土石壩變形監(jiān)測（1）講解

土石壩變形監(jiān)測內(nèi)容提要一、概述1二、水平位移監(jiān)測2三、垂直位移監(jiān)測33四、裂縫觀測44CompanyLogo一、概述

變形是大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況的最直觀、最有效的反映，是大壩安全監(jiān)測最主要的項目之一。變形監(jiān)測的主要目的是掌握水工建筑物與地基變形的空間分布特征和隨時間變化的規(guī)律，監(jiān)控有害變形及裂縫等的發(fā)展趨勢。CompanyLogo一、概述

（一）變形監(jiān)測的類別

變形監(jiān)測一般分為：表面變形監(jiān)測和內(nèi)部變形監(jiān)測。表面變形監(jiān)測包括：垂直位移和水平位移監(jiān)測。水平位移還可以劃分為平行于壩軸線的水平位移和垂直于壩軸線的水平位移。其中平行于壩軸線的水平位移在重力壩中稱為左右岸方向水平位移，在拱壩中稱為切向水平位移，在土石壩中稱為縱向水平位移；垂直于壩軸線的水平位移在重力壩中稱為上下游水平位移，在拱壩中稱為徑向水平位移，在土石壩中稱為橫向水平位移。內(nèi)部變形監(jiān)測主要有：分層垂直位移、分層水平位移、界面位移、撓度和傾斜監(jiān)測等。CompanyLogo一、概述（二）變形監(jiān)測的符號規(guī)定（1）水平位移：向下游為正，向左岸為正；反之為負(fù)。（2）垂直位移：向下為正，向上為負(fù)。（3）界面、接（裂）縫及脫空變形：張開（脫開）為正，閉合為負(fù)。相對于穩(wěn)定界面（如混凝土墻、趾板、基巖岸坡等）下沉為正，反之為負(fù)；向左岸或下游為正，反之為負(fù)。（4）滑移：向坡下為正，向河谷為正，向下游左岸為正，反之為負(fù)。（5）傾斜：向下游、左岸轉(zhuǎn)動為正，反之為負(fù)。（6）面板撓度：沉陷為正，隆起為負(fù)。（7）地下洞室圍巖變形：向洞內(nèi)為正（拉伸），反之為負(fù)（壓縮）。CompanyLogo

一、概述

（三）監(jiān)測步驟（1）設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)：確定監(jiān)測項目、測點布置、選用觀測設(shè)備、繪制設(shè)計總圖和結(jié)構(gòu)圖等（2）埋設(shè)和安裝監(jiān)測設(shè)施；（3）現(xiàn)場監(jiān)測：項目、時間、測次等“四無”：無缺測、無漏測、無不符合精度、無違時；“四隨”：隨觀測、隨記錄、隨計算、隨校核；“四固定”：人員固定、儀器固定、測次固定、時間固定；（4）整理分析觀測資料：繪制各測值的過程線、相關(guān)線和分布圖等（5）定期整編資料和技術(shù)總結(jié)

CompanyLogo日照水庫上游壩坡的監(jiān)測系統(tǒng)CompanyLogo學(xué)院水利工程仿真模擬實訓(xùn)中心大壩上游壩坡的監(jiān)測系統(tǒng)CompanyLogo

二、水平位移監(jiān)測

水平位移常用的監(jiān)測方法分兩大類：一類是基準(zhǔn)線法,是通過一條固定的基準(zhǔn)線來測定監(jiān)測點的位移,常見的有視準(zhǔn)線法、引張線法、激光準(zhǔn)直法、垂線法。另一類是大地測量方法,主要是以外部變形監(jiān)測控制網(wǎng)點為基準(zhǔn),以大地測量方法測定被監(jiān)測點的大地坐標(biāo),進(jìn)而計算被監(jiān)測點的水平位移,常見的有交會法、精密導(dǎo)線法、三角測量法、GPS觀測法等。CompanyLogo

