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。基本洁要求（1）可座行性侮研究秤阶段扒。提舱出安悼全监扮测系简统的情总体化设计忙专题唇、监每测仪斤器及谁设备疲的数爸量；逃监测她系统戒的工蒜程概冷算。（2）招就标设滩计阶嫁段。户提出拦监测岁系统揪设计舍文件逃，包宗括监步测系吃统布宪置图锤、仪丹器设汇备清孕单、率各监游测仪揪器设磨施的尤安装狱技术尺要求肃、测溉次要浑求及渗工程她预算笑等。（3）施荡工阶汪段。书提出烟施工里详图竖，应赌做好迈仪器坐设备理的检趁验、大埋设勒、安亏装、书调试艇和保碎护，恨应绘保制竣鄙工图佩，编主写埋疤设记份录和挤竣工府报告课；应史固定白专人西进行赶监测伤工作乎，保惹证监并测设欢施完孩好和侄监测熄数据录连续洗、可竖靠、哨完整具，应误按时烟进行龄监测蚁资料协分析莫，评之价施偶工期早大坝姑安全戚状况尚，为斑施工滥提供驰决策疏依据蜓。（4）首蕉次蓄获水阶汽段。赠应制愤定首贩次蓄弹水的堪监测乞工作仅计划锯和主按要的避设计斩监控竿技术芝指标陵；按疏计划著要求讽做好贿仪器缺监测盈和巡驳视检禽查；能拟定乘基准味值，隐定时史对大失坝安板全状届态作炼出评资价并朗为蓄说水提么供依格据。（5）运姜行阶浊段。六应进骄行经峡常的射和特猫殊情鹊况下导的监捉测工叶作；椅定期彻对监闯测设瞒施进含行检截查、降维护削和鉴乘定，掠以确戚定是匙否应鸽报废个、封火存或沾继续军观测川、补蜓充、慨完善膊和更查新，圾定期浆对监津测资烫料进继行整针编和家分析幻玉。工作苹状态机划分应定萍期对铲监测脾结果声进行口分析阔研究伐，并帽按下轰列类搅型对亭大坝管的工见作状因态作恨出评躲估：（1）正咽常状蜻态，焰指大垒坝（性或监钱测的冒对象蒜）达膨到设均计要再求的脚功能稿，不溜存在监影响技正常喊使用达的缺放陷，龄且各恐主要炸监测曾量的失变化赌处于诊正常寄情况分下的絮状态突。（2）异途常状迎态，忌指大丧坝（突或监鼓测的堡对象苏）的湖某项犹功能政已不誉能完划全满锻足设咬计要描求，母或主锁要监哈测量樱出现势某些尝异常立，因慢而影讨响正糖常使振用的紫状态游。（3）险草情状龄态，泊指大敞坝（的或监旋测的涂对象烘）出忆现危址及安刷全的漂严重薪缺陷谅，或农环境搬中某福些危识及安苍全的耻因素煤正在股加剧慰，或灭主要杠监测店量出学现较订大异关常，称若按严设计延条件躲继续绒运行衔将出拜现大猾事故趁的状静态。表13驰.1变形歉监测遵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荣.2水工圣建筑恰物监豪测项柱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互.3安全恢监测咐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恋.3监测质系统镇设计监测源断面瓶布置(土石成坝)（1）观愉测横纺断面搬。布担置在装最大锁坝高侵、原抓河床远处、土合龙林段、萌地形角突变糟处、是地质超条件去复杂部处、魄坝内听埋管树或运戴行可争能发还生异脾常反精应处随。一好般不偶少于2~允3个。（2）观呢测纵金断面涨。在越坝顶赤的上孤游或步下游狱侧布狭设1~范2个，阵在上贼游坝窜坡正慈常蓄怪水位损以上1个，知正常孩蓄水宾位以酸下可拉视需幸要设融临时睬断面瘦，下怎游坝舞坡2~牌5个。（3）内午部断止面。矮一般口布置鹿在最肿大断盛面及筝其它伟特征母断面莲处，哭可视熄需要霉布设1~雹3个，屋每个梦断面墙可布茄设1~鄙3条观田测垂孔线，犹各观玻测垂错线还顷应尽查量形甘成纵肚向观方测断近面。界面摇位移属一般通布设犬在坝适体与弦岸坡趴连接茧处，杂不同歌坝料个的组小合坝设型交电界处巡寿及土制坝与收混凝姨土建路筑物魄连接知处。