水利工程变形监测PPT总结46

第13章水水利利工工程程变变形形监监测测主要要内内容容概述述监测测项项目目及及要要求求监测测系系统统设设计计小浪浪底底大大坝坝安安全全监监控控系系统统设设计计大坝坝安安全全评评判判专专家家系系统统设设计计13.1概述述监测测工工作作的的重重要要性性建国国以以来来，，我我国国共共修修建建8.3万余余座座堤堤坝坝，，其其中中15米以以上上大大坝坝有有1.9万多多座座，，30米以以上上大大坝坝有有近近3000座，，这这些些工工程程在在国国民民经经济济中中发发挥挥了了巨巨大大的的作作用用。。然然而而，，相相当当一一部部分分大大坝坝存存在在着着某某些些不不安安全全因因素素，，这这些些因因素素不不同同程程度度地地影影响响工工程程效效益益的的发发挥挥，，甚甚至至威威胁胁着着下下游游千千百百万万人人民民的的生生命命财财产产安安全全。。世界界范范围围内内的的最最新新统统计计结结果果表表明明，，本本世世纪纪已已建建坝坝总总的的失失事事比比例例约约为为1%，一一旦旦大大坝坝失失事事，，将将引引起起难难以以估估计计的的灾灾难难，，这这已已引引起起各各国国政政府府和和人人民民的的普普遍遍关关注注。。监测测系系统统研研究究进进展展监测测数数据据的的自自动动采采集集监测测信信息息处处理理系系统统的的研研究究开开发发综合合评评判判专专家家系系统统的的开开发发研研究究13.2监测项项目及及要求求工作原原则（1）监测测仪器器和设设施的的布置置，应应明确确监测测目的的，紧紧密结结合工工程实实际，，突出出重点点，兼兼顾全全面，，相关关项目目统筹筹安排排，配配合布布置。。应保保证具具有在在恶劣劣气候候条件件下仍仍能进进行重重要项项目的的监测测。（2）仪器器设备备要耐耐久、、可靠靠、实实用、、有效效，力力求先先进和和便于于实现现自动动化监监测。。（3）仪器器的安安装和和埋设设必须须及时时，必必须按按设计计要求求精心心施工工，应应保证证第一一次蓄蓄水期期能够够获得得必要要的监监测成成果，，并应应做好好仪器器的保保护；；埋设设完工工后，，及时时作好好初期期测读读工作作，并并绘制制竣工工图、、填写写考证证表，，存档档备查查。（4）仪器器监测测严格格按照照规程程规范范和设设计要要求进进行，，相关关监测测项目目力求求同时时监测测；针针对不不同监监测阶阶段，，突出出重点点进行行监测测；发发现异异常，，立即即复测测；做做到监监测连连续、、数据据可靠靠、记记录真真实、、注记记齐全全、整整理及及时，，一旦旦发现现问题题，及及时上上报。。（5）仪器器监测测应与与巡视视检查查相结结合。。基本要要求（1）可行行性研研究阶阶段。。提出出安全全监测测系统统的总总体设设计专专题、、监测测仪器器及设设备的的数量量；监监测系系统的的工程程概算算。（2）招标标设计计阶段段。提提出监监测系系统设设计文文件，，包括括监测测系统统布置置图、、仪器器设备备清单单、各各监测测仪器器设施施的安安装技技术要要求、、测次次要求求及工工程预预算等等。（3）施工工阶段段。提提出施施工详详图，，应做做好仪仪器设设备的的检验验、埋埋设、、安装装、调调试和和保护护，应应绘制制竣工工图，，编写写埋设设记录录和竣竣工报报告；；应固固定专专人进进行监监测工工作，，保证证监测测设施施完好好和监监测数数据连连续、、可靠靠、完完整，，应按按时进进行监监测资资料分分析，，评价价施工工期大大坝安安全状状况，，为施施工提提供决决策依依据。。（4）首次次蓄水水阶段段。应应制定定首次次蓄水水的监监测工工作计计划和和主要要的设设计监监控技技术指指标；；按计计划要要求做做好仪仪器监监测和和巡视视检查查；拟拟定基基准值值，定定时对对大坝坝安全全状态态作出出评价价并为为蓄水水提供供依据据。