土石坝安全监测讲座课件

1、浙江省水利河口研究院二七年十一月 土石坝安全监测及资料整编分析土石坝安全监测 土石坝安全监测资料整编分析 主要内容土石坝安全监测土石坝安全监测 大坝安全监测是大坝安全管理的最重要的内容，是为保障大坝安全运行的一项重工作。 大坝安全监测包括二大方面：一是大坝的巡视检查；二是用仪器设备进行的观测。 土石坝安全监测部颁标准 土石坝安全监测技术规范（SL 60-94） 土石坝安全监测资料整编规程（SL169-96）（目前在修订） 我省规定 水库大坝巡视检查办法（试行）（浙防汛199940号） 土石坝安全监测 土石坝安全监测项目分类 SL60-94 P40 表A1 我省的土石坝安全监测主要涉及表中的前5

2、类。 主要五大类别：巡视检查；变形；渗流；应力、应变；水文、气象。 土石坝安全监测 土石坝变形监测 我省绝大部分的大中型水库大坝都设有变形监测。 我省土石坝变形监测:主要有表面变形;内部变形;接缝变形表面变形： 水平位移（横向、纵向）、竖向位移（或称沉降）； 监测目的：观测大坝的变形稳定性，分析大坝裂缝，评价坝体填筑质量和结构安全性。 土石坝安全监测 观测布置：水平位移与竖向位移应结合共用一个测点，便于结合分析。 横断面布置：最大坝高或原河床处、堵口段、地形突变处、地质条件复杂处、运行有可能出现异常变形部位。 纵向断面布置：坝顶上、下游侧各设1排，上游坡正常水位以上1排，下游半坝以上12排、坝

3、脚1排，软土地基坝脚以外增设12排；采用视准线法观测，每条视线两端各设一个工作基点与校核基点，并进行两端就近观测。 土石坝安全监测 观测精度要求：水准起测基点要符合国家二等水准精度要求，闭合差不大于 0.7sqrt(n) mm；测点水准测量符合国家三等水准精度要求，闭合差不大于 1.4sqrt(n) mm，。水平位移误差小于4mm. 位移的正负号规定：水平位移，向下游方向为正，向左岸为正，反之为负； 竖向位移，向下为正，反之为负。 测量仪器：常用水准仪；经纬仪；全站仪土石坝安全监测 内部变形 目前主要在面板堆石坝上应用大多埋设内部沉降与水平位移；有些还埋设面板与垫层脱空计。在施工期埋设。 监测

4、目的：了解大坝变形情况，为大坝面板浇筑时期选择提供技术数据，评价大坝施工填筑质量，了解运行期面板挠度情况，分析大坝变形对面板的影响。 常用监测仪器：水管式沉降仪、引张线水平位移计。 土石坝安全监测 观测布置：面板堆石坝内部变形一般布置在最大坝高处、或堵口段处沿高程分布，1/3、1/2、2/3坝高处，沉降每个高程处布设34点，水平位移点最好与沉降相结合，可只布设上游侧点。 土石坝安全监测 位移值计算：内部观测点要通过设在下游坝坡观测房进行观测，测读的数据是与观测房基准点的相对位移量，还通过对观测基准点变形测量来求得各测点的位移值。 土石坝安全监测 接缝变形监测 监测目的：了解大坝在蓄水运行期，面

5、板接缝变化情况，分析判断面板接缝的止水材料对有无断裂的可能性。 观测布置：面板与大坝趾板连接的周边缝，受拉区的面板接缝；一般两岸周边缝应布置三向测缝计，其它地方根据实际可能变形的情况布置单向、二向或三向测缝计 常用仪器：3DM-200型旋转电位器测缝计、TS电位器组成TSJ型测缝计及振弦式测缝计。 土石坝安全监测 测值正负号规定：注意测值的正、负号的规定，测值都相对值，正负号方向以固定的座标的坐标方向来表示。座标埋在趾板上与面板，左岸与右岸，符号方向都不一样。 规范正负号规定：开合方向（x方向）张开为正，闭合为负；沉降（z方向）垂直面板向下为正，向上为负；滑移（y方向）顺坡向下滑为正，向左岸为

