变形监测课件之十三水利工程变形监测

第13章水利工程变形监测

主要内容概述监测项目及要求监测系统设计小浪底大坝安全监控系统设计大坝安全评判专家系统设计13.1概述

监测工作的重要性建国以来，我国共修建8.3万余座堤坝，其中15米以上大坝有1.9万多座，30米以上大坝有近3000座，这些工程在国民经济中发挥了巨大的作用。然而，相当一部分大坝存在着某些不安全因素，这些因素不同程度地影响工程效益的发挥，甚至威胁着下游千百万人民的生命财产安全。世界范围内的最新统计结果表明，本世纪已建坝总的失事比例约为1%，一旦大坝失事，将引起难以估计的灾难，这已引起各国政府和人民的普遍关注。监测系统研究进展

监测数据的自动采集监测信息处理系统的研究开发综合评判专家系统的开发研究13.2监测项目及要求工作原则（1）监测仪器和设施的布置，应明确监测目的，紧密结合工程实际，突出重点，兼顾全面，相关项目统筹安排，配合布置。应保证具有在恶劣气候条件下仍能进行重要项目的监测。（2）仪器设备要耐久、可靠、实用、有效，力求先进和便于实现自动化监测。（3）仪器的安装和埋设必须及时，必须按设计要求精心施工，应保证第一次蓄水期能够获得必要的监测成果，并应做好仪器的保护；埋设完工后，及时作好初期测读工作，并绘制竣工图、填写考证表，存档备查。（4）仪器监测严格按照规程规范和设计要求进行，相关监测项目力求同时监测；针对不同监测阶段，突出重点进行监测；发现异常，立即复测；做到监测连续、数据可靠、记录真实、注记齐全、整理及时，一旦发现问题，及时上报。（5）仪器监测应与巡视检查相结合。基本要求（1）可行性研究阶段。提出安全监测系统的总体设计专题、监测仪器及设备的数量；监测系统的工程概算。（2）招标设计阶段。提出监测系统设计文件，包括监测系统布置图、仪器设备清单、各监测仪器设施的安装技术要求、测次要求及工程预算等。（3）施工阶段。提出施工详图，应做好仪器设备的检验、埋设、安装、调试和保护，应绘制竣工图，编写埋设记录和竣工报告；应固定专人进行监测工作，保证监测设施完好和监测数据连续、可靠、完整，应按时进行监测资料分析，评价施工期大坝安全状况，为施工提供决策依据。（4）首次蓄水阶段。应制定首次蓄水的监测工作计划和主要的设计监控技术指标；按计划要求做好仪器监测和巡视检查；拟定基准值，定时对大坝安全状态作出评价并为蓄水提供依据。（5）运行阶段。应进行经常的和特殊情况下的监测工作；定期对监测设施进行检查、维护和鉴定，以确定是否应报废、封存或继续观测、补充、完善和更新，定期对监测资料进行整编和分析。工作参状态翼划分应定断期对饺监测能结果逐进行虎分析漆研究贡，并保按下代列类方型对夸大坝抚的工咽作状竭态作庸出评信估：（1）正舅常状守态，翼指大妥坝（佣或监麦测的蹈对象猾）达宅到设熟计要款求的司功能勿，不律存在连影响侮正常旺使用病的缺晒陷，壮且各麦主要圈监测滥量的杂变化嫩处于尘正常季情况脑下的疫状态夸。（2）异墓常状登态，遮指大稍坝（堤或监栏测的告对象总）的哥某项投功能钞已不建能完漠全满洲足设榜计要甩求，燃或主歉要监捕测量桥出现雷某些佩异常堤，因套而影沈响正劈燕常使羊用的挎状态翻。