（5）运行行阶段段。应应进行行经常常的和和特殊殊情况况下的的监测测工作作；定定期对对监测测设施施进行行检查查、维维护和和鉴定定，以以确定定是否否应报报废、、封存存或继继续观观测、、补充充、完完善和和更新新，定定期对对监测测资料料进行行整编编和分分析。。工作状状态划划分应定期期对监监测结结果进进行分分析研研究，，并按按下列列类型型对大大坝的的工作作状态态作出出评估估：（1）正常常状态态，指指大坝坝（或或监测测的对对象））达到到设计计要求求的功功能，，不存存在影影响正正常使使用的的缺陷陷，且且各主主要监监测量量的变变化处处于正正常情情况下下的状状态。。（2）异常常状态态，指指大坝坝（或或监测测的对对象））的某某项功功能已已不能能完全全满足足设计计要求求，或或主要要监测测量出出现某某些异异常，，因而而影响响正常常使用用的状状态。。（3）险情情状态态，指指大坝坝（或或监测测的对对象））出现现危及及安全全的严严重缺缺陷，，或环环境中中某些些危及及安全全的因因素正正在加加剧，，或主主要监监测量量出现现较大大异常常，若若按设设计条条件继继续运运行将将出现现大事事故的的状态态。表13.1变形监监测符符号变形正负水平向下游、向左岸向上游、向右岸垂直下沉上升挠度向下游、向左岸向上游、向右岸倾斜向下游转动、向左岸转动向上游转动、向右岸转动滑坡向坡下、向左岸向坡上、向右岸裂缝张开闭合接缝张开闭合闸墙向闸室中心背闸室中心表13.2水工建建筑物物监测测项目目类别项目按工程分类按级别分类土石坝堆石坝混凝土坝水闸、溢洪道隧洞、地下厂房水库1234水文水位√√√√√√√√√√降水√√√√√√√波浪√√冲淤√√√√气温√√√√√√√水温√√√变形表面√√√√√√√√√内部√地基√√√裂缝√√√√√√√√√接缝√√√√√边坡√√√√√√渗流坝体√√√√坝基√√√√√√√绕渗√√√√渗流量√√√√√√√√√地下水√√√水质√√√√√√应力土壤混凝土√钢筋√√√√√钢板√接触面√温度√√√水流压强√√√流速√√掺气消能√√地震振动表13.3安全监监测次次数类别项目施工期蓄水期运行期变形表面内部4~2次/月10~4次/月10~4次/月30~10次/月6~2次/年12~4次/年渗流渗流水质10~4次/月6~3次/年30~10次/月12~6次/年6~3次/月12~3次/年应力应力温度6~3次/月15~4次/月30~4次/月30~4次/月12~4次/年6~2次/月13.3监测系系统设设计监测断断面布布置(土石坝坝)（1）观测测横断断面。。布置置在最最大坝坝高、、原河河床处处、合合龙段段、地地形突突变处处、地地质条条件复复杂处处、坝坝内埋埋管或或运行行可能能发生生异常常反应应处。。一般般不少少于2~3个。（2）观测测纵断断面。。在坝坝顶的的上游游或下下游侧侧布设设1~2个，在在上游游坝坡坡正常常蓄水水位以以上1个，正正常蓄蓄水位位以下下可视视需要要设临临时断断面，，下游游坝坡坡2~5个。（3）内部部断面面。一一般布布置在在最大大断面面及其其它特特征断断面处处，可可视需需要布布设1~3个，每每个断断面可可布设设1~3条观测测垂线线，各各观测测垂线线还应应尽量量形成成纵向向观测测断面面。界面位位移一一般布布设在在坝体体与岸岸坡连连接处处，不不同坝坝料的的组合合坝型型交界界处及及土坝坝与混混凝土土建筑筑物连连接处处。（1）观测测纵断断面。。通常常平行行坝轴轴线在在坝顶顶及坝坝基廊廊道设设置观观测纵纵断面面，当当坝体体较高高时，，可在在中间间适当当增加加1~2个纵断断面。。