6、正，反之为负。 土石坝安全监测 土石坝安全监测渗流监测 渗流是土石坝最重要的监测内容。 监测项目：主要坝体渗流压力观测（通常称为坝体浸润线观测）、坝基渗流压力观测、绕坝渗流观测、渗流量观测。坝体渗流压力观测 监测目的：了解坝体渗流场渗透压力的分布情况，监测大坝防渗体防渗性能的变化情况，评价大坝渗流安全性。土石坝安全监测 观测布置：一般大坝不少于3个横断面，50100m布置一个断面，最大坝高断面、堵口段断面、地质条件复杂断面、运行有可能出现渗流问题的断面。 测压管在横断面上的位置 均质坝土石坝安全监测 心墙坝斜墙坝土石坝安全监测 目前常用仪器：测压管、渗压计。 测压管：监测范围大，精度高，长期稳

7、定性好。但迟后 时间长，不能及时反监测位置的压力变化情况。 测压管迟后时间与管径成正比，与进水管段长度成反比，所以测压管宜采用，小管径长进水管段（如果要观测点压力，则采用短进水管段），如土体渗透系数K=10-410-5cm/s时，测压管迟后时间约1030d。 土石坝安全监测所以规范要求建议在下列几种情况下可采用测压管。 作用水头小于20m； 渗透系数大于或等于10-4cm/s的土体中； 渗流压力变幅小的部位； 监测防渗体裂；（对于窄心墙坝） 测压管的构造：从下往上为沉淀管、透水管段、导管段、孔口保护装置。现规范上不设沉淀管 土石坝安全监测 渗压计：可即时反压力变化，精度能满足实际工程要求，便于

8、自动化监测，但长期稳定性差。下列几种宜采用渗压计（同一竖线上要埋设几个点）： 作用水头大于20m；渗透系数小于10-4cm/s的土体中；观测不稳定渗流压力；不适宜埋测压管的部位。土石坝安全监测坝基渗流压力观测 观测目的：监测坝基本渗透水的压力分布情况，评价坝基、心墙齿槽接触面的渗透稳定性。 一般采用短进水管段的测压管或渗压计。 测点布置：心墙齿槽接触渗流观测，理论布置在心墙齿槽上下游侧的边角处。但有难度可按下图布设土石坝安全监测 心墙齿槽监测布置土石坝安全监测 透水坝基：渗流出口处至少要设一个点。上游有铺盖的铺盖未端应设一个点。其余在坝中下游侧适当布设。 有排水减压井：在井间及下游侧布置测点。

9、土石坝安全监测绕坝渗流观测 监测目的：监测坝肩防渗齿槽或防渗帷幕的渗透稳定性、心墙齿槽与坝基接触的渗透稳定性、两岸山体的渗透稳定性。 一般采用测压管进行观测，有些在测压管内安放渗压计。接触面观测的测压管，透水段长度0.5m左右. 测点布置：沿坝头渗流的流线方向，布设23断面，每个断面上34测点。土石坝安全监测土石坝安全监测渗流量观测 监测目的：渗流量能全面综合反应大坝防渗设施的工作状况，目的是监测大坝防渗体在不同水位条件的整体工作状态，评价大坝整体防渗效果和大坝的防渗安全。 监测布置：我省对于大坝渗流量监测基本上在坝趾位置设立量水堰。 量测方法：可采用容积法、与测量堰水头计算法。具体要求见SL

10、60-94 P5354页。土石坝安全监测资料整编分析整编的内容与要求按规范（SL169-96）1、观测点的布置情况（附平面、横断在布置图）及考证资料（SL169-96附录A）2、观测点的使用及变化情况3、观测仪器、观测方法及观测频次4、观测资料核对情况及观测精度5、观测数据相应的图表。（SL169-96附录C）6、简要分析7、结论及建议土石坝安全监测资料整编分析表面变形分析1、水平位移过程线分析 过程线中同时绘制库水位过程线：主要分析趋势性是否正常，有无异常与突变现象，与库水位变化作用的规律是否正常，是否趋向稳定等。2、纵断面水平位移分布情况分析 绘制纵断面水平位移分布图；分析沿纵断面分布规律

11、是否正常，不高程的水平位移是否协调。土石坝安全监测资料整编分析3、沉降过程线分析 过程线中同时绘制库水位过程线：主要分析趋势性是否正常，有无异常与突变现象，与库水位变化作用的规律是否正常，是否趋向稳定等。4、纵断面沉降分布情况分析 绘制纵断面水平位移分布图最好同时绘出纵剖面基面线；分析沿纵断面分布规律是否正常，基面地形变化是否协调。土石坝安全监测资料整编分析5、年相对沉降率的分析 主要分析位于坝顶的测点，分析近年相对沉降率大小，判别沉降是否趋向稳定；对土石坝通常以连续三年的年相对沉降率小于0.02%。6、沉降曲线的回归分析 通常采用双曲线法进行拟合，分析漏测沉降量、推测最终沉降量，估算剩余沉降