（1）观呜测纵奶断面茶。通麻常平宵行坝店轴线裂在坝陵顶及液坝基银廊道策设置欲观测尤纵断驱面，岂当坝敲体较薪高时向，可友在中枯间适蔬当增壳加1~证2个纵撑断面仰。当谷缺少乔纵向贸廊道屑时，适也可催布设淡在平泪行坝脱轴线洪的下腐游坝从面上培。（2）内防部断阀面。诱布置板在最慈大坝正高坝男段或钩地质悲和结砖构复凤杂坝著段，唤并视悔坝长际情况凳布设1~沃3个断功面。火应将尚坝体崭和地怕基作役为一伍个整隔体进数行布纤设。小拱坝片的拱洽冠和返拱端升一般些宜布眨设断佣面，扎必要真时也文可在l/烧4拱处保布设赢。监测句断面乌布置(混凝斧土坝)（1）两悼坝肩使附近乞的近辫坝区回岩体藏。垂荐直坝斤轴线摸方向绸各布坑设1~山2个观球测横沾断面遮。（2）滑很坡体贡顺滑括移方欧向布厉设1~垫3个观节测断僵面，绑包括乞主滑省线断嚷面及楚其两说侧特逼征断谣面。（3）必差要时鲜可大镰致按写网格杯法布祸置。监测记断面锦布置(滑坡教体)水平径位移屿观测呆点布股置(位移喊标点)（1）土叛石坝崭。在剪每个件横断饥面和纽奉纵断若面交锈点等陵处布朝设位烧移标软点，钱一般锦每个低横断扶面不抖少于3个。冬位移蝇标点屯的纵洲向间辨距，朽当坝赢长小瘦于30围0m时取30仆~5赶0m，坝块长大夺于30唇0m时，摄一般坏取50绢~叙10剩0m。（2）混赛凝土啄坝。沾在观败测纵匆断面容上的盯每个浆坝段暴、每截个垛她墙或才每个扫闸墩尊布设览一个催标点绵，对攻于重呢要工:程也称可在野伸缩竖缝两璃侧各速布设汗一个号标点亏。（3）近胆坝区滨岩体凉及滑膊坡体已。在困近坝叶区岩条体每刑个断虏面上创至少身布设3个标摔点，堵重点偶布设惊在靠惠坝肩诵下游陵面。淋在滑炸坡体接每个团观测靠断面除上的配位移敢标点嘉一般分不少表于3个，连重点鹅布设接在滑猜坡体谎后缘驱起至插正常戏蓄水罪位之战间。（1）土居石坝谣。在仔两岸耗每一患纵排撇标点更的延刺长线付上各团布设屈一个粒工作拐基点惑。当愿坝轴盗线为有折线闸或坝匀长超悉过50需0m时，满可在冰坝身坡每一葡纵排及标点戏中部妻增设件工作练基点伟兼作抹标点怨，工咱作基析点的剃间距谁取决别于采辰用的任测量速仪器戚。（2）混欠凝土驰坝。舅可将惧工作笨基点雄布设药在两因岸山复体的奋岩洞复内或绞位移棋测线狐延长伍线的巨稳定或岩体农上。（3）近早坝区产岩体冈及滑椒坡体斧。选板择距制观测测标点捧较近宏的稳荡定岩搬体建唉立工呈作基储点。水平漂位移怎观测睬点布抢置(工作货基点)（1）土吃石坝施。一精般仍述采用孕延长欲方向督线法该，即籍在两服岸同还排工羊作基驻点连泥线的战延长篮线.上各吧设1~创2个校很核基冲点，夸必要吐时可农设置炼倒垂馋线或举采用替边角描网定和位。（2）混唯凝土步坝。昂校核丽基点丽可布谁设在兄两岸捆灌浆省廊道术内，么也可剑采用穗倒垂欠线作适为校荣核基济点，机此时视校核胖基点法与倒舍垂线耽的观变测墩鸟宜合六二为串一。（3）近纺坝区埋岩体怒及滑勒坡体歪。可幼将工茎作基侦点和荡校核弟基点离组成丑边角呈网或份交会盟法进胶行观采测。召有条单件时芹也可监设置掠倒垂季线。水平航位移红观测愁点布补置(校核姻基点)垂直溪位移险测点盐布置在通宣常情扯况下萄，垂压直位姜移采箱用精叠密水矛准测逮量方达法观贵测。水准梳测量阳的基鸽准点旧应根启据工抢程建缓筑物界的规滴模、翻受力型区范筑围、拒地形昼地质勇条件处及观顷测精矩度要涉求等捏综合女考虑青，原钟则上粒要求端这种堡类型链的点捎能长毛期稳熊定，合且变宪形值寻小于汇观测葱误差县。水准竖基点捕的形烘式可条采用慕土基候标、戏地表失岩石净标、测深埋过钢管麦标、敏双金李属管楼标等迅，具惊体形嘉式可医根据伞实际东情况盏确定探。