第十五章大壩變形觀測

1、 第十五章第十五章 大壩變形觀測大壩變形觀測 西安理工大學(xué)工程管理系西安理工大學(xué)工程管理系 馬斌馬斌Project Management Department of XIAn University of Technology Ma Bin 2005年年1月月22日日22.1.2005 視準(zhǔn)線法觀測水平位移視準(zhǔn)線法觀測水平位移 Observing level displacement in directrix way波帶板激光衍射法觀測水平位移波帶板激光衍射法觀測水平位移 Observing level displacement in laser and diffraction引張線發(fā)光測水平位

2、移引張線發(fā)光測水平位移 Observing level displacement in light of down-lead前方交會法測水平位移前方交會法測水平位移Observing level displacement in the way of focusing撓度測法撓度測法概述概述 summarize15.1 15.1 概述概述15.1 summarize 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 大壩建成水庫蓄水投入運(yùn)行后，由于基礎(chǔ)與地基本身形狀的改變；由于外力的作用和外界（如水的壓力變化、滲透、侵蝕和沖刷，溫度變化與地震等）的影響；由于壩體內(nèi)部應(yīng)力的作用等，會產(chǎn)生沉陷、位移等變化，稱為大壩的變形。在

3、一般情況下，這種變形是緩慢而持續(xù)的，在一定的范圍內(nèi)具有規(guī)律性，如果超出某一限度，就影響大壩的穩(wěn)定和安全，甚至造成失事。因此，需要對大壩進(jìn)行經(jīng)常的、系統(tǒng)的觀測，以判斷其運(yùn)行工作情況是否正常，并根據(jù)觀測中發(fā)現(xiàn)的問題，分析原因，及時采取必要的措施，以保證安全運(yùn)行。同時，通過長期觀測、分析其變化規(guī)律，檢驗設(shè)計理論的準(zhǔn)確性，為設(shè)訓(xùn)和科研提供有關(guān)資料。 土壩變形觀測，包括水平位移、垂直位移、固結(jié)和裂縫觀測。而混凝土壩除水平位移、垂直位移和裂縫觀測外，還有撓度和伸縮縫觀測。本章主要介紹水平位移、撓度和垂直位移觀測的基本原理和常用的基本方法。15.215.2視準(zhǔn)線法觀測水平位移視準(zhǔn)線法觀測水平位移 15.2

4、Observing level displacement in directrix way 一、觀測原理一、觀測原理 如圖15-1所示，在壩端兩岸山坡上設(shè)置固定工作基點(diǎn)A和B，在壩面沿AB方向上設(shè)流向 （二）觀測設(shè)備（二）觀測設(shè)備 (1)工作基點(diǎn)及校核基點(diǎn)。都要建造專用的觀測墩，用以安置儀器和專用的規(guī)標(biāo)，埋設(shè)在大壩兩端山坡上的工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)，稱固定工作基點(diǎn)。如果大壩較長或為折線型壩，需在壩體上增設(shè)工作基點(diǎn)時，這種工作基點(diǎn)將隨壩體位移而位移，稱為非固定工作基點(diǎn)。觀測墩一般是用鋼筋混凝土澆筑而成（參見圖12-11），其頂部大都埋設(shè)有強(qiáng)制對中設(shè)備，以便減小儀器和規(guī)標(biāo)的對中誤差（可使對中誤差不大于

5、O.lmm）。 （2）位移標(biāo)點(diǎn)。位移標(biāo)點(diǎn)的標(biāo)墩應(yīng)與壩體連結(jié)，從壩面以下0.3-0.4m處起澆筑。其頂部也應(yīng)埋設(shè)強(qiáng)制對中設(shè)備，常常還在位移標(biāo)點(diǎn)的基腳或頂部設(shè)銅質(zhì)標(biāo)志，兼作垂直位移的標(biāo)點(diǎn)。 （3）規(guī)標(biāo)。規(guī)標(biāo)分為固定規(guī)標(biāo)和活動規(guī)標(biāo)。前者是安置在工作基點(diǎn)上，供經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)構(gòu)成視準(zhǔn)線用；后者是安置在位移標(biāo)點(diǎn)上，供經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)以測定位移標(biāo)點(diǎn)的偏離值用。圖15 -2為規(guī)牌式活動規(guī)標(biāo)，其上附有微動螺旋和游標(biāo)，可使規(guī)牌分劃尺 四、觀測方法四、觀測方法 如圖15一所示，在工作基點(diǎn)A安置經(jīng)緯儀，B安置固定規(guī)標(biāo)，在位移標(biāo)點(diǎn)a安置活動規(guī)標(biāo)，用經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)B點(diǎn)上固定規(guī)標(biāo)作為固定視線，然后俯下望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)a點(diǎn)，并指揮司規(guī)者移動規(guī)牌

6、，直至規(guī)牌中絲恰好落在望遠(yuǎn)鏡的豎絲上時發(fā)出停止信號，隨即由司規(guī)標(biāo)者在規(guī)牌上讀取讀數(shù)。轉(zhuǎn)動規(guī)牌微動螺旋重新瞄準(zhǔn)，再次讀數(shù)，如此共進(jìn)行2一4次，取其讀數(shù)的平均值作為上半側(cè)回的成果。倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，按上述方法測下半測回，取上下兩半測回讀數(shù)的平均值為一測回的成果。一般說來，當(dāng)用DJ，型經(jīng)緯儀觀測，測距在300m以內(nèi)時，可測2一3測回，其測回差不得大于3mm，否則應(yīng)重測。15.315.3波帶板激光衍射法觀測水平位移波帶板激光衍射法觀測水平位移 15.3 Observing level displacement in laser and diffraction一、儀器構(gòu)造及其工作原理 （一）儀器構(gòu)造 如圖15