二、水平位移監(jiān)測

（一）視準(zhǔn)線法觀測土石壩的橫向水平位移1.觀測原理在壩體兩端岸坡上各建立一個工作基點，通過兩工作基點構(gòu)成一條基準(zhǔn)線，測量壩體某點到基準(zhǔn)線的距離，其距離變化量即為該點的壩體位移。CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測2.測點布設(shè)“三點一線”：1）工作基點：岸坡巖基、兩端各一、穩(wěn)固可靠（如圖）若壩軸線非直線或軸線長度超過500m，可在壩體每一縱排標(biāo)點中增設(shè)工作基點，并兼做標(biāo)點。工作基點結(jié)構(gòu)示意圖：1-混凝土墩；2-底板；3-觀測盤；4-金屬標(biāo)點頭CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測2）校核基點：校核工作基點3）位移標(biāo)點（測點）：具有代表性土石壩壩體上的位移標(biāo)點布設(shè)在具有代表性的縱斷面線與橫斷面縱斷面線相交匯處。

縱斷面：①一般在壩頂?shù)膲渭绮荚O(shè)一排②最高蓄水位以上的上游壩坡布設(shè)一排③下游壩坡布設(shè)2—3排

橫斷面：①最大壩高處②合龍段

③老河床處④地基坡度和地質(zhì)情況突變處

⑤壩內(nèi)有泄水底孔處（如圖）壩長小于300m時，每排位移標(biāo)點的間距宜取20～50m；壩長大于300m時，宜取50～100m。CompanyLogo最大壩高處合龍段老河床處地質(zhì)情況復(fù)雜的橫斷面設(shè)計時進(jìn)行浸潤線計算的斷面橫斷面選擇原則CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測

土石壩位移標(biāo)點結(jié)構(gòu)示意圖（單位：cm）1-觀測盤；2-保護(hù)蓋；3-垂直位移標(biāo)點；4-φ50mm鐵管；5-填沙；6-開挖線；7-回填土；8-混凝土底座；9-鐵銷；10-壩體；11-柱身；12-最深冰凍線CompanyLogo

二、水平位移監(jiān)測4）視準(zhǔn)線：基準(zhǔn)線其固定不動的“線”是“光線”——經(jīng)緯儀的光線校核基點工作基點測點壩體河流CompanyLogo橫斷面線校核基點縱斷面線縱斷面線測點觀測基點AB觀測原理:在壩體兩端岸坡上各建立一個工作基點，通過兩工作基點構(gòu)成一條基準(zhǔn)線，測量壩體某點到基準(zhǔn)線的距離，其距離變化量即為該點的壩體位移量。規(guī)定：壩體位移以向下游為正，向上游為負(fù)；向左岸為正，向右岸為負(fù)。CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測3.觀測儀器設(shè)備1)經(jīng)緯儀一般大型水庫的土壩水平位移，可使用J6級或J2級經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測。土壩長度超過500m以及比較重要的水庫，最好使用J1級經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測。對于視準(zhǔn)線長度超過500m（或曲線形壩）的變形觀測可以采用徠卡或拓普康的全站儀觀測。2）覘標(biāo)（1）固定覘標(biāo)：設(shè)于后視工作基點上，供經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)構(gòu)成基準(zhǔn)線。（2）活動覘標(biāo)：置于位移標(biāo)點上，供經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)并測量標(biāo)點的位移（如圖）CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測簡易活動覘標(biāo)1-刻度尺；2-覘牌CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測

直插式精密活動覘標(biāo)1-游標(biāo)尺；2-刻度尺；3-紅玻璃；4-水平微動螺旋CompanyLogo覘標(biāo)：可以左右移動標(biāo)尺：固定在固定墩上01020覘標(biāo)可以通過調(diào)節(jié)螺絲左右移動讀數(shù)CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測4.觀測方法1）固定端點設(shè)站觀測法（壩長小于500m）（1）觀測剛埋設(shè)完畢的各位移標(biāo)點偏離視準(zhǔn)線的距離，即初始偏距（埋設(shè)偏距）L0。把經(jīng)緯儀安置在工作基點A，固定覘標(biāo)安置在工作基點B；將經(jīng)緯儀整平并調(diào)焦瞄準(zhǔn)B點的固定覘標(biāo)中心，構(gòu)成視準(zhǔn)線，隨即固定經(jīng)緯儀水平度盤及照準(zhǔn)部；在位移標(biāo)點上安置活動覘標(biāo)，移動活動覘標(biāo)，使經(jīng)緯儀視線與活動覘標(biāo)重合，觀測出各位移標(biāo)點偏離視準(zhǔn)線的距離，即初始偏距（埋設(shè)偏距）L0。CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測（2）根據(jù)觀測時間與測次的要求，逐次觀測出各位移標(biāo)點實際偏離視準(zhǔn)線的距離，即觀測偏離值Li。位移標(biāo)點的一次測回：上半測回：正鏡（盤左、盤右）、倒鏡（盤左、盤右）、平均值下半測回：正鏡（盤左、盤右）、倒鏡（盤左、盤右）、平均值上半測回平均值與下半測回平均值的平均值，即為位移標(biāo)點的本次偏離值。CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測(3)計算各位移標(biāo)點的橫向水平位移量（累計、間隔）δ。累計橫向水平位移量(mm)：累計橫向水平位移量δ

