大壩變形監(jiān)測

1、大壩變形監(jiān)測大壩變形監(jiān)測12.4 內(nèi)部變形監(jiān)測12.4.1 應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測12.4.2 滲流量監(jiān)測12.4.3 環(huán)境量監(jiān)測12.4.4 巡視檢查12.5 工程實例12.5.1 首級水平控制網(wǎng)的布設(shè)及監(jiān)測分析12.5.2 二級水平控制網(wǎng)的布設(shè)及監(jiān)測12.5.3 大壩變形分析12.5.4 大壩變形成因分析12.5.5 大壩變形分析評價12.4 內(nèi)部變形監(jiān)測內(nèi)部變形監(jiān)測12.4.1 應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測外力的作用，物體內(nèi)部產(chǎn)生的力為應(yīng)力，物體的變形為應(yīng)變 應(yīng)力應(yīng)變及溫度是大壩安全監(jiān)測的重要項目之一。如果說變形監(jiān)測主要是對大壩及基礎(chǔ)巖體進行的宏觀監(jiān)控，那么應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測就是對其進行的

2、微觀監(jiān)控。變形監(jiān)測的一些監(jiān)測設(shè)施要在大壩建成后才能安裝、觀測，而應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測儀器則是隨混凝土澆筑而而埋入壩內(nèi)隨建筑物進程展開同步觀測。 監(jiān)測內(nèi)容有監(jiān)測內(nèi)容有：l 混凝土壩的應(yīng)力應(yīng)變、接縫、溫度、鋼筋應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力l 圍堰防滲墻應(yīng)力應(yīng)變l 土石壩瀝青混凝土心墻應(yīng)力應(yīng)變l 土壩土壓力 監(jiān)測方法及意義監(jiān)測方法及意義：u混凝土重力壩的壩踵、壩趾及大壩內(nèi)部常布置應(yīng)變計組和無應(yīng)力計，通過應(yīng)力測值可了解壩體整體性能以及壩踵或壩體是否產(chǎn)生裂縫，根據(jù)壩體的應(yīng)力測值還可預(yù)計未來的應(yīng)力變化u重力壩壩基和拱壩兩岸拱座的基巖變形采用10m或15m的基巖變形計進行監(jiān)測，或采用在基巖附近的廊道內(nèi)鉆孔，布置30m

3、或45m深的多點位移計進行監(jiān)測。u接縫監(jiān)測有兩種：一種是對混凝土與基巖膠結(jié)縫面的監(jiān)測。另一種是對混凝土與混凝土塊之間的接縫監(jiān)測。前一種通過埋設(shè)測縫計監(jiān)測混凝與邊坡和基巖的膠結(jié)情況。接縫監(jiān)測的目的是檢驗接縫灌漿效果和接縫縫面是否張開。u溫度監(jiān)測一般埋設(shè)電阻溫度計或光纖傳感器，對臨時性監(jiān)測可埋設(shè)測溫管，了解壩體溫度變化過程是控制壩體溫度變化，防止產(chǎn)生裂縫的重要措施，大壩監(jiān)測資料的反饋、計算、分析，也需要各時期溫度場分布。 u裂縫，到目前為止，絕大多數(shù)混凝土大壩都產(chǎn)生過裂縫，一般為表面裂縫，少數(shù)為貫穿性裂縫，如果對表面裂縫不加以處理，表面裂縫就會變?yōu)樨灤┬粤芽p，對已產(chǎn)生的裂縫需跨縫埋設(shè)裂縫針，監(jiān)測裂

4、縫是否發(fā)展。u鋼筋應(yīng)力的監(jiān)測通常布設(shè)鋼筋應(yīng)力計，通過鋼筋應(yīng)力監(jiān)測對判斷混凝土是否產(chǎn)生裂縫和是否需要加固處理是非常重要的。u土壓力測量用于土石壩基座應(yīng)力、土壩內(nèi)的土壓力、大壩上游面泥沙淤積壓力、土石圍堰防護墻兩側(cè)的土壓力等的監(jiān)測。目前土壓力計測得的成果都不令人滿意，主要是因為儀器剛度與埋設(shè)處材料剛度不匹配及埋設(shè)方式所致，但用于分析土壓力變化過程對評價大壩性態(tài)仍有重要意義。12.4.2 滲流量監(jiān)測滲流量監(jiān)測 在大壩上下游水位差的作用下，壩體、壩基和壩肩會出現(xiàn)滲量現(xiàn)象，滲流現(xiàn)象造成的危害主要有兩個方面：會使一部分水量從壩體和壩基滲流到下游，造成一定水量的滲漏損失，這在缺水地區(qū)和卡斯特地貌地區(qū)尤為重要

