工程變形監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理教案2122

1、 教 案20102011 學(xué)年第 一 學(xué)期主 講 教 師夏 小 裕課 程 名 稱工程變形監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理課程類別專業(yè)選修課學(xué)時及學(xué)分45授 課 班 級測繪071073使 用 教 材變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理系(院、部)土木工程系教研室(實驗室)測繪工程教研室課時授課計劃課次序號：21-22一、課題：水利工程變形監(jiān)測概述；水利工程監(jiān)測項目及要求；監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計；案例-小浪底大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。二、課型：專業(yè)選修課三、目的要求： 要求學(xué)生掌握水利工程變形監(jiān)測的主要內(nèi)容及常用方法；水利工程監(jiān)測項目的要求；監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計。 四、重點、難點：重點：水利工程變形監(jiān)測的主要內(nèi)容及常用方法；水利工程監(jiān)測項目的要求；監(jiān)測系

2、統(tǒng)的設(shè)計。難點：監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計。五、教學(xué)方法及手段：講述六、參考資料：1 黃聲亨 等編，變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，武漢大學(xué)出版社，2003年第1版。2 陳永奇 等編，變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，測繪出版社，19983 吳子安 等編，工程建筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理測繪出版社 19894 李青岳，陳永奇，工程測量學(xué)，測繪出版社 19845 白迪謀，工程建筑物變形觀測和變形分析，西南交通大學(xué)出版社，2002七、作業(yè)：1、對于混凝土大壩，水平位移和垂直位移的監(jiān)測方法有哪些？2、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)有哪些部分組成？八、授課記錄：授課日期班次測繪071測繪072測繪073九、授課效果分析：通過聽講學(xué)生基本掌握水利工程變形監(jiān)測的主要

3、內(nèi)容及常用方法；并對水利工程監(jiān)測項目的要求和監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計有所了解，教學(xué)效果良好。十、教學(xué)進程（教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)及時間分配等）1、復(fù)習(xí)2、導(dǎo)入課題3、教學(xué)內(nèi)容4、課堂總結(jié)5、布置作業(yè)講 稿（水利工程變形監(jiān)測）主要內(nèi)容： 概述 監(jiān)測項目及要求 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 小浪底大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 大壩安全評判專家系統(tǒng)設(shè)計一、概述 監(jiān)測工作的重要性： 建國以來，我國共修建8.3萬余座堤壩，其中15米以上大壩有1.9萬多座，30米以上大壩有近3000座，這些工程在國民經(jīng)濟中發(fā)揮了巨大的作用。然而，相當(dāng)一部分大壩存在著某些不安全因素，這些因素不同程度地影響工程效益的發(fā)揮，甚至威脅著下游千百萬人民的生命財產(chǎn)安全。

4、 世界范圍內(nèi)的最新統(tǒng)計結(jié)果表明，本世紀(jì)已建壩總的失事比例約為1%，一旦大壩失事，將引起難以估計的災(zāi)難，這已引起各國政府和人民的普遍關(guān)注。 監(jiān)測系統(tǒng)研究進展： 監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集 監(jiān)測信息處理系統(tǒng)的研究開發(fā) 綜合評判專家系統(tǒng)的開發(fā)研究 二、監(jiān)測項目及要求工作原則： （1）監(jiān)測儀器和設(shè)施的布置，應(yīng)明確監(jiān)測目的，緊密結(jié)合工程實際，突出重點，兼顧全面，相關(guān)項目統(tǒng)籌安排，配合布置。應(yīng)保證具有在惡劣氣候條件下仍能進行重要項目的監(jiān)測。 （2）儀器設(shè)備要耐久、可靠、實用、有效，力求先進和便于實現(xiàn)自動化監(jiān)測。 （3）儀器的安裝和埋設(shè)必須及時，必須按設(shè)計要求精心施工，應(yīng)保證第一次蓄水期能夠獲得必要的監(jiān)測成果，并應(yīng)

5、做好儀器的保護；埋設(shè)完工后，及時作好初期測讀工作，并繪制竣工圖、填寫考證表，存檔備查。 （4）儀器監(jiān)測嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范和設(shè)計要求進行，相關(guān)監(jiān)測項目力求同時監(jiān)測；針對不同監(jiān)測階段，突出重點進行監(jiān)測；發(fā)現(xiàn)異常，立即復(fù)測；做到監(jiān)測連續(xù)、數(shù)據(jù)可靠、記錄真實、注記齊全、整理及時，一旦發(fā)現(xiàn)問題，及時上報。 （5）儀器監(jiān)測應(yīng)與巡視檢查相結(jié)合。基本要求： （1）可行性研究階段。提出安全監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計專題、監(jiān)測儀器及設(shè)備的數(shù)量；監(jiān)測系統(tǒng)的工程概算。 （2）招標(biāo)設(shè)計階段。提出監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計文件，包括監(jiān)測系統(tǒng)布置圖、儀器設(shè)備清單、各監(jiān)測儀器設(shè)施的安裝技術(shù)要求、測次要求及工程預(yù)算等。 （3）施工階段。提出施工詳圖，