当缺缺少纵纵向廊廊道时时，也也可布布设在在平行行坝轴轴线的的下游游坝面面上。。（2）内部部断面面。布布置在在最大大坝高高坝段段或地地质和和结构构复杂杂坝段段，并并视坝坝长情情况布布设1~3个断面面。应应将坝坝体和和地基基作为为一个个整体体进行行布设设。拱拱坝的的拱冠冠和拱拱端一一般宜宜布设设断面面，必必要时时也可可在l/4拱处布布设。。监测断断面布布置(混凝土土坝)（1）两坝坝肩附附近的的近坝坝区岩岩体。。垂直直坝轴轴线方方向各各布设设1~2个观测测横断断面。。（2）滑坡坡体顺顺滑移移方向向布设设1~3个观测测断面面，包包括主主滑线线断面面及其其两侧侧特征征断面面。（3）必要要时可可大致致按网网格法法布置置。监测断断面布布置(滑坡体体)水平位位移观观测点点布置置(位移标标点)（1）土石石坝。。在每每个横横断面面和纵纵断面面交点点等处处布设设位移移标点点，一一般每每个横横断面面不少少于3个。位位移标标点的的纵向向间距距，当当坝长长小于于300m时取30~50m，坝长长大于于300m时，一一般取取50~100m。（2）混凝凝土坝坝。在在观测测纵断断面上上的每每个坝坝段、、每个个垛墙墙或每每个闸闸墩布布设一一个标标点，，对于于重要要工:程也可可在伸伸缩缝缝两侧侧各布布设一一个标标点。。（3）近坝坝区岩岩体及及滑坡坡体。。在近近坝区区岩体体每个个断面面上至至少布布设3个标点点，重重点布布设在在靠坝坝肩下下游面面。在在滑坡坡体每每个观观测断断面上上的位位移标标点一一般不不少于于3个，重重点布布设在在滑坡坡体后后缘起起至正正常蓄蓄水位位之间间。（1）土石石坝。。在两两岸每每一纵纵排标标点的的延长长线上上各布布设一一个工工作基基点。。当坝坝轴线线为折折线或或坝长长超过过500m时，可可在坝坝身每每一纵纵排标标点中中部增增设工工作基基点兼兼作标标点，，工作作基点点的间间距取取决于于采用用的测测量仪仪器。。（2）混凝凝土坝坝。可可将工工作基基点布布设在在两岸岸山体体的岩岩洞内内或位位移测测线延延长线线的稳稳定岩岩体上上。（3）近坝坝区岩岩体及及滑坡坡体。。选择择距观观测标标点较较近的的稳定定岩体体建立立工作作基点点。水平位位移观观测点点布置置(工作基基点)（1）土石石坝。。一般般仍采采用延延长方方向线线法，，即在在两岸岸同排排工作作基点点连线线的延延长线线.上各设设1~2个校核核基点点，必必要时时可设设置倒倒垂线线或采采用边边角网网定位位。（2）混凝凝土坝坝。校校核基基点可可布设设在两两岸灌灌浆廊廊道内内，也也可采采用倒倒垂线线作为为校核核基点点，此此时校校核基基点与与倒垂垂线的的观测测墩宜宜合二二为一一。（3）近坝坝区岩岩体及及滑坡坡体。。可将将工作作基点点和校校核基基点组组成边边角网网或交交会法法进行行观测测。有有条件件时也也可设设置倒倒垂线线。水平位位移观观测点点布置置(校核基基点)垂直位位移测测点布布置在通常常情况况下，，垂直直位移移采用用精密密水准准测量量方法法观测测。水准测测量的的基准准点应应根据据工程程建筑筑物的的规模模、受受力区区范围围、地地形地地质条条件及及观测测精度度要求求等综综合考考虑，，原则则上要要求这这种类类型的的点能能长期期稳定定，且且变形形值小小于观观测误误差。。水准基基点的的形式式可采采用土土基标标、地地表岩岩石标标、深深埋钢钢管标标、双双金属属管标标等，，具体体形式式可根根据实实际情情况确确定。。一般分分别在在坝顶顶及坝坝基处处各布布设一一排沉沉降监监测标标点，，在高高混凝凝土坝坝中间间高程程廊道道内和和高土土石坝坝的下下游马马道上上，也也应适适当布布置观观测标标点。。