一般溜分别错在坝围顶及晕坝基黎处各啄布设座一排柄沉降真监测埋标点谜，在拒高混跳凝土牢坝中迁间高炕程廊匹道内工和高黎土石渗坝的方下游异马道谨上，误也应路适当依布置死观测亏标点赴。沉降柴标点帐可根幸据实搬际需辟要采六用综享合标艘、混钞凝土浅标、梢钢管挤标、社墙上陵标等浙形式破。表13参.4水平冰位移炉监测禽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逃.5垂直懂位移茫监测业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臭.4小浪欧底大俊坝安津全监凉控系比统设浩计工程膛概况小浪珠底水退利枢稀纽是蔬我国姨目前司在建抚的最孤大水铜利枢蚀纽工羡程之鹊一，局工程象位于码河南屠省洛井阳市址以北哭约40闷km的黄约河干更流上谢，是仓一座色以防嗽洪、常防凌深、减跃淤为错主，规兼顾遗发电栋、灌毛溉、既供水族等综猪合利除用的壶水利吊枢纽抛工程部。枢善纽由辈大坝缴、泄您洪排栏沙建绞筑物貌、水萝电站瓦等组挠成。付大坝赔为壤盼土斜猫心墙串堆石史坝，都最大芦坝高15嫩4m，总马库容12倡6.耗5亿m3，吗泄洪福排沙找建筑跑物由紫三条流孔板适泄洪诉洞、翁三条蒜明流校泄洪改洞、南三条抵排沙桑洞和桑正常虫溢洪算道及毫非常誓溢洪途道组梅成，港水电辰站系兔统由刺六条垃引水财洞发挎电、朗地下向厂房租和三什条尾掘水洞须组成渔，电泡站装绸机6台，尽总容唐量18州00密MW，地短下厂善房长25里0.刘1岛5m，宽26妨.2低0m。图13厉-1小浪融底水喉利枢尺纽工享程基本愈观测尚断面大坝感观测怪仪器稳主要产布置耽在三惩个横防断面许和两亚个纵士断面卫上；A—否A观测制断面正位于F1断层纽奉破碎茎带处恨，F1断层塞对大任坝的酷影响壁较大增，是吉重点校观测腹部位掠；B—坟B观测族断面访位于深最大益坝高猎处，顷而且索覆盖闲层最最深(7社0多米)，是腥坝体钥的典雕型观吴测断场面；C—落C观测皇断面德位于毅左岸执，该量断面烫防渗臣体基事本上既处于领岩石收基础淡和河朵床覆啄盖层登的交担界部失位，鹿同时摄断面垃下游代坝轴认线上伙有一享基岩炸陡坎碧，使季其变县形比卫较复逮杂，跳有引稿起裂歪缝的化可能凭。两个右纵断脆面为么沿斜驴心墙皮轴线跃的断寸面D—馒D及沿弄坝轴床线的莫断面E—哲E。图13乐-2小浪抚底大璃坝外您部监西测系耀统布晨置变形染监测大坝古的外桌部变导形观尝测分矩为水书平变转形和漠竖直雪变形赢两部猛分。败坝体纤表面亡的观沿测标物点既伯可作盼为水缸平变雄形测县量的顶标点内又可娱当作精竖直左变形独测量赤的标定点。笛大坝顾外部睡变形箭共布哑设测奥线8条，15宫6个测粪点，劲顺河卷流方相向的破水平远位移去采用骡视准坛线法笛或小宗角度挂法观辨测；幸沿坝劲轴线勇方向过的水剩平位倘移采糟用量烦距法戒进行晴观测烤；坝快体的燥沉陷卸采用搏二等目精密堤水准豆进行扣施测太。坝体假内部白变形毁观测伤主要锯有水界平位拔移观俱测、携垂直希位移费观测袖及界让面相敬对错城动观管测，爸主要莫采用餐四种欢方法穷进行允观测难，分限别是寻：测蹲斜仪起、堤静应变刮计、蛛界面巩应变甚计及谜钢弦珍式沉染降计洗。大坝泪共设丘有17支测壤斜管码，分暴别以巨垂直阔向、袋倾斜桨向及遭水平慕向三高种方帐式埋剑设，怜并在桶一定段的间秧距安嘉装有糊沉降炕环，妇以测信量坝拐体三舒个方评向的腊变形模。渗流形监测坝基阻渗流勇是该早工程亡的重因点监车测项椒目，勺监测团的重丘点部捧位是发沿整获个大骡坝防熔渗线晚及斜摧心墙芒基础渴面的织渗压妥力。监测超项目妙包括仗绕坝旬渗流除、坝董体内启的孔右隙水头压力猛和浸图润线喇分布乒。对F1断层浙两侧致及右卧岸滩鼠地也蛋需要桨监测姐其渗婚流稳急定性刻。坝体处渗压咱监测手仪器疫主要提布置船在三抓个横甜向观贪测断粮面内捉，另众外，桃在B—厉B观测教断面杯上游疫堆石棋体内促布置态了6支渗钻压计您。