面。一般而言，平行坝轴线在坝顶和坝基通道上设置观测纵断面，高坝可以在中间适当地添加一两个纵断面。如果没有垂直通道，也可以放置在平行坝轴线的下游坝面上。(2)内部截面。放在最高的大坝、地质、结构复杂的大坝区间上，根据大坝的长度放置1-3个断面。水坝和地基要放在一起。拱坝的拱和拱端通常需要放置剖面，如有必要，也可以放置在l/4拱处。第3节监控系统设计，第2020/5/23节。17、监测断面布置(滑坡体)，(1)接近两地的大坝地球岩。垂直坝轴线方向各放置一两个观测剖面。(2)滑坡方向13个观测断面包括主滑移线剖面及其两侧的特征剖面。(3)如有必要，可以网格方式大致布置。第3节监控系统设计，第2020/5/23节。18，水平位移观测点布置(位移标点符号)，(1)土石坝。在每个横断面和纵断面交点等处放置位移标点符号。通常，每个横断面少于3个。位移标点的垂直间距为：如果大坝大于300米，则为30 50米；如果大坝大于300米，则通常为50 100米。(2)混凝土坝。在观察纵断面的每个坝段、每个叠壁或每个闸墩上设置一个标点符号，重要任务：程也可以在伸缩缝两侧各放置一个标点符号。(3)大坝附近的岩体和滑坡。在靠近大坝的基岩的每个剖面上至少放置了3个标点，在桥台的下游放置了主眼点。土体的每个观测剖面通常有3个以上的位移标点，重点是土体发生后正常水位之间。第3节监控系统设计，第2020/5/23节。19，水平位移观测点布置(工作基点)，(1)土石坝。在两岸各垂直标点的延长线上放置工作起点。大坝轴为折线或大坝超过500m时，根据使用的测量设备，可以在每个垂直标点中间添加工作基点和标点符号。(2)混凝土坝。工作起点可以放置在两岸山的岩床上，也可以放置在位移测量线的延长线所在的稳定岩体上。(3)大坝附近的岩体和滑坡。选择接近观测标点的稳定岩体，建立工作起点。第3节监控系统设计，第2020/5/23节。20，水平位移观测点放置(检查基点)，(1)土石坝。通常使用连接到两岸相同工作基准点的延长线方法。设定每个一或两个检查基准点，并设定垂直线(如有必要)或使用转角网位置。(2)混凝土坝。检查基点可以放置在两岸的水泥浆走廊内，也可以使用倒垂线作为检查基点。此时，检验基准点必须与倒垂线的观测桥墩一个。(3)大坝附近的岩体和滑坡。可以通过将操作基点和检查基点配置为拐角网络或相交方法来观察。也可以有条件地设置垂直线。第3节监控系统设计，第2020/5/23节。21，垂直位移测量点布局，一般用精密水准测量方法观察垂直位移。平准化的基点应综合考虑工程建筑物的大小、应力区范围、地形地质条件及观测精度要求等，原则上，这种类型的点可以长期稳定，变形值应小于观测误差。平准化标准形式可以根据实际情况确定，如土基、地表岩系、深河关系、双金属管道标准等。一般情况下，在坝顶和坝基上各放置一行沉降监测标点，在高混凝土坝中间高程走廊内部及高土石坝下游河道上也要适当放置观测标点。沉降标点根据实际需要可以采取综合标志、混凝土标志、钢管标志、墙标志等形式。第3节监控系统设计，2020/5/23，22，水平位移监测方法(1)，第3节监测系统设计，2020/5/23，23，第3节监控系统设计，水平位移监控方法(2)，2020/5/23，24，垂直位移监控方法，第3节监控系统设计，2020/5/23，25，4小浪底大坝安全监测系统设计，第14章水利工程变形监测、变形监测和数据处理，2020/5/23，26、项目概述、小浪底水利项目是目前我国正在建设的最大水利枢纽项目之一，位于河南省洛阳市北约40公里黄河干流的工程，是以防洪、防凌、减淤为主，综合利用发展、灌溉、供水等的水利枢纽项目。枢纽由大坝、泄洪和排沙建筑物、水电站等组成。阳土坡心墙堆石坝，最高坝高154米，总库容126.5亿m3，泄洪排沙建筑由3个孔口泄洪洞、3个排水和正常泄洪道及非常高的泄洪道组成，水电站系统由6个引水隧洞发电、地下厂房和3个尾水组成，6个电站安装，总库容1800MW，27，小浪底水利枢纽第4节小浪底大坝安全监测系统设计，2020/5/23。