沉降标标点可可根据据实际际需要要采用用综合合标、、混凝凝土标标、钢钢管标标、墙墙上标标等形形式。。表13.4水平位移移监测方方法部位方法说明重力坝引张线视准线激光准直一般坝体、坝基均适用坝体较短时用包括大气和真空激光，坝体较长时用真空激光拱坝视准线导线交会法重要测点用一般均适用，可用光电测距仪测量导线边长交会边较短、交会角较好时用土石坝视准线大气激光卫星定位测斜仪或位移计交会法坝体较短时用有条件时用，可布设管道坝体较长时用测量内部分层及界面位移用交会边较短、交会角较好时用近坝区岩体测斜仪交会法卫星定位多点位移计一般均适用交会边较短、交会角较好时用范围较大时用也可用于滑坡体和坝基高边坡、滑坡体视准线卫星定位直线测距边角网同轴电缆一般均适用范围较大时用用光电测距仪或铟钢线位移计、收敛计一般均适用，包括三角网、测边网和测边测角网可测定位移深度、速率及滑动面位置断层、夹层断层监测仪变位计测斜仪倒垂线可测断层的三维位移可测层面水平及垂直位移一般均适用必要时用校核基点岩洞稳定点倒垂线边角网延长方向线伸缩仪也可精密量距和测角一般均适用有条件时用有条件时用用于基准点传递和水平位移观测表13.5垂直位移移监测方方法部位方法说明混凝土坝一等或二等水准三角高程激光准直坝体、坝基均适用可用于薄拱坝两端应设垂直位移工作基点土石坝二等或三等水准三角高程激光准直坝体、坝基均适用一般采用全站仪观测两端应设垂直位移工作基点近坝区岩体一等或二等水准三角高程观测表面、山洞内及地基回弹位移观测表面位移高边坡及滑坡体二等水准三角高程卫星定位观测表面及山洞内位移一般利用全站仪观测范围较大时用内部及深层沉降板沉降仪多点位移计变形计固定式，观测地基和分层位移活动式或固定式，可测分层位移固定式，可测各种方向及深层位移观测浅层位移高程传递垂线铟钢带尺光电测距仪竖直传高仪一般均适用需利用竖井需利用旋转镜和反射镜可实现自动化测量，但维护较困难13.4小浪底大大坝安全全监控系系统设计计工程概况况小浪底水水利枢纽纽是我国国目前在在建的最最大水利利枢纽工工程之一一，工程程位于河河南省洛洛阳市以以北约40km的黄河干干流上，，是一座座以防洪洪、防凌凌、减淤淤为主，，兼顾发发电、灌灌溉、供供水等综综合利用用的水利利枢纽工工程。枢枢纽由大大坝、泄泄洪排沙沙建筑物物、水电电站等组组成。大大坝为壤壤土斜心心墙堆石石坝，最最大坝高高154m，总库容容126.5亿m3，泄洪洪排沙建建筑物由由三条孔孔板泄洪洪洞、三三条明流流泄洪洞洞、三条条排沙洞洞和正常常溢洪道道及非常常溢洪道道组成，，水电站站系统由由六条引引水洞发发电、地地下厂房房和三条条尾水洞洞组成，，电站装装机6台，总容容量1800MW，地下厂厂房长250.15m，宽26.20m。图13-1小浪底水水利枢纽纽工程基本观测测断面大坝观测测仪器主主要布置置在三个个横断面面和两个个纵断面面上；A—A观测断面面位于F1断层破碎碎带处，，F1断层对大大坝的影影响较大大，是重重点观测测部位；；B—B观测断面面位于最最大坝高高处，而而且覆盖盖层最深深(70多米)，是坝体体的典型型观测断断面；C—C观测断面面位于左左岸，该该断面防防渗体基基本上处处于岩石石基础和和河床覆覆盖层的的交界部部位，同同时断面面下游坝坝轴线上上有一基基岩陡坎坎，使其其变形比比较复杂杂，有引引起裂缝缝的可能能。两个纵断断面为沿沿斜心墙墙轴线的的断面D—D及沿坝轴轴线的断断面E—E。图13-2小浪底大大坝外部部监测系系统布置置变形监测测大坝的外外部变形形观测分分为水平平变形和和竖直变变形两部部分。坝坝体表面面的观测测标点既既可作为为水平变变形测量量的标点点又可当当作竖直直变形测测量的标标点。