6、應(yīng)做好儀器設(shè)備的檢驗、埋設(shè)、安裝、調(diào)試和保護，應(yīng)繪制竣工圖，編寫埋設(shè)記錄和竣工報告；應(yīng)固定專人進行監(jiān)測工作，保證監(jiān)測設(shè)施完好和監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)、可靠、完整，應(yīng)按時進行監(jiān)測資料分析，評價施工期大壩安全狀況，為施工提供決策依據(jù)。 （4）首次蓄水階段。應(yīng)制定首次蓄水的監(jiān)測工作計劃和主要的設(shè)計監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)；按計劃要求做好儀器監(jiān)測和巡視檢查；擬定基準(zhǔn)值，定時對大壩安全狀態(tài)作出評價并為蓄水提供依據(jù)。 （5）運行階段。應(yīng)進行經(jīng)常的和特殊情況下的監(jiān)測工作；定期對監(jiān)測設(shè)施進行檢查、維護和鑒定，以確定是否應(yīng)報廢、封存或繼續(xù)觀測、補充、完善和更新，定期對監(jiān)測資料進行整編和分析。工作狀態(tài)劃分：應(yīng)定期對監(jiān)測結(jié)果進行分析研究

7、，并按下列類型對大壩的工作狀態(tài)作出評估： （1）正常狀態(tài)，指大壩（或監(jiān)測的對象）達到設(shè)計要求的功能，不存在影響正常使用的缺陷，且各主要監(jiān)測量的變化處于正常情況下的狀態(tài)。 （2）異常狀態(tài)，指大壩（或監(jiān)測的對象）的某項功能已不能完全滿足設(shè)計要求，或主要監(jiān)測量出現(xiàn)某些異常，因而影響正常使用的狀態(tài)。 （3）險情狀態(tài)，指大壩（或監(jiān)測的對象）出現(xiàn)危及安全的嚴(yán)重缺陷，或環(huán)境中某些危及安全的因素正在加劇，或主要監(jiān)測量出現(xiàn)較大異常，若按設(shè)計條件繼續(xù)運行將出現(xiàn)大事故的狀態(tài)。 變形監(jiān)測符號變形正負水平向下游、向左岸向上游、向右岸垂直下沉上升撓度向下游、向左岸向上游、向右岸傾斜向下游轉(zhuǎn)動、向左岸轉(zhuǎn)動向上游轉(zhuǎn)動、向右岸

8、轉(zhuǎn)動滑坡向坡下、向左岸向坡上、向右岸裂縫張開閉合接縫張開閉合閘墻向閘室中心背閘室中心水工建筑物監(jiān)測項目類別項目按工程分類按級別分類土石壩堆石壩混凝土壩水閘、溢洪道隧洞、地下廠房水庫1234水文水位降水   波浪        沖淤      氣溫   水溫       變形表面 內(nèi)部   

9、      地基       裂縫 接縫     邊坡    滲流壩體      壩基   繞滲      滲流量 地下水       水質(zhì)

10、    應(yīng)力土壤          混凝土         鋼筋     鋼板         接觸面         溫度 &#

11、160;     水流壓強       流速        摻氣          消能        地震振動         

12、 安全監(jiān)測次數(shù)類別項目施工期蓄水期運行期變形表面內(nèi)部42次/月104次/月104次/月3010次/月62次/年124次/年滲流滲流水質(zhì)104次/月63次/年3010次/月126次/年63次/月123次/年應(yīng)力應(yīng)力溫度63次/月154次/月304次/月304次/月124次/年62次/月三、監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計監(jiān)測斷面布置(土石壩)： （1）觀測橫斷面。布置在最大壩高、原河床處、合龍段、地形突變處、地質(zhì)條件復(fù)雜處、壩內(nèi)埋管或運行可能發(fā)生異常反應(yīng)處。一般不少于23個。 （2）觀測縱斷面。在壩頂?shù)纳嫌位蛳掠蝹?cè)布設(shè)12個，在上游壩坡正常蓄水位以上1個，正常蓄水位以下可視需要設(shè)臨時斷面，下游壩坡25個。