（3）险轻情状辰态，庄指大斥坝（芽或监祸测的详对象扣）出拆现危珠及安桂全的坚严重雕缺陷讲，或给环境开中某旋些危拐及安峰全的弯因素狭正在细加剧暴，或柜主要东监测愁量出水现较受大异询常，舱若按垦设计韵条件见继续杏运行秘将出写现大轮事故啄的状勾态。表13萌.1变形胖监测岩符号变形正负水平向下游、向左岸向上游、向右岸垂直下沉上升挠度向下游、向左岸向上游、向右岸倾斜向下游转动、向左岸转动向上游转动、向右岸转动滑坡向坡下、向左岸向坡上、向右岸裂缝张开闭合接缝张开闭合闸墙向闸室中心背闸室中心表13票.2水工胳建筑兆物监刺测项盈目类别项目按工程分类按级别分类土石坝堆石坝混凝土坝水闸、溢洪道隧洞、地下厂房水库1234水文水位√√√√√√√√√√降水√√√√√√√波浪√√冲淤√√√√气温√√√√√√√水温√√√变形表面√√√√√√√√√内部√地基√√√裂缝√√√√√√√√√接缝√√√√√边坡√√√√√√渗流坝体√√√√坝基√√√√√√√绕渗√√√√渗流量√√√√√√√√√地下水√√√水质√√√√√√应力土壤混凝土√钢筋√√√√√钢板√接触面√温度√√√水流压强√√√流速√√掺气消能√√地震振动表13帽.3安全梳监测伏次数类别项目施工期蓄水期运行期变形表面内部4~2次/月10~4次/月10~4次/月30~10次/月6~2次/年12~4次/年渗流渗流水质10~4次/月6~3次/年30~10次/月12~6次/年6~3次/月12~3次/年应力应力温度6~3次/月15~4次/月30~4次/月30~4次/月12~4次/年6~2次/月13鹊.3监测券系统透设计监测滤断面峰布置(土石销坝)（1）观球测横密断面咐。布旗置在狭最大泄坝高还、原沃河床优处、胶合龙直段、苹地形肚突变茧处、品地质次条件阁复杂欧处、专坝内博埋管竿或运荐行可显能发嫁生异呈常反脱应处那。一解般不计少于2~圆3个。（2）观旬测纵倒断面摧。在带坝顶愧的上健游或乞下游暑侧布堡设1~态2个，铃在上撤游坝案坡正走常蓄跳水位稿以上1个，提正常紫蓄水饮位以摩下可劳视需栽要设毁临时希断面丈，下谈游坝泰坡2~首5个。（3）内仅部断敏面。荒一般烛布置邻在最懂大断部面及在其它呢特征诱断面线处，屯可视印需要做布设1~今3个，仪每个约断面堵可布布设1~族3条观同测垂贪线，贤各观珍测垂穿线还声应尽清量形风成纵垫向观救测断矿面。界面互位移嘴一般局布设暑在坝啦体与缘瑞岸坡吨连接剃处，璃不同毅坝料艘的组夕合坝放型交吨界处梳及土擦坝与棒混凝贡土建途筑物醋连接液处。（1）观梅测纵虾断面怀。通搅常平津行坝羊轴线浓在坝腐顶及取坝基谎廊道密设置盲观测描纵断重面，择当坝垂体较粪高时赶，可询在中枯间适走当增鸣加1~配2个纵膊断面贱。当蔑缺少它纵向女廊道琴时，恭也可彼布设或在平混行坝世轴线姑的下猪游坝肿面上凳。（2）内野部断忆面。明布置黑在最亩大坝愤高坝页段或渔地质爆和结霞构复夫杂坝密段，程并视女坝长后情况松布设1~种3个断邪面。略应将倦坝体殃和地困基作壁为一务个整还体进成行布才设。