5、。滲流會給壩體壩基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定造成不利影響，甚至可能引起大壩的失事和損壞。 水工建筑物中的實際滲流量狀況與設(shè)計階段的滲流量計算結(jié)果有一定出入，因此，在大壩建設(shè)過程中及建成后，必須進行滲流安全監(jiān)測，分析判斷實際發(fā)生的滲流狀況和其發(fā)展趨勢是否正常，保證水庫大壩的安全運行。滲流監(jiān)測項目 測壓管是進行滲透壓力監(jiān)測和地下水監(jiān)測的基本設(shè)施，在滲流檢測中應(yīng)用廣泛。測壓管的結(jié)構(gòu)形式主要包括單管式、多管式和u形測壓管。u形測壓管目前國內(nèi)已基本不使用。 用于滲壓監(jiān)測的滲壓計，目前普遍使用的是差動電阻式滲壓計和鋼弦式滲壓計12.4.3 環(huán)境量監(jiān)測環(huán)境量監(jiān)測 一般情況下，大壩變形除了受自重影響外，環(huán)境量是影響大

6、壩變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變、溫度的主要原因。這些原因量包括大壩下游水位、壩址地區(qū)的氣溫、降雨量、壩前淤積、水質(zhì)變化等。只有取得準確可靠的環(huán)境量數(shù)據(jù)，才能客觀地分析效應(yīng)量的成因和變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)運行中異常的效應(yīng)量，現(xiàn)對原因量的監(jiān)測項目及其意義分述如下：n 水位監(jiān)測水位監(jiān)測 大壩上下游水位產(chǎn)生的水壓力是作用于大壩的外部荷載，是影響大壩抗滑穩(wěn)定的重要因素。水壓力不僅作用于壩的上下游面，同時也產(chǎn)生浮托力和滲透壓力作用于壩體、壩肩、基巖和建基面（基巖與壩體的接觸面），影響大壩的抗滑穩(wěn)定性。由于水壓力關(guān)系大壩的穩(wěn)定與安全，因此對上下游水位監(jiān)測是必要的。 大壩水位是資料分析核安全評價不可缺少的基礎(chǔ)資料，如分析大壩

7、位移。通過分析發(fā)現(xiàn)，旬平均水位對位移的影響比日平均氣溫影響大。n 溫度監(jiān)測溫度監(jiān)測 溫度也是影響大壩變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變的原因之一，任何物體都具有熱脹冷縮的特性，大壩也不列外。氣溫和水溫是影響大壩溫度變化的主要外界因素，因此環(huán)境溫度是不可缺少的項目之一。 大壩壩頂垂直位移，每年 7 8 月膨脹變形最大，即表現(xiàn)為上升；每年 2 3 月氣溫較低，表現(xiàn)為收縮沉降。 12.4.4 巡視監(jiān)測巡視監(jiān)測 大壩巡視檢查具有全面性、及時性和直觀性等特點,是大壩儀器監(jiān)測及其自動化所不能代替的。據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料統(tǒng)計，通過大壩巡視檢查發(fā)現(xiàn)大壩的重大安全隱患,約占出險水庫總數(shù)的70%。 巡視檢查主要有目視、耳聽、手摸、

8、鼻嗅等直觀方法，輔以地質(zhì)錘、釬、皮尺、放大鏡、望遠鏡、照相機、攝影機等工具進行。如有必要還可采用坑（槽）探挖，鉆孔取樣或孔內(nèi)電視等特殊方法檢查。12.4 工程實例工程實例 黃河小浪底水利樞紐工程位于河南省洛陽市孟津縣與濟源市之間，三門峽水利樞紐下游130公里、河南省洛陽市以北40公里的黃河干流上，是黃河干流上的一座集減淤、防洪、防凌、供水灌溉、發(fā)電等為一體的大型綜合性水利工程，是治理開發(fā)黃河的關(guān)鍵性工程。 小浪底水利樞紐主壩為壤土斜心墻土石壩，上游圍堰為壩體的一部分，壩基采用混凝土防滲墻，工程初步設(shè)計為斜墻壩型，后優(yōu)化為斜心墻壩型，兩者的主要區(qū)別在于前者以水平防滲為主，垂直防滲為輔；后者以垂直