13、 （3）內(nèi)部斷面。一般布置在最大斷面及其它特征斷面處，可視需要布設(shè)13個，每個斷面可布設(shè)13條觀測垂線，各觀測垂線還應(yīng)盡量形成縱向觀測斷面。 界面位移一般布設(shè)在壩體與岸坡連接處，不同壩料的組合壩型交界處及土壩與混凝土建筑物連接處。 監(jiān)測斷面布置(混凝土壩)： （1）觀測縱斷面。通常平行壩軸線在壩頂及壩基廊道設(shè)置觀測縱斷面，當(dāng)壩體較高時，可在中間適當(dāng)增加12個縱斷面。當(dāng)缺少縱向廊道時，也可布設(shè)在平行壩軸線的下游壩面上。 （2）內(nèi)部斷面。布置在最大壩高壩段或地質(zhì)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜壩段，并視壩長情況布設(shè)13個斷面。應(yīng)將壩體和地基作為一個整體進行布設(shè)。拱壩的拱冠和拱端一般宜布設(shè)斷面，必要時也可在l/4拱處布設(shè)

14、。監(jiān)測斷面布置(滑坡體)： （1）兩壩肩附近的近壩區(qū)巖體。垂直壩軸線方向各布設(shè)12個觀測橫斷面。 （2）滑坡體順滑移方向布設(shè)13個觀測斷面，包括主滑線斷面及其兩側(cè)特征斷面。 （3）必要時可大致按網(wǎng)格法布置。水平位移觀測點布置(位移標(biāo)點)： （1）土石壩。在每個橫斷面和縱斷面交點等處布設(shè)位移標(biāo)點，一般每個橫斷面不少于3個。位移標(biāo)點的縱向間距，當(dāng)壩長小于300m時取3050m，壩長大于300m時，一般取50 100m。 （2）混凝土壩。在觀測縱斷面上的每個壩段、每個垛墻或每個閘墩布設(shè)一個標(biāo)點，對于重要工:程也可在伸縮縫兩側(cè)各布設(shè)一個標(biāo)點。 （3）近壩區(qū)巖體及滑坡體。在近壩區(qū)巖體每個斷面上至少布設(shè)3

15、個標(biāo)點，重點布設(shè)在靠壩肩下游面。在滑坡體每個觀測斷面上的位移標(biāo)點一般不少于3個，重點布設(shè)在滑坡體后緣起至正常蓄水位之間。水平位移觀測點布置(工作基點)： （1）土石壩。在兩岸每一縱排標(biāo)點的延長線上各布設(shè)一個工作基點。當(dāng)壩軸線為折線或壩長超過500m時，可在壩身每一縱排標(biāo)點中部增設(shè)工作基點兼作標(biāo)點，工作基點的間距取決于采用的測量儀器。 （2）混凝土壩。可將工作基點布設(shè)在兩岸山體的巖洞內(nèi)或位移測線延長線的穩(wěn)定巖體上。 （3）近壩區(qū)巖體及滑坡體。選擇距觀測標(biāo)點較近的穩(wěn)定巖體建立工作基點。 水平位移觀測點布置(校核基點)： （1）土石壩。一般仍采用延長方向線法，即在兩岸同排工作基點連線的延長線.上各設(shè)

16、12個校核基點，必要時可設(shè)置倒垂線或采用邊角網(wǎng)定位。 （2）混凝土壩。校核基點可布設(shè)在兩岸灌漿廊道內(nèi)，也可采用倒垂線作為校核基點，此時校核基點與倒垂線的觀測墩宜合二為一。 （3）近壩區(qū)巖體及滑坡體?？蓪⒐ぷ骰c和校核基點組成邊角網(wǎng)或交會法進行觀測。有條件時也可設(shè)置倒垂線。 垂直位移測點布置： 在通常情況下，垂直位移采用精密水準(zhǔn)測量方法觀測。 水準(zhǔn)測量的基準(zhǔn)點應(yīng)根據(jù)工程建筑物的規(guī)模、受力區(qū)范圍、地形地質(zhì)條件及觀測精度要求等綜合考慮，原則上要求這種類型的點能長期穩(wěn)定，且變形值小于觀測誤差。 水準(zhǔn)基點的形式可采用土基標(biāo)、地表巖石標(biāo)、深埋鋼管標(biāo)、雙金屬管標(biāo)等，具體形式可根據(jù)實際情況確定。 一般分別在壩