席拱坝蒜的拱尖冠和角拱端币一般勉宜布舒设断婆面，招必要翠时也谜可在l/辜4拱处活布设陶。监测疮断面拌布置(混凝鬼土坝)（1）两镜坝肩汁附近喜的近胳坝区包岩体象。垂宫直坝灰轴线好方向瓣各布锹设1~筐2个观镜测横透断面抽。（2）滑廊坡体导顺滑脸移方总向布乔设1~蜡3个观馆测断京面，热包括离主滑定线断火面及惑其两攀侧特先征断版面。（3）必卧要时励可大附致按竟网格奇法布啦置。监测两断面从布置(滑坡佣体)水平阅位移社观测督点布桌置(位移博标点)（1）土出石坝铅。在岸每个偿横断秀面和垄纵断亏面交规点等魂处布跨设位别移标拢点，劣一般悟每个番横断精面不痒少于3个。玻位移痛标点稳的纵奏向间绕距，裹当坝成长小翠于30慢0m时取30吧~5筛0m，坝腿长大柜于30垫0m时，词一般冬取50辫~社10搭0m。（2）混储凝土嘱坝。厅在观鹊测纵页断面厦上的初每个饰坝段等、每法个垛聋墙或凤每个钞闸墩挥布设诊一个虫标点策，对弹于重炮要工:程也侍可在愁伸缩能缝两谣侧各智布设桨一个晌标点漏。（3）近槐坝区朵岩体破及滑次坡体去。在河近坝沉区岩就体每妨个断股面上兽至少孔布设3个标董点，喷重点迫布设测在靠闲坝肩东下游膊面。其在滑佛坡体帽每个锋观测眠断面彩上的拨位移失标点遵一般谷不少领于3个，催重点急布设味在滑乡丰坡体到后缘久起至虫正常近蓄水横位之杏间。（1）土资石坝慰。在央两岸跳每一承纵排叙标点滥的延非长线窄上各揭布设凉一个刻工作品基点炼。当暂坝轴改线为糠折线寒或坝键长超牙过50杠0m时，氧可在暂坝身沫每一碍纵排屯标点宪中部娇增设培工作废基点高兼作拢标点盲，工责作基勾点的凑间距吵取决子于采甘用的百测量潮仪器逐。（2）混砌凝土篇坝。替可将饰工作栋基点略布设丙在两丙岸山搞体的询岩洞佳内或佩位移剑测线盾延长比线的叔稳定拜岩体协上。（3）近碌坝区乞岩体烈及滑汇坡体席。选舱择距挤观测朝标点粪较近寺的稳兔定岩麦体建镇立工俗作基终点。水平富位移唉观测次点布智置(工作狱基点)（1）土肉石坝麻。一雨般仍你采用严延长圈方向坑线法农，即戚在两珠岸同阿排工阴作基异点连欧线的阅延长夕线.上各脊设1~物2个校犹核基摩点，煌必要优时可舒设置某倒垂伞线或赶采用食边角宴网定膊位。（2）混甘凝土刻坝。护校核辱基点鉴可布沙设在汽两岸更灌浆感廊道毁内，凶也可仍采用数倒垂碗线作甜为校昨核基丑点，般此时嗓校核壮基点弯与倒杂垂线格的观坊测墩蛛宜合聋二为谅一。（3）近扭坝区宇岩体甩及滑疾坡体陡。可脾将工铲作基脑点和祖校核钱基点惑组成吓边角社网或薪交会路法进护行观鹊测。欧有条龟件时厚也可缸设置币倒垂窑线。水平妄位移贯观测掀点布躁置(校核甩基点)垂直听位移漠测点忙布置在通此常情海况下过，垂愉直位影移采炼用精技密水忍准测促量方汇法观览测。水准毒测量透的基要准点象应根汇据工娃程建栏筑物悉的规阳模、长受力顾区范职围、伐地形编地质爆条件坑及观禁测精弹度要路求等治综合农考虑课，原秘则上热要求篮这种青类型垂的点可能长征期稳隔定，揉且变仪形值辩小于游观测少误差甜。水准柄基点诉的形习式可屯采用冬土基惊标、愚地表骑岩石近标、银深埋吨钢管蜘标、签双金补属管泻标等败，具鲁体形覆式可误根据替实际蓬情况丛确定香。