9、防滲為主，水平防滲為輔。12.5.1首級水平控制網(wǎng)的布設(shè)及監(jiān)測首級水平控制網(wǎng)的布設(shè)及監(jiān)測u首級水平控制網(wǎng)由黃委會勘察規(guī)劃設(shè)計院測量總隊負責(zé)設(shè)計、造標(biāo)和觀測。此項工作自1991年9月開始投入，于1992年上半年完成設(shè)計，1993年完成造標(biāo)。u從控制網(wǎng)的精確性、可靠性、經(jīng)濟型、可檢測性四方面出發(fā)，結(jié)合小浪底水利樞紐工程地質(zhì)條件復(fù)雜、工程建筑物多、工程量大且布置范圍廣的特點，主體建筑物區(qū)和滑坡區(qū)分別布設(shè)。u主體建筑物區(qū)首級水平控制網(wǎng)有 固1、固2、固3、固4組成邊角全測大地四邊形。如下圖：u滑坡體區(qū)首級水平控制點由 hg01、hg02、hg03 組成邊角全測的完全三角形。如下圖：u首級水平控制網(wǎng)均按

10、一等邊角網(wǎng)觀測，具體觀測技術(shù)要求：水平角采用方向觀測法且在兩個以上時間段完成，邊長觀測采用方向觀測法、每條邊對向觀測且在兩個時段內(nèi)完成，天頂距觀測采用中絲法。（參看p233） 儀器：t3000(0.5)電子經(jīng)緯儀 me5000激光測距儀u1994年9月至11月對首級水平控制網(wǎng)連續(xù)進行兩次觀測。為提高基準值精度，將兩次觀測值疊加在一起進行聯(lián)合平差，方向、邊長均取兩次觀測值的加權(quán)平均值。u主體建筑物區(qū)首級水平控制網(wǎng)各點的坐標(biāo)取用兩次觀測值的聯(lián)合平差結(jié)果，滑坡體區(qū)首級水平控制網(wǎng)各點的坐標(biāo)取用兩次觀測平差結(jié)果的平均值。u為監(jiān)測各平面基準點的穩(wěn)定性，與1996年12月至1997年1月進行第一次復(fù)測，19

11、97年10月至11月進行第二次復(fù)測。觀測結(jié)果采用秩虧自由網(wǎng)平差方法處理，為使各期觀測成果具有可比性，平差時，各期網(wǎng)點近似坐標(biāo)均采用同一數(shù)據(jù)。各期復(fù)測各點位移量參看下表，分析結(jié)果參看課本p234。12.5.2 首級水平控制網(wǎng)的布設(shè)及監(jiān)測首級水平控制網(wǎng)的布設(shè)及監(jiān)測布設(shè)了8條視準線，監(jiān)測點均采用強制對中標(biāo)墩，標(biāo)墩下部設(shè)有水準標(biāo)志。每條視準線兩端和壩軸線轉(zhuǎn)折點設(shè)工作基點，但在觀測中按動點進行監(jiān)測。大壩二級水平控制網(wǎng)（工作基點）的布置圖如下：小浪底大壩變形較大，除常規(guī)視準線觀測法外，還采用了其它觀測法：下游邊坡監(jiān)測采用多測站邊角交會和直接水準法，上游坡采用測量機器人觀測。試用gps觀測，3臺接收機在一定操作下（參看p235），測量結(jié)果平面中誤差為3mm，高程中誤差為9mm。用gps進行土石壩變形觀測是可行的。12.5.3 大壩變形分析大壩變形分析1 . 一般變形特征一般變形特征 參看下圖，可知2條283視準線變化規(guī)律一致，各測點變化連續(xù)、平順、無突變，呈現(xiàn)出河床最大壩高處位移量大，向兩岸逐漸減少趨勢，累計變化量逐年增加，表現(xiàn)為水平位移向下游方向，垂直位移向下沉陷的變化規(guī)律。年度變化量呈逐年減少趨勢，大壩變形逐漸穩(wěn)定，符合土石變形一般規(guī)律。2 . 不