《水利工程管理》課件-任務(wù)四 土石壩的變形監(jiān)測(cè)

任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)變形監(jiān)測(cè)一般分為表面變形監(jiān)測(cè)和內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

表面變形監(jiān)測(cè)包括垂直位移和水平位移監(jiān)測(cè)

內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)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(cè)等對(duì)于1、2、3級(jí)土石壩而言，必設(shè)的變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目是表面水平位移和表面垂直位移監(jiān)測(cè)。任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)表面水平位移平行于壩軸線垂直于壩軸線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。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。任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)變形觀測(cè)的符號(hào)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(duì)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(dòng)為正，反之為負(fù)。任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法視準(zhǔn)線法、引張線法、激光準(zhǔn)直法、邊角網(wǎng)法、交會(huì)法、導(dǎo)線法及GPS技術(shù)等。對(duì)于土石壩，常采用視準(zhǔn)線法、前方交會(huì)法、極坐標(biāo)法和GPS法。任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)觀測(cè)原理：以建筑物兩端的兩個(gè)工作基點(diǎn)所控制的視準(zhǔn)線(兩個(gè)工作基點(diǎn)的連線)為基準(zhǔn)，來測(cè)量壩體的水平位移量。特點(diǎn)：觀測(cè)和計(jì)算簡便，但易受外界條件（視距、光線等）影響。適用條件：壩軸線為直線。視準(zhǔn)線法

測(cè)點(diǎn)的布設(shè)水平位移的測(cè)點(diǎn)分為三級(jí)：位移標(biāo)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)。一般布置是：

1.位移標(biāo)點(diǎn)布置在壩體上。觀測(cè)橫斷面選擇在最大壩高處、原河床處、合龍段、地形突變處、地質(zhì)條件復(fù)雜處、壩內(nèi)埋管及運(yùn)行有異常反應(yīng)處，一般不少于3個(gè)。

2.觀測(cè)縱斷面一般不少于4個(gè)，通常在壩頂?shù)纳?、下游兩?cè)布設(shè)1～2個(gè)；上游壩坡正常蓄水位以上1個(gè)，正常蓄水位以下視需要設(shè)臨時(shí)測(cè)點(diǎn)；下游壩坡半壩高以上1～3個(gè)，半壩高以下1～2個(gè)（含坡腳處1個(gè)）。對(duì)軟基上的土石壩，還應(yīng)在下游壩址外側(cè)增設(shè)1～2個(gè)。

3.壩長小于300m時(shí)，每排位移標(biāo)點(diǎn)的間距宜取20～50m；壩長大于300m時(shí)，宜取50～100m。土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)視準(zhǔn)線法

4.每排位移標(biāo)點(diǎn)延長線兩端山坡上各設(shè)一個(gè)工作基點(diǎn)。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(diǎn)中增設(shè)工作基點(diǎn)，并兼做標(biāo)點(diǎn)。

5.為了校測(cè)工作基點(diǎn)有無變動(dòng)，在兩個(gè)工作基點(diǎn)延長線上各埋設(shè)一個(gè)校核基點(diǎn)。校核基點(diǎn)也可不設(shè)在視準(zhǔn)線延長線上，而在每個(gè)工作基點(diǎn)附近，設(shè)置兩個(gè)校核基點(diǎn)，使兩校核基點(diǎn)與工作基點(diǎn)的連線大致垂直，用鋼尺丈量以校測(cè)工作基點(diǎn)是否發(fā)生變位。

6.工作基點(diǎn)與校核基點(diǎn)都應(yīng)布置在堅(jiān)硬的巖石或堅(jiān)固的土基上，應(yīng)為不動(dòng)點(diǎn)，且能避免自然因素和人為因素的影響。土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)視準(zhǔn)線法土石壩變形觀測(cè)點(diǎn)布置圖土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)視準(zhǔn)線法

觀測(cè)儀器一般大型水庫的土壩水平位移，可使用J6級(jí)或J2級(jí)經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測(cè)。土壩長度超過500m以及比較重要的水庫，最好使用J1級(jí)經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測(cè)。對(duì)于視準(zhǔn)線長度超過500m（或曲線形壩）的變形觀測(cè)可以采用萊卡或拓普康的全站儀觀測(cè)。土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)視準(zhǔn)線法工作基點(diǎn)工作基點(diǎn)是供安置經(jīng)緯儀和覘標(biāo)構(gòu)成視準(zhǔn)線的標(biāo)點(diǎn)，工作基點(diǎn)應(yīng)采用混凝土觀測(cè)墩，其高度不宜小于1.2m，頂部應(yīng)設(shè)強(qiáng)制對(duì)中裝置。土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)視準(zhǔn)線法