一般帜分别幅在坝惭顶及育坝基追处各鹅布设采一排兆沉降赢监测右标点毁，在能高混克凝土统坝中抹间高中程廊胜道内然和高掌土石鲜坝的忌下游恨马道蝇上，届也应季适当闹布置溉观测沈标点蚁。沉降窗标点尽可根犬据实南际需逗要采自用综摄合标蚂、混静凝土嘴标、姓钢管砌标、椅墙上经标等君形式刻。表13邮.4水平青位移树监测限方法部位方法说明重力坝引张线视准线激光准直一般坝体、坝基均适用坝体较短时用包括大气和真空激光，坝体较长时用真空激光拱坝视准线导线交会法重要测点用一般均适用，可用光电测距仪测量导线边长交会边较短、交会角较好时用土石坝视准线大气激光卫星定位测斜仪或位移计交会法坝体较短时用有条件时用，可布设管道坝体较长时用测量内部分层及界面位移用交会边较短、交会角较好时用近坝区岩体测斜仪交会法卫星定位多点位移计一般均适用交会边较短、交会角较好时用范围较大时用也可用于滑坡体和坝基高边坡、滑坡体视准线卫星定位直线测距边角网同轴电缆一般均适用范围较大时用用光电测距仪或铟钢线位移计、收敛计一般均适用，包括三角网、测边网和测边测角网可测定位移深度、速率及滑动面位置断层、夹层断层监测仪变位计测斜仪倒垂线可测断层的三维位移可测层面水平及垂直位移一般均适用必要时用校核基点岩洞稳定点倒垂线边角网延长方向线伸缩仪也可精密量距和测角一般均适用有条件时用有条件时用用于基准点传递和水平位移观测表13忠.5垂直部位移腾监测启方法部位方法说明混凝土坝一等或二等水准三角高程激光准直坝体、坝基均适用可用于薄拱坝两端应设垂直位移工作基点土石坝二等或三等水准三角高程激光准直坝体、坝基均适用一般采用全站仪观测两端应设垂直位移工作基点近坝区岩体一等或二等水准三角高程观测表面、山洞内及地基回弹位移观测表面位移高边坡及滑坡体二等水准三角高程卫星定位观测表面及山洞内位移一般利用全站仪观测范围较大时用内部及深层沉降板沉降仪多点位移计变形计固定式，观测地基和分层位移活动式或固定式，可测分层位移固定式，可测各种方向及深层位移观测浅层位移高程传递垂线铟钢带尺光电测距仪竖直传高仪一般均适用需利用竖井需利用旋转镜和反射镜可实现自动化测量，但维护较困难13某.4小浪鸣底大斜坝安延全监烂控系示统设雀计工程干概况小浪很底水跪利枢灯纽是歉我国培目前错在建胳的最混大水速利枢特纽工傲程之巧一，搞工程梁位于丹河南饶省洛病阳市雕以北哈约40猪km的黄毙河干姻流上库，是椅一座鸟以防准洪、探防凌老、减集淤为递主，融兼顾去发电终、灌伪溉、招供水音等综舅合利渴用的赏水利耳枢纽先工程钩。枢雁纽由稼大坝越、泄稼洪排似沙建咸筑物嗓、水鸭电站虾等组峡成。礼大坝宇为壤阔土斜猪心墙习堆石京坝，蜻最大坦坝高15谋4m，总质库容12孔6.醋5亿m3，吹泄洪话排沙浆建筑江物由牙三条乘孔板脏泄洪遗洞、丝式三条场明流胶泄洪遣洞、蔽三条爪排沙筹洞和易正常源溢洪火道及房诚非常串溢洪丑道组曾成，嫩水电盛站系范统由竹六条插引水荡洞发蛛电、坝地下浑厂房嚼和三愤条尾餐水洞榆组成播，电承站装趁机6台，素总容摘量18露00呢MW，地秤下厂西房长25丘0.碎1邀5m，宽26可.2构0m。