12、量。 转化为 求解a、b.土石坝安全监测资料整编分析7、利用沉降量进行裂缝估算分析 采用倾度法分析坝体裂缝，通常两测点相距要小于20m；通常判别倾度大于1%就有可能出现裂缝；超过2%可判别大多已产生裂缝。 计算公式：土石坝安全监测资料整编分析内部的分析 分析时将施工期与运行期分开分析，时间分界以面板浇筑完成后为运行期。1、沉降、水平位移过程线分析2、沉降沿高程分布情况分析3、沉降沿横断面分布情况分析4、用沉降与水平位移资料对面板挠度的分析5、将沉降与水平位移资料沿面板方面的位移分量分析。6、沉降量拟合与最终沉降量估算土石坝安全监测资料整编分析接缝监测资料分析1、过程线分析 结合水库水位的变化分

13、析变化趋势是否正常；位移的方向是否符合规律； 注意测值的正、负号的规定。最好将测值的正负号按规范规定进行转换，便于理解。2、监测数据的极值分析 根据通常面板分缝的止水铜片，其切向位移量通常被认为可承受20mm，沉降与张开方向通常认为可承受3050mm。通与渗流量结合分析面板周边缝的止水情况。土石坝安全监测资料整编分析渗流分析 概括起来为两方面分析：趋势性分析、量值分析 1、过程线分析 绘制测压管水位（或渗压计测值转化成水位）随时间变化的过程线，图上同画出上、下游水位过程、降雨量分布线。首先根据图线分析水位有没有降雨影响，然后根据库水位历年的变化情况，分析测压管位有无明显的上升或下降趋势。同时，

14、根据测压管所监测的部位分析渗流变化趋势。土石坝安全监测资料整编分析 趋势性解释：如测压水位下降，则表测压管所在位置的上游侧透水性减小，或下游侧的透水性增大；如测压管水位升高，则表明该测压管所在位置的上游侧渗透增大，或下游侧透水性减小。 渗流量的过程线同样要进行变化趋势分析，看看历年变化趋势如何，是增大、减小还比较稳定，同时在过程线中还可直观判别降雨量对其的影响。土石坝安全监测资料整编分析2、相关分析 绘制每年库水位与测压管水位散点图，用最小二乘法求解相关方程，可将历年求得的相关方程线绘制在同一相关图上，看看在同一库水位下测压管水位的变化趋势。然后，根据测压所在的位置，分析渗流场的变化情况。也可

15、取几个库水位（中、高、低）根据每年的库水位与测压管水位的相关方程求出测压管水位，然后绘制特定库水位下的历年测压管水位的过程线。可看出测压管水位历年变化趋势。 土石坝安全监测资料整编分析土石坝安全监测资料整编分析 此方法同样可用于渗流量分析，但这些流量选取要剔除降雨的影响量。如库水位与渗量的关系出现明显转折点，可分析某一高程存在新渗流入口或渗透层等，如五丈岩水库流量与库水位关系图.土石坝安全监测资料整编分析3、位势分析法 一般有压渗流场中，常采用位势分析；因为在有渗流场中，渗流场的边界是固定不变的，渗流场只与空间位置及中间位势有关，与上下游水位无关；只要空间位置及中间位势不变，该测压管的位势不变

16、，否则渗流场中的渗流介质发生了变化。 位势就是某一测压管水头在渗流场占总水头的百分数。 位势计算式:土石坝安全监测资料整编分析4、坡降分析 一般心墙齿槽的接触面,易发生管涌破坏的透水地基中，承压地基的渗流出口,我通常都设置监测点。利用这些监测数据常用来做坡降分析，以其可能承受的最大坡降与允许坡降相比较，核算其渗透稳定性。坡降计算式： 式中：h1、h2 为两监测点水位； L 为两监测点间的流线长度土石坝安全监测资料整编分析5、多元逐步回归分析 土石坝坝体的挡水作用，抬高了上游水位，使上下游水位形成了一定的水头差，这水头差作为一种渗透水头通过坝体的填筑料，就形成坝体的渗流场。因此，影响渗流场中测压管水位的主要因素是上下游水位和渗流介质的本身。另外，测压管水位还会受到降雨，雨水的渗入的影响。渗流介质的变化是一个随着