校核基點(diǎn)校核基點(diǎn)的結(jié)構(gòu)基本與工作基點(diǎn)相同。校核基點(diǎn)和工作基點(diǎn)的位置應(yīng)具有良好視線（對(duì)空）條件，視線高出（旁離）地面或障礙物距離應(yīng)在1.5m以上，并遠(yuǎn)離高壓線、變電站、發(fā)射臺(tái)站等，避免強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾。要求監(jiān)測(cè)點(diǎn)旁離障礙物距離1.0m以上。工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)是測(cè)定壩體位移的依據(jù)，必須保證其不發(fā)生變位，一般需澆筑在基巖或原狀土層上。土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)視準(zhǔn)線法

位移標(biāo)點(diǎn)位移標(biāo)點(diǎn)應(yīng)與被監(jiān)測(cè)部位牢固結(jié)合，能切實(shí)反映該位置變形，其埋設(shè)結(jié)構(gòu)可依位移標(biāo)點(diǎn)布設(shè)獨(dú)立設(shè)計(jì)。有塊石護(hù)坡無塊石護(hù)坡土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)視準(zhǔn)線法觀測(cè)覘標(biāo)可分為固定覘標(biāo)和活動(dòng)覘標(biāo)（1）固定覘標(biāo)。固定覘標(biāo)設(shè)于后視工作基點(diǎn)上，供經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)構(gòu)成視準(zhǔn)線。（2）活動(dòng)覘標(biāo)。活動(dòng)覘標(biāo)是置于位移標(biāo)點(diǎn)上供經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)對(duì)點(diǎn)的。簡易活動(dòng)覘標(biāo)土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)視準(zhǔn)線法觀測(cè)方法活動(dòng)覘牌法和小角法水平位移觀測(cè)記錄表土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)視準(zhǔn)線法

活動(dòng)覘牌法在工作基點(diǎn)A（或B）上架設(shè)經(jīng)緯儀，對(duì)中整平后，照準(zhǔn)另一工作基點(diǎn)B（或A），固定上下盤，構(gòu)成視準(zhǔn)線。用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)壩面上的位移標(biāo)點(diǎn)，另一人在位移點(diǎn)處隨司鏡者的指揮，沿垂直于視線方向移動(dòng)覘標(biāo)，直至覘標(biāo)中心線與視準(zhǔn)線重合為止，測(cè)出各位移標(biāo)點(diǎn)偏離準(zhǔn)線的垂距，記入記錄表內(nèi)。重新移動(dòng)覘標(biāo)，照準(zhǔn)后再測(cè)一次，取兩次測(cè)值的平均數(shù)作為上半測(cè)回的測(cè)值。司鏡者用倒鏡再測(cè)下半測(cè)回的測(cè)值，取兩次半測(cè)回測(cè)值的平均值為一測(cè)回的觀測(cè)成果。依次測(cè)完各個(gè)標(biāo)點(diǎn)位移量后，儀器移至工作基點(diǎn)B（或A），進(jìn)行第二個(gè)測(cè)回觀測(cè)，方法同前。小角度法觀測(cè)原理：A、B為工作基點(diǎn)，d為位移標(biāo)點(diǎn)，d至A的距離為Sd。AB構(gòu)成視準(zhǔn)線，測(cè)讀Ad0方向線與視準(zhǔn)線AB的夾角αd0，然后根據(jù)α角及基點(diǎn)到觀測(cè)點(diǎn)的水平距離Sd，計(jì)算出觀測(cè)點(diǎn)的偏移量。適用條件：直線壩、折線壩。觀測(cè)儀器：一般應(yīng)采用J1級(jí)經(jīng)緯儀。土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)前方交會(huì)法適用條件：長壩、折線壩、曲線壩。觀測(cè)儀器：DJ6型、T3型光學(xué)經(jīng)緯儀。觀測(cè)原理：在壩的兩岸山坡選擇不受大壩變形影響的地點(diǎn)設(shè)置工作基點(diǎn)，測(cè)出壩體上位移標(biāo)點(diǎn)隨壩體發(fā)生位移后的坐標(biāo)值的變化，計(jì)算出該點(diǎn)的位移量。土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)地球衛(wèi)星定位(GPS)監(jiān)測(cè)優(yōu)點(diǎn)：①不受氣候等外界條件影響，可全天候監(jiān)測(cè)。②所有變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間同步，能客觀反映某一時(shí)刻大壩各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形狀況。③監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維位移能同步測(cè)出。④可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)監(jiān)測(cè)。GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則從數(shù)據(jù)采集、傳輸、計(jì)算、顯示、打印全自動(dòng)。土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)