7、-3所示，波帶板激光準(zhǔn)直系統(tǒng)主要由激光器點(diǎn)光源、波帶板和接收靶三部分組 成?，F(xiàn)將各部分略述如下： 激光器 針孔光柵 波帶板 接收靶 工作基點(diǎn) 位移標(biāo)點(diǎn) 工作基點(diǎn) 圖15-3波帶板激光衍射法原理 （二）工作原理 采用波帶板激光準(zhǔn)直法觀測水平位移，是將激光器和接收靶分別安置在兩端固定工作基點(diǎn)上，波帶板安置在位移標(biāo)點(diǎn)上（圖15-3），并要求點(diǎn)光源、波帶板中心和接收靶中心三點(diǎn)基本上同在一高度上，這在埋設(shè)工作基點(diǎn)和位移標(biāo)點(diǎn)時應(yīng)考慮滿足此條件。當(dāng)激光器發(fā)出的激光束照準(zhǔn)波帶板后，在接收靶上形成一個亮點(diǎn)或“”字亮線（圖15-4），按照三點(diǎn)準(zhǔn)直法，在接收靶上測定十字亮線的中心位置，即可決定位移標(biāo)點(diǎn)的位置，從而求

8、出其偏離值。由于激光具有方向性強(qiáng)亮度高、單色性和相干性好等特點(diǎn)，其觀測精度比視準(zhǔn)線法有較大的提高。 二、觀測方法二、觀測方法 如圖15 -5所示，觀測時，由安置在基點(diǎn)A上的激光器發(fā)出激光束，照準(zhǔn)位移標(biāo)點(diǎn)c上的波帶板，則在另一工作基點(diǎn)B的接收靶上呈現(xiàn)亮點(diǎn)或十字亮線。 15.415.4引線發(fā)光測水平位移引線發(fā)光測水平位移 15.4 Observing level displacement in light of down-lead一、觀測原理一、觀測原理 如圖15-6所示，引張線法是在壩頂或廊道兩端的基巖上澆筑固定端點(diǎn)，在兩固定端點(diǎn)間拉緊一根不銹鋼絲作為基準(zhǔn)線，然后定期測量壩體上各位移標(biāo)點(diǎn)對此基準(zhǔn)

9、線偏離值的變化情況從而計算水平位移量，若端點(diǎn)設(shè)于壩體上，則應(yīng)與倒垂線（參見本章第五節(jié)）相連接，借以測定端點(diǎn)的位移量，進(jìn)一步推算位移標(biāo)點(diǎn)的位移量。 二、觀測設(shè)備二、觀測設(shè)備 引張線設(shè)備主要由測線、端點(diǎn)裝置和位移觀測點(diǎn)組成。 （1）測線。一般采用08一1.2mm的不銹鋼絲，為了防風(fēng)及保護(hù)測線，通常用塑料管或鐵管把測線套在管內(nèi)。 （2）端點(diǎn)裝置。端點(diǎn)裝置由混凝土基座、夾線裝置、滑輪和重錘等組成。夾線裝置的作用是使測線始終處于同一位置，安置時使測線通過滑輪拉緊后，恰與V形槽中心重裸護(hù)箱圖15-7引張線法位移觀測點(diǎn)裝置. （3）位移觀測點(diǎn)。位移觀測點(diǎn)與浮托裝置結(jié)合在一起。在該處的壩體上埋有一只金屬箱，箱

10、內(nèi)設(shè)有水箱，水上有支承鋼絲的浮托器，在垂直于鋼絲方向的槽鋼上，設(shè)有毫米分劃的標(biāo)尺用以讀數(shù)（圖15-7）。三、觀測方法三、觀測方法 由于引張線是與兩端的固定端點(diǎn)相連接，其位置可認(rèn)為不變，而位移觀測點(diǎn)是埋在壩體上，隨壩體變形而位移，因此定期測定鋼絲在測點(diǎn)標(biāo)尺上的讀數(shù)變化，即可算出該點(diǎn)在垂直壩軸線方向的水平位移值。15.515.5前方交會法觀測水平位移前方交會法觀測水平位移15.5 Observing level displacement in the way of focusing 前方交會法不僅適用于直線型大壩，也適用于折線和曲線型大壩，它可以測出壩頂?shù)乃轿灰?，也可以測出大壩下游面的水平位移。

11、用視準(zhǔn)線求得的水平位移值為垂直于視準(zhǔn)線方向的分量，而前方交會法則可求水平位移的總量。 前方交會法是在兩個或三個固定工作基點(diǎn)上用觀測交會角來測定位移標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)變化，從而確定其位移情況。 圖15-8中A、B為兩固定工作基點(diǎn)，I、B為壩軸線的端點(diǎn)，它們的坐標(biāo)為已知，P1, P2, P3, P4為位移標(biāo)點(diǎn)。將經(jīng)緯儀安置在工作基點(diǎn)A、B上，分別測出角度a,，即可求得各位移點(diǎn)的坐標(biāo)值。第i次觀測的坐標(biāo)值與第一次觀測坐標(biāo)值之差即為水平位移。為此建立xly坐標(biāo)系，以壩軸線為x軸，Y軸指向下游為正，AB距離為S，它與Ix軸的交角為，偏向下游為正圖15-8 (a)偏向上游為負(fù)圖15 -8 (b) .15.615.6撓度測法撓度測法 壩體的撓度觀測，一般是在壩體內(nèi)設(shè)置鉛垂線作為標(biāo)準(zhǔn)線，然后測量壩體不同高度相對于鉛垂線的位置變化，以測得各點(diǎn)的水平位移，從而得知