图13血-1小浪众底水嘉利枢徒纽工诵程基本扒观测奸断面大坝遍观测浓仪器列主要碧布置趴在三缠个横堪断面河和两亩个纵帽断面漂上；A—使A观测徐断面护位于F1断层泉破碎抵带处弹，F1断层篮对大尝坝的严影响扫较大解，是程重点酱观测干部位客；B—金B观测纲断面基位于始最大屠坝高颜处，暂而且蒸覆盖傻层最亿深(7戒0多米)，是惩坝体美的典虑型观昼测断和面；C—灵C观测政断面凤位于蛾左岸奖，该井断面首防渗蝴体基吓本上船处于池岩石萌基础细和河慌床覆兰盖层态的交烧界部包位，数同时消断面偏下游誉坝轴址线上杰有一堵基岩显陡坎葡，使杀其变严形比非较复剪杂，旧有引性起裂慢缝的码可能解。两个导纵断净面为撒沿斜饮心墙叶轴线骑的断送面D—楼D及沿风坝轴交线的养断面E—相E。图13狗-2小浪喊底大抚坝外君部监床测系挠统布雹置变形命监测大坝宫的外饺部变清形观局测分蒙为水炼平变烛形和填竖直宵变形哪两部渴分。均坝体资表面忆的观滔测标厚点既刃可作鸡为水省平变何形测怠量的级标点亭又可衫当作昂竖直混变形湾测量记的标忽点。粗大坝臣外部同变形爪共布笑设测剩线8条，15港6个测协点，童顺河云流方煌向的咳水平辽位移泊采用搬视准咸线法筹或小虫角度般法观灶测；头沿坝膏轴线闷方向华的水鉴平位行移采里用量标距法护进行忘观测园；坝楚体的们沉陷苍采用音二等真精密辽水准腾进行堤施测悬。坝体城内部嘱变形茅观测漂主要毯有水露平位准移观倦测、谜垂直远位移狼观测研及界登面相念对错群动观鞠测，横主要键采用廊四种刘方法歪进行粘观测誓，分题别是貌：测页斜仪邪、堤际应变俭计、岛界面宴应变亮计及巡寿钢弦黎式沉脉降计聪。大坝载共设酿有17支测誓斜管当，分午别以顿垂直困向、涌倾斜闭向及菠水平降向三瓶种方怎式埋盛设，祥并在耀一定坚的间虹距安饭装有椒沉降翻环，秧以测良量坝宝体三仆个方短向的里变形钳。渗流集监测坝基封渗流浆是该猫工程房诚的重酿点监恩测项拿目，离监测堪的重械点部北位是减沿整承个大锡坝防赴渗线各及斜捏心墙度基础聪面的墨渗压禽力。监测砌项目歼包括直绕坝饮渗流猫、坝影体内袍的孔众隙水喇压力路和浸浮润线脆分布棋。对F1断层唱两侧兵及右锯岸滩吵地也恰需要浴监测葵其渗臭流稳骡定性叼。坝体故渗压午监测另仪器除主要发布置燃在三高个横贪向观糠测断练面内印，另乓外，装在B—愤B观测涂断面声上游肃堆石产体内窃布置夫了6支渗园压计穿。为了蜘监测F1断层育及其创两侧浴破碎鞭带的跃渗流竹稳定只性，铸沿F1断层搁坝基弄下共宏布设舞有15支渗奥流观使测仪唇器。土压乌力监舍测土压录力监范测分越为土槐体中缺应力跌和边霜界土地压力甘两类挂，前陶者设犁置在样坝体度主观棵测断乓面内怎，后林者设家置在段基础戚界面向上。坝体洗应力遣观测估采用筹土压覆力计西。由亡于大揪坝河柿谷较糊宽，街故考凶虑按吴平面杀问题释布设饲测点抹。结合河坝体伙的计塑算情箱况，饿沿坝应高设千两排设共11组土滴压力姜计组凑。地震馋反应费监测坝址僻区基派本烈庸度为7度，葬地震毯反应数监测陆对象阀主要秤是3度以意上的焦地震跨反应划。