为了母监测F1断层据及其墨两侧醒破碎从带的睁渗流狠稳定蹦性，呜沿F1断层娱坝基抛下共可布设要有15支渗括流观脆测仪碰器。土压锤力监游测土压撑力监参测分烈为土钳体中糠应力圆和边血界土恋压力震两类充，前挣者设大置在劝坝体材主观体测断守面内悬，后烘者设壶置在亿基础糖界面升上。坝体角应力脾观测缝采用天土压绞力计窝。由想于大踩坝河碑谷较品宽，雅故考追虑按偷平面抢问题背布设孟测点宏。结合冤坝体夹的计乔算情氧况，嘱沿坝犹高设禾两排紧共11组土副压力前计组垄。地震智反应汗监测坝址跪区基丑本烈胖度为7度，通地震提反应息监测固对象搜主要烛是3度以增上的侧地震冠反应缸。设置严两个胶横向渐、一金个纵通向观哨测断酒面和存一个恶基础授效应吉台，隔共设10个监岭测点趴，仪偿器采方用数岛字式插三分腹量强明震仪赞。混凝继土防器渗墙嫁监测混凝台土防撞渗墙悔分为歌主坝宪防渗艘墙和深围堰吩防渗蔑墙监胡测。主坝蚕防渗不墙墙盈外设非渗压紧计和井边界杰土压帮力计济、墙杠内设切应变疑计、彩钢筋鞭计、巡寿无应南力计这等应输力应堡变监引测；刃另设础倾角从计和匙堤应蛇变计祝进行月墙体技变形玻监测丧。13敌.5大坝腰安全薪评判预专家袍系统气设计基本谜要求（1）英合理逼的开拐发环现境（2）勤完整啄的系撞统功夕能（3）丧先进乎的处援理方侍法（4）渔美观刑的用琴户界缴面（5）伐可靠阴的评间判结揪果基本桐结构（1）数链据库忌及其坐管理壶子系奋统；（2）模捞型库帽及其粱管理皮子系公统；（3）方粪法库购及其镰管理行子系侵统；（4）知百识库抛及其料管理浑子系合统；（5）综惨合分悬析推利理子扒系统贷。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狭总控建立欢各子帝系统育之间挂的联诱系，口提供撞系统反主菜蝴单及柱选单忆功能帽，控亦制各漏库和广各子齿系统墨的协古调运夹行。数据暑库及撤其管乌理子推系统是面翅向数绿据信皱息存浙储、扎查询御的计老算机愉软件纳系统舌，是键整个关专家旁系统粒运行枯的基顽础。数据裙库的命主要蜓内容滤包括洗：工痒程档娱案库中、观侄测仪催器特蒸征库纲、观绳测数旗据库泥等。数据链库的饥管理啦工作锈主要节包括四：数详据资请料的至采集购、录位入、方存储或、整忧编、叮查询既、传江输、巨报表致和图混示等期。方法堤库及熄其管粗理子侵系统是用秤于方而法信暗息的析存储深和调界用管凡理的排计算旋机软穴件系趋统。方法列库的嗽方法倦主要侵包括万：观你测数赔据预元处理歪和检猫验、焦观测滥数据沈统计调分析答、监任控数忘学模佩型、兼结构认分析撇程序泡集、饮渗流甜场分逝析程壶序集疼、反宅分析命程序戴集、恩综合庄分析慌模块利、辅留助决艘策模达块等裤。方法盐库的担管理警工作拢主要塞包括拔：方芦法的模添加施、删心除、文修改交、调夫用等伤。模型符库及在其管派理子量系统主要露提供躺各类驾建模浓程序削和储代存建浮筑物辈不同驾部位炉及测须点的启各类崖模型坦数据哭，并饮对模万型数疮据进郑行系撒统管股理。模型贺库的迈主要驶模型啊包括淡：统低计模荒型、宜确定恒性模伪型、街混合芳模型妙、空鸣间位种移场嘉模型两等。模型嗓库的队管理联工作厦主要师包括慕：模压型的糊建立踏、查赤询、抗修改毁、删灿除等落。知识版库及刊其管涉理子撑系统是用滥于知左识信隙息的迹存储员和使肚用管诊理的爷计算圆机软灵件系举统。本模卷块的委主要莲知识容内容泡包括份：建付筑物场的监紫控指明标、葛日常休巡视包检查鼓评判歪标准转、观炭测中暂误差极限值见、力伟学规冷律指英标、肥领域摆专家悔的知瓦识和巾经验桃、规哨程、堤规范赏的有痰关条川款等划。对知膛识库轰的管左理主瞎要是含对知诞识库冈进行涝输入坟、查睡询、也修改蜂、删隐除等别。综合亚分析删推理煮