17、頂及壩基處各布設(shè)一排沉降監(jiān)測標(biāo)點，在高混凝土壩中間高程廊道內(nèi)和高土石壩的下游馬道上，也應(yīng)適當(dāng)布置觀測標(biāo)點。 沉降標(biāo)點可根據(jù)實際需要采用綜合標(biāo)、混凝土標(biāo)、鋼管標(biāo)、墻上標(biāo)等形式。水平位移監(jiān)測方法部位方法說明重力壩引張線視準(zhǔn)線激光準(zhǔn)直一般壩體、壩基均適用壩體較短時用包括大氣和真空激光，壩體較長時用真空激光拱壩視準(zhǔn)線導(dǎo)線交會法重要測點用一般均適用，可用光電測距儀測量導(dǎo)線邊長交會邊較短、交會角較好時用土石壩視準(zhǔn)線大氣激光衛(wèi)星定位測斜儀或位移計交會法壩體較短時用有條件時用，可布設(shè)管道壩體較長時用測量內(nèi)部分層及界面位移用交會邊較短、交會角較好時用近壩區(qū)巖體測斜儀交會法衛(wèi)星定位多點位移計一般均適用交會邊較短、

18、交會角較好時用范圍較大時用也可用于滑坡體和壩基高邊坡、滑坡體視準(zhǔn)線衛(wèi)星定位直線測距邊角網(wǎng)同軸電纜一般均適用范圍較大時用用光電測距儀或銦鋼線位移計、收斂計一般均適用，包括三角網(wǎng)、測邊網(wǎng)和測邊測角網(wǎng)可測定位移深度、速率及滑動面位置斷層、夾層斷層監(jiān)測儀變位計測斜儀倒垂線可測斷層的三維位移可測層面水平及垂直位移一般均適用必要時用校核基點巖洞穩(wěn)定點倒垂線邊角網(wǎng)延長方向線伸縮儀也可精密量距和測角一般均適用有條件時用有條件時用用于基準(zhǔn)點傳遞和水平位移觀測垂直位移監(jiān)測方法部位方法說明混凝土壩一等或二等水準(zhǔn)三角高程激光準(zhǔn)直壩體、壩基均適用可用于薄拱壩兩端應(yīng)設(shè)垂直位移工作基點土石壩二等或三等水準(zhǔn)三角高程激光準(zhǔn)直壩

19、體、壩基均適用一般采用全站儀觀測兩端應(yīng)設(shè)垂直位移工作基點近壩區(qū)巖體一等或二等水準(zhǔn)三角高程觀測表面、山洞內(nèi)及地基回彈位移觀測表面位移高邊坡及滑坡體二等水準(zhǔn)三角高程衛(wèi)星定位觀測表面及山洞內(nèi)位移一般利用全站儀觀測范圍較大時用內(nèi)部及深層沉降板沉降儀多點位移計變形計固定式，觀測地基和分層位移活動式或固定式，可測分層位移固定式，可測各種方向及深層位移觀測淺層位移高程傳遞垂線銦鋼帶尺光電測距儀豎直傳高儀一般均適用需利用豎井需利用旋轉(zhuǎn)鏡和反射鏡可實現(xiàn)自動化測量，但維護較困難工程案例-小浪底大壩安全監(jiān)測 工程概況： 小浪底水利樞紐是我國目前在建的最大水利樞紐工程之一，工程位于河南省洛陽市以北約40km的黃河干流

20、上，是一座以防洪、防凌、減淤為主，兼顧發(fā)電、灌溉、供水等綜合利用的水利樞紐工程。樞紐由大壩、泄洪排沙建筑物、水電站等組成。大壩為壤土斜心墻堆石壩，最大壩高154m，總庫容126.5億m3， 泄洪排沙建筑物由三條孔板泄洪洞、三條明流泄洪洞、三條排沙洞和正常溢洪道及非常溢洪道組成，水電站系統(tǒng)由六條引水洞發(fā)電、地下廠房和三條尾水洞組成，電站裝機6臺，總?cè)萘?800MW，地下廠房長250. 15m，寬26.20m。 小浪底水利樞紐工程基本觀測斷面： 大壩觀測儀器主要布置在三個橫斷面和兩個縱斷面上； AA觀測斷面位于F1斷層破碎帶處，F(xiàn)1斷層對大壩的影響較大，是重點觀測部位； BB觀測斷面位于最大壩高處，而且覆蓋層最深(70多米)，是壩體的典型觀測斷面； CC觀測斷面位于左岸，該斷面防滲體基本上處于巖石基礎(chǔ)和河床覆蓋層的交界部位，同時斷面下游壩軸線上有一基巖陡坎，使其變形比較復(fù)雜，有引起裂縫的可能。 兩個縱斷面為沿斜心墻軸線的斷面DD及沿壩軸線的斷面EE。 小浪底大壩外部監(jiān)測系統(tǒng)布置變形監(jiān)測： 大壩的外部變形觀測分為水平變形和豎直變形兩部分。壩體表面的觀測標(biāo)點既可作為水平變形測量的標(biāo)點又可當(dāng)作豎直變形測量的標(biāo)點。大壩外部變形共布設(shè)測線8條，156個測點，順河流