28、基本观测段、大坝观测设备主要放置在3个剖面和2个纵断面上；A-a观测剖面位于F1断层破碎带，F1断层对大坝影响更大，重点观测部位；B-b观测横断面位于最高的大坝和最深的盖子(70米以上)，是大坝的典型观测横断面。C-c观测剖面位于左侧河岸，基本上位于岩石基础和河床复盖的边界部分，下游水坝轴线有基岩陡峭的凸轮，因此变形更加复杂，可能会产生裂缝。两个纵断面是沿倾斜核心墙轴的截面d-d和沿大坝轴的截面e-e。第4节小浪底大坝安全监测系统设计，2020/5/23。29、小浪底大坝外部监测系统布置，第4节小浪底大坝安全监测系统设计，2020/5/23。30，变形监测，大坝外部变形观测分为水平变形和垂直变形两部分。大坝表面的观测标点符号既可以用作水平变形测量的标点，也可以用作垂直变形测量的标点符号。大坝的外部变形共布置了8，156个测量点，河流方向的水平位移用视口准法或小角度法观测。大坝轴向水平位移采用距离法进行观测；大坝沉降以二等精密水平进行测试。大坝内部变形观测主要是水平位移观测、垂直位移观测和界面相对误动观测，通过倾斜仪、路堤应变仪、界面应变仪和钢帘线沉降器四种方法观察。大坝有17个倾斜管道，以垂直方向、倾斜方向、水平方向3种方式内建，固定间距安装沉降环，测量大坝3方向的变形。第4节小浪底大坝安全监测系统设计，2020/5/23。31、渗流监测、坝基渗流是该项目的主要监测项目，监测的主要部分是沿整个大坝防渗线和斜心墙的渗透压力。监控项目包括大坝渗流、大坝内孔隙水压力和渗透线分布。F1断层和右侧海岸海滩也应监测泄漏稳定性。大坝渗流监测设备主要放置在3个水平观测剖面内，在b-b观测剖面上游堆石桩上放置6个渗透测量仪。为了监测F1断层及其两侧破碎区的渗流稳定性，F1断层坝基础下共布置了15个渗流观测仪器。第4节小浪底大坝安全监测系统设计，2020/5/23。32、土压力监测、土压力监测分为土体应力和边界土压力两类。前者设置在大坝主观测部分，后者设置在基础界面。利用土壤压力计进行大坝应力观测。由于大坝溪谷大，考虑按平面问题布置调查点。随着大坝的计算，沿着大坝高度安装了11个土压力计组，每行两个。第4节小浪底大坝安全监测系统设计，2020/5/23。33，地震反应监测，坝址基本强度7度，地震反应监测对象主要是3度以上的地震反应。设置具有2个水平、1个垂直观察剖面和10个监视点的默认效果站。该装置使用数字三分量谐振器。第4节小浪底大坝安全监测系统设计，2020/5/23。34、混凝土防渗墙监测，混凝土防渗墙及围堰防渗墙监测。主坝防渗墙环境压力测量仪和边界土壤压力计、墙内应变计、钢筋计、应力计和其他应力应变监测；为监测墙变形，分别安装测斜仪和堤防应变仪。第4节小浪底大坝安全监测系统设计，2020/5/23。35，5大坝安全评价专家系统设计，第14章水利工程变形监测、变形监测和数据处理，2020/5/23，36，基本要求，(1)合理的开发环境，(2)完整的系统功能，(3)高级处理方法，(4)漂亮的用户界面，(5)可靠的评估结果，5节大坝安全评估专家系统设计，2020/5/23，37、基本结构、(1)数据库和管理子系统；(2)模型库和管理子系统；(3)方法库和管理子系统；(4)知识库和管理子系统；(5)推理子系统的综合分析。第5节大坝安全评价专家系统设计，2020/5/23。38，大坝安全评价专家系统结构，第5节大坝安全评价专家系统设计，2020/5/23，39，系统主控制，设置每个子系统之间的连接，提供系统主菜单和菜单功能，控制库和每个子系统的协调运行。第5节大坝安全评估专家系统设计，2020/5/23。40，数据库及其管理子系统是存储、查看数据信息的计算机软件系统，是整个专家系统运行的基础。数据库的主要内容包括工程存储、观测仪器要素库和观测数据库。数据库管理主要包括数据收集、输入、存储、重组、查询、传输、报告和图片。第5节大坝安全评价专家系统设计，2020/5/23。41，方法库和管理子系统是用于方法信息的存储和调用管理的计算机软件系统。方法库的方法主要包括观测数据预处理和检查、观测数据统计分析、监测数学模型、结构分析程序集、渗流场分析程序集、反分析程序集