i=本次觀測偏離值Li-初始偏距（埋設(shè)偏距）L0δ

1=L1－L0δ

2=L2－L0……δ

i-1=Li-1－L0δ

i=Li－L0間隔橫向水平位移量(mm):間隔橫向水平位移量δ

ji=本次累計橫向水平位移量δ

i-上次累計橫向水平位移量δ

i－1=本次觀測偏離值Li-上次觀測偏離值Li-1δ

j1=δ

1－0=L1－L0δ

j2=δ

2－δ

1=L2－L1……δ

ji-1=δ

i－1－δ

i－2=Li-1－Li－2δ

ji=δ

i－δ

i－1=Li－Li-1CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測水平位移觀測記錄計算表（視準(zhǔn)線法）【例題】位移標(biāo)點的一次測回：（1）上半測回：正鏡（盤左、盤右）、倒鏡（盤左、盤右）、平均值（2）下半測回：正鏡（盤左、盤右）、倒鏡（盤左、盤右）、平均值上半測回平均值與下半測回平均值的平均值，即為位移標(biāo)點的本次偏離值。CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測【練習(xí)】CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測2）中點設(shè)站觀測法（壩長大于500m）大壩較長（＞500m）或為折線形壩A和B分別為大壩兩端的固定工作基點，K為非固定（增設(shè)）工作基點。CompanyLogo日照水庫CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測觀測方法與步驟：將經(jīng)緯儀安置在變位后的非固定工作基點K′上，在固定工作基點A和B上分別安置固定覘標(biāo)和活動覘標(biāo)。先于盤左位置后視A點的固定覘標(biāo)，使十字絲豎絲與覘標(biāo)中心精確重合，固定水平度盤及照準(zhǔn)部；倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡前視B點的活動覘標(biāo)，并移動覘標(biāo)，使覘標(biāo)中心與視線重合n次，讀取n次讀數(shù)，為上半測回。然后在水平方向?qū)x器旋轉(zhuǎn)180°，以盤右位置測下半測回，兩半測回為一測回，按精度要求依法施測若干測回。K′點的偏離值(mm)：S1=S2

：Lk=0.5Lb

式中：Lb為B點活動覘標(biāo)讀數(shù)S1≠S2:Lk=

CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測全站儀觀測土石壩的橫向水平位移：

土石壩橫向水平位移的觀測也可直接用全站儀，如TCA2003全站儀、TS30全站儀等。全站儀是指能自動地測量角度和距離，并能按一定程序和格式將測量數(shù)據(jù)傳送給相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集器。全站儀自動化程度高，功能多，精度好，通過配置適當(dāng)?shù)慕涌冢墒挂巴獠杉臏y量數(shù)據(jù)直接進(jìn)入計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或進(jìn)入自動化繪圖系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的方法相比，省去了大量的中間人工操作環(huán)節(jié)，使勞動效率和經(jīng)濟效益明顯提高，同時也避免了人工操作、記錄等過程中差錯率較高的缺陷。CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測

全站儀的工作特點：①能同時測角、測距并自動記錄測量數(shù)據(jù)。②設(shè)有各種野外應(yīng)用程序，能在測量現(xiàn)場得到歸算結(jié)果。③能實現(xiàn)數(shù)據(jù)跟計算機的傳輸。CompanyLogo二、水平位移監(jiān)測

全站儀測定土石壩水平位移的原理及方法步驟：全站儀測定土石壩水平位移的原理（三維坐標(biāo)測量）是在大壩的下游布設(shè)控制點A、B，在大壩上布設(shè)變形監(jiān)測點P，建立三維坐標(biāo)系，利用全站儀進(jìn)行邊角交會，然后編制測量平差程序，解析變形點的三維坐標(biāo)，求出三維變量。