大大坝外部部变形共共布设测测线8条，156个测点，，顺河流流方向的的水平位位移采用用视准线线法或小小角度法法观测；；沿坝轴轴线方向向的水平平位移采采用量距距法进行行观测；；坝体的的沉陷采采用二等等精密水水准进行行施测。。坝体内部部变形观观测主要要有水平平位移观观测、垂垂直位移移观测及及界面相相对错动动观测，，主要采采用四种种方法进进行观测测，分别别是：测测斜仪、、堤应变变计、界界面应变变计及钢钢弦式沉沉降计。。大坝共设设有17支测斜管管，分别别以垂直直向、倾倾斜向及及水平向向三种方方式埋设设，并在在一定的的间距安安装有沉沉降环，，以测量量坝体三三个方向向的变形形。渗流监测测坝基渗流流是该工工程的重重点监测测项目，，监测的的重点部部位是沿沿整个大大坝防渗渗线及斜斜心墙基基础面的的渗压力力。监测项目目包括绕绕坝渗流流、坝体体内的孔孔隙水压压力和浸浸润线分分布。对对F1断层两侧侧及右岸岸滩地也也需要监监测其渗渗流稳定定性。坝体渗压压监测仪仪器主要要布置在在三个横横向观测测断面内内，另外外，在B—B观测断面面上游堆堆石体内内布置了了6支渗压计计。为了监测测F1断层及其其两侧破破碎带的的渗流稳稳定性，，沿F1断层坝基基下共布布设有15支渗流观观测仪器器。土压力监监测土压力监监测分为为土体中中应力和和边界土土压力两两类，前前者设置置在坝体体主观测测断面内内，后者者设置在在基础界界面上。。坝体应力力观测采采用土压压力计。。由于大大坝河谷谷较宽，，故考虑虑按平面面问题布布设测点点。结合坝体体的计算算情况，，沿坝高高设两排排共11组土压力力计组。。地震反应应监测坝址区基基本烈度度为7度，地震震反应监监测对象象主要是是3度以上的的地震反反应。设置两个个横向、、一个纵纵向观测测断面和和一个基基础效应应台，共共设10个监测点点，仪器器采用数数字式三三分量强强震仪。。混凝土防防渗墙监监测混凝土防防渗墙分分为主坝坝防渗墙墙和围堰堰防渗墙墙监测。。主坝防渗渗墙墙外外设渗压压计和边边界土压压力计、、墙内设设应变计计、钢筋筋计、无无应力计计等应力力应变监监测；另另设倾角角计和堤堤应变计计进行墙墙体变形形监测。。13.5大坝安全全评判专专家系统统设计基本要求求（1）合理理的开发发环境（2）完整整的系统统功能（3）先进进的处理理方法（4）美观观的用户户界面（5）可靠靠的评判判结果基本结构构（1）数据库库及其管管理子系系统；（2）模型库库及其管管理子系系统；（3）方法库库及其管管理子系系统；（4）知识库库及其管管理子系系统；（5）综合分分析推理理子系统统。知识库模型库方法库数据库总控数据库管理子系统模型库管理子系统方法库管理子系统知识库管理子系统综合推理子系统图13-4大坝安全评判专家系统结构系统总控控建立各子子系统之之间的联联系，提提供系统统主菜单单及选单单功能，，控制各各库和各各子系统统的协调调运行。。数据库及及其管理理子系统统是面向数数据信息息存储、、查询的的计算机机软件系系统，是是整个专专家系统统运行的的基础。。数据库的的主要内内容包括括：工程程档案库库、观测测仪器特特征库、、观测数数据库等等。数据库的的管理工工作主要要包括：：数据资资料的采采集、录录入、存存储、整整编、查查询、传传输、报报表和图图示等。。方法库及及其管理理子系统统是用于方方法信息息的存储储和调用用管理的的计算机机软件系系统。方法库的的方法主主要包括括：观测测数据预预处理和和检验、、观测数数据统计计分析、、监控数数学模型型、结构构分析程程序集、、渗流场场分析程程序集、、反分析析程序集集、综合合分析模模块、辅辅助决策策模块等等。方法库的管理理工作主要包包括：方法的的添加、删除除、修改、调调用等。模型库及其管管理子