设置尚两个批横向鬼、一颠个纵文向观拾测断猎面和悼一个管基础匀效应腔台，驶共设10个监截测点色，仪葵器采亏用数谢字式依三分吊量强胁震仪城。混凝储土防惯渗墙牌监测混凝赔土防座渗墙讲分为扛主坝虚防渗娇墙和栏围堰毛防渗科墙监野测。主坝稍防渗型墙墙港外设典渗压锈计和阻边界托土压广力计产、墙氏内设初应变岩计、移钢筋拉计、在无应盒力计筋等应亿力应据变监浮测；性另设头倾角器计和庄堤应醋变计岸进行并墙体烫变形失监测碌。13忙.5大坝政安全稠评判锐专家跃系统奏设计基本霞要求（1）斗合理炭的开踏发环场境（2）姑完整杯的系套统功锁能（3）腊先进葛的处沫理方粉法（4）轰美观筛的用尖户界纲面（5）牛可靠族的评黄判结牛果基本渐结构（1）数辆据库守及其掉管理缸子系揉统；（2）模痒型库帮及其悄管理删子系破统；（3）方微法库上及其联管理逢子系庭统；（4）知裤识库晌及其尖管理缩慧子系州统；（5）综骂合分丸析推址理子止系统治。知识库模型库方法库数据库总控数据库管理子系统模型库管理子系统方法库管理子系统知识库管理子系统综合推理子系统图13-4大坝安全评判专家系统结构系统制总控建立乐各子惑系统违之间淡的联姻系，粥提供窃系统婆主菜皂单及色选单泊功能郑，控谊制各椅库和孙各子掉系统寺的协领调运却行。数据好库及握其管摄理子沙系统是面碗向数合据信医息存悄储、迈查询弟的计颠算机葡软件趟系统丝式，是尺整个废专家锁系统变运行吨的基定础。数据食库的民主要号内容限包括虽：工薯程档仆案库婚、观拍测仪瞧器特燥征库曾、观钻测数洗据库倘等。数据韵库的封管理撕工作汪主要互包括君：数洋据资涛料的售采集映、录读入、锄存储渡、整硬编、掀查询称、传范输、闭报表岗和图章示等刺。方法蝴库及蛇其管姿理子拢系统是用治于方抹法信启息的挡存储判和调悠用管株理的魂计算样机软境件系亮统。方法快库的庸方法缺主要匪包括邀：观携测数拾据预娘处理糠和检旗验、耐观测腰数据椅统计地分析才、监览控数尊学模动型、奴结构薪分析冒程序爪集、庸渗流录场分急析程阅序集秧、反捏分析屡程序住集、辽综合朵分析优模块田、辅芳助决闲策模乳块等能。方法谜库的晌管理雪工作衔主要糕包括忘：方导法的倍添加财、删柴除、刑修改女、调族用等尸。模型磨库及蔽其管垮理子腥系统主要行提供瘦各类阻建模芬程序覆和储纹存建亦筑物卖不同丙部位预及测沸点的鞋各类功模型羞数据熊，并包对模里型数麦据进混行系略统管糠理。模型垂库的浙主要疏模型巾包括杠：统府计模堆型、债确定龄性模虽型、霉混合瓦模型渗、空陶间位候移场丧模型奴等。模型共库的纯管理庭工作笼主要膀包括拳：模恐型的驼建立贵、查权询、痒修改昼、删吗除等狮。知识谎库及与其管略理子扛系统是用奥于知灿识信病息的肾存储阿和使酱用管后理的寸计算肝机软柏件系巴统。本模暂块的爱主要衡知识判内容馅包括鬼：建起筑物荣的监出控指冠标、纠日常盟巡视眯检查饥评判炊标准咬、观挣测中灰误差闪限值旋、力腐学规释律指逮标、轻领域课专家圆的知芒识和拣经验娘、规轰程、玩规范暂的有钥关条迫款等坐。对知忽识库脑的管崇理主掏要是剃对知呆识库毙进行域输入指、查杜询、层修改材、删筑除等吊。综合捞分析串推理帝子系衰统对工话程观皇测信鞠息进在行综果合分宫析和释处理岗，其撇功能