GPS表面變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理系統(tǒng)三部分組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括GPS基站和測(cè)站，一般情況下GPS基點(diǎn)應(yīng)至少2個(gè)。目前所采用的GPS表面變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均為靜態(tài)方式，即通過觀測(cè)基點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)坐標(biāo)來確定測(cè)點(diǎn)的位移。GPS基準(zhǔn)點(diǎn)位于大壩兩壩肩的堅(jiān)固巖石上，每個(gè)基站和測(cè)站配置一套GPS接收機(jī)和通信機(jī)，監(jiān)測(cè)中心與基站、測(cè)站之間的通信可采用無線超短波、光纖等方式。地球衛(wèi)星定位(GPS)監(jiān)測(cè)土石壩橫向水平位移常用的觀測(cè)方法任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)全站儀觀測(cè)全站儀可進(jìn)行大壩表面變形的三維位移監(jiān)測(cè)，它能夠自動(dòng)整平、自動(dòng)調(diào)焦、自動(dòng)正倒鏡觀測(cè)、自動(dòng)進(jìn)行誤差改正、自動(dòng)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，并能進(jìn)行自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，大大提高工作效率。該系統(tǒng)的測(cè)量過程為：每個(gè)測(cè)量周期均按照極坐標(biāo)的原理分別采集基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)的斜距、水平角、天頂距，將基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量值與其真實(shí)值(通過建立基準(zhǔn)網(wǎng)得到)相比，有差值，該差值可認(rèn)為是受到各種因素影響的結(jié)果，但由于全站儀的自動(dòng)化測(cè)量，測(cè)完一周期只需要10min，則可認(rèn)為上述諸因素對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)的影響是相同的，同時(shí)計(jì)算得到變形點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，根據(jù)兩周期的實(shí)際坐標(biāo)差，就可求出變形點(diǎn)的三維位移量。任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)垂直位移觀測(cè)常用的方法有精密水準(zhǔn)測(cè)量法、靜力水準(zhǔn)測(cè)量法、三角高程法及GPS技術(shù)等。任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)精密水準(zhǔn)測(cè)量法三級(jí)點(diǎn)位——水準(zhǔn)基點(diǎn)、起測(cè)基點(diǎn)和位移標(biāo)點(diǎn)；兩級(jí)控制——由起測(cè)基點(diǎn)觀測(cè)垂直位移標(biāo)點(diǎn)、再由水準(zhǔn)基點(diǎn)校測(cè)起測(cè)基點(diǎn)。水準(zhǔn)儀觀測(cè)：

ΔZi＝Z0－Zi

ΔZi為第i次測(cè)得測(cè)點(diǎn)的累計(jì)垂直位移；Z0、Zi為測(cè)點(diǎn)的始測(cè)高程和第i次測(cè)得的高程。

ΔZji＝ΔZi－ΔZi－1＝Zi－1－Zi

式中，ΔZji為第i次測(cè)得的間隔垂直位移。靜力水準(zhǔn)測(cè)量法用充水連通管連接起測(cè)基點(diǎn)和各位移標(biāo)點(diǎn)，以連通管中水面線與起測(cè)基點(diǎn)高差確定水面線高程，通過測(cè)量各位移標(biāo)點(diǎn)同水面線的高差獲得各位移標(biāo)點(diǎn)高程，各位移標(biāo)點(diǎn)高程與其始測(cè)高程的差值即為該位移標(biāo)點(diǎn)的累計(jì)垂直位移。垂直位移觀測(cè)任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)

垂直位移觀測(cè)點(diǎn)布置土石壩垂直位移觀測(cè)的測(cè)點(diǎn)布置要求與水平位移測(cè)點(diǎn)布置要求一樣。因此,垂直位移測(cè)點(diǎn)與水平位移測(cè)點(diǎn)常結(jié)合在一起，只須在水平位移標(biāo)點(diǎn)頂部的觀測(cè)盤上加制一個(gè)圓頂?shù)慕饘贅?biāo)點(diǎn)頭。垂直位移觀測(cè)任務(wù)四土石壩的變形監(jiān)測(cè)裂縫觀測(cè)對(duì)已建壩的表面裂縫（非干縮、冰凍縫），凡縫寬大于5mm，縫長大于5m，縫深大于2m的縱、橫向裂縫，以及危及大壩安全的裂縫，均應(yīng)橫跨裂縫布置表面測(cè)點(diǎn)進(jìn)行裂縫開合度監(jiān)測(cè)。裂縫的觀測(cè)內(nèi)容包括裂縫的位置、走向、長度、寬度和深度等。觀測(cè)裂縫位置時(shí)，方格網(wǎng)，并繪制裂縫平面圖。裂縫長度可用皮尺沿縫跡測(cè)量。對(duì)于縫寬，打一排小木樁，木樁間距以50cm為宜。木樁頂部各打一小鐵釘。用鋼尺量測(cè)兩鐵釘距離．其距離的變化量即為縫寬變化量。也可在測(cè)點(diǎn)處撤石灰水，直接用尺量測(cè)縫寬。裂縫深度觀測(cè)，可在裂縫