土石坝变形监测（1）讲解

土石坝变形监测内容提要一、概述1二、水平位移监测2三、垂直位移监测33四、裂缝观测44CompanyLogo一、概述

变形是大坝结构性态和安全状况的最直观、最有效的反映，是大坝安全监测最主要的项目之一。变形监测的主要目的是掌握水工建筑物与地基变形的空间分布特征和随时间变化的规律，监控有害变形及裂缝等的发展趋势。CompanyLogo一、概述

（一）变形监测的类别

变形监测一般分为：表面变形监测和内部变形监测。表面变形监测包括：垂直位移和水平位移监测。水平位移还可以划分为平行于坝轴线的水平位移和垂直于坝轴线的水平位移。其中平行于坝轴线的水平位移在重力坝中称为左右岸方向水平位移，在拱坝中称为切向水平位移，在土石坝中称为纵向水平位移；垂直于坝轴线的水平位移在重力坝中称为上下游水平位移，在拱坝中称为径向水平位移，在土石坝中称为横向水平位移。内部变形监测主要有：分层垂直位移、分层水平位移、界面位移、挠度和倾斜监测等。CompanyLogo一、概述（二）变形监测的符号规定（1）水平位移：向下游为正，向左岸为正；反之为负。（2）垂直位移：向下为正，向上为负。（3）界面、接（裂）缝及脱空变形：张开（脱开）为正，闭合为负。相对于稳定界面（如混凝土墙、趾板、基岩岸坡等）下沉为正，反之为负；向左岸或下游为正，反之为负。（4）滑移：向坡下为正，向河谷为正，向下游左岸为正，反之为负。（5）倾斜：向下游、左岸转动为正，反之为负。（6）面板挠度：沉陷为正，隆起为负。（7）地下洞室围岩变形：向洞内为正（拉伸），反之为负（压缩）。CompanyLogo

一、概述

（三）监测步骤（1）设计监测系统：确定监测项目、测点布置、选用观测设备、绘制设计总图和结构图等（2）埋设和安装监测设施；（3）现场监测：项目、时间、测次等“四无”：无缺测、无漏测、无不符合精度、无违时；“四随”：随观测、随记录、随计算、随校核；“四固定”：人员固定、仪器固定、测次固定、时间固定；（4）整理分析观测资料：绘制各测值的过程线、相关线和分布图等（5）定期整编资料和技术总结

CompanyLogo日照水库上游坝坡的监测系统CompanyLogo学院水利工程仿真模拟实训中心大坝上游坝坡的监测系统CompanyLogo

二、水平位移监测

水平位移常用的监测方法分两大类：一类是基准线法,是通过一条固定的基准线来测定监测点的位移,常见的有视准线法、引张线法、激光准直法、垂线法。另一类是大地测量方法,主要是以外部变形监测控制网点为基准,以大地测量方法测定被监测点的大地坐标,进而计算被监测点的水平位移,常见的有交会法、精密导线法、三角测量法、GPS观测法等。CompanyLogo

二、水平位移监测

（一）视准线法观测土石坝的横向水平位移1.观测原理在坝体两端岸坡上各建立一个工作基点，通过两工作基点构成一条基准线，测量坝体某点到基准线的距离，其距离变化量即为该点的坝体位移。CompanyLogo二、水平位移监测2.测点布设“三点一线”：1）工作基点：岸坡岩基、两端各一、稳固可靠（如图）若坝轴线非直线或轴线长度超过500m，可在坝体每一纵排标点中增设工作基点，并兼做标点。工作基点结构示意图：1-混凝土墩；2-底板；3-观测盘；4-金属标点头CompanyLogo二、水平位移监测2）校核基点：校核工作基点3）位移标点（测点）：具有代表性土石坝坝体上的位移标点布设在具有代表性的纵断面线与横断面纵断面线相交汇处。

纵断面：①一般在坝顶的坝肩布设一排②最高蓄水位以上的上游坝坡布设一排③下游坝坡布设2—3排

横断面：①最大坝高处②合龙段

③老河床处④地基坡度和地质情况突变处

⑤坝内有泄水底孔处（如图）坝长小于300m时，每排位移标点的间距宜取20～50m；坝长大于300m时，宜取50～100m。CompanyLogo最大坝高处合龙段老河床处地质情况复杂的横断面设计时进行浸润线计算的断面横断面选择原则CompanyLogo二、水平位移监测

土石坝位移标点结构示意图（单位：cm）1-观测盘；2-保护盖；3-垂直位移标点；4-φ50mm铁管；5-填沙；6-开挖线；7-回填土；8-混凝土底座；9-铁销；10-坝体；11-柱身；12-最深冰冻线CompanyLogo

二、水平位移监测4）视准线：基准线其固定不动的“线”是“光线”——经纬仪的光线校核基点工作基点测点坝体河流CompanyLogo横断面线校核基点纵断面线纵断面线测点观测基点AB观测原理:在坝体两端岸坡上各建立一个工作基点，通过两工作基点构成一条基准线，测量坝体某点到基准线的距离，其距离变化量即为该点的坝体位移量。规定：坝体位移以向下游为正，向上游为负；向左岸为正，向右岸为负。CompanyLogo二、水平位移监测3.观测仪器设备1)经纬仪一般大型水库的土坝水平位移，可使用J6级或J2级经纬仪进行观测。土坝长度超过500m以及比较重要的水库，最好使用J1级经纬仪进行观测。对于视准线长度超过500m（或曲线形坝）的变形观测可以采用徕卡或拓普康的全站仪观测。2）觇标（1）固定觇标：设于后视工作基点上，供经纬仪瞄准构成基准线。（2）活动觇标：置于位移标点上，供经纬仪瞄准并测量标点的位移（如图）CompanyLogo二、水平位移监测简易活动觇标1-刻度尺；2-觇牌CompanyLogo二、水平位移监测

直插式精密活动觇标1-游标尺；2-刻度尺；3-红玻璃；4-水平微动螺旋CompanyLogo觇标：可以左右移动标尺：固定在固定墩上01020觇标可以通过调节螺丝左右移动读数CompanyLogo二、水平位移监测4.观测方法1）固定端点设站观测法（坝长小于500m）（1）观测刚埋设完毕的各位移标点偏离视准线的距离，即初始偏距（埋设偏距）L0。把经纬仪安置在工作基点A，固定觇标安置在工作基点B；将经纬仪整平并调焦瞄准B点的固定觇标中心，构成视准线，随即固定经纬仪水平度盘及照准部；在位移标点上安置活动觇标，移动活动觇标，使经纬仪视线与活动觇标重合，观测出各位移标点偏离视准线的距离，即初始偏距（埋设偏距）L0。CompanyLogo二、水平位移监测（2）根据观测时间与测次的要求，逐次观测出各位移标点实际偏离视准线的距离，即观测偏离值Li。位移标点的一次测回：上半测回：正镜（盘左、盘右）、倒镜（盘左、盘右）、平均值下半测回：正镜（盘左、盘右）、倒镜（盘左、盘右）、平均值上半测回平均值与下半测回平均值的平均值，即为位移标点的本次偏离值。CompanyLogo二、水平位移监测(3)计算各位移标点的横向水平位移量（累计、间隔）δ。累计横向水平位移量(mm)：累计横向水平位移量δ

i=本次观测偏离值Li-初始偏距（埋设偏距）L0δ

1=L1－L0δ

2=L2－L0……δ

i-1=Li-1－L0δ

i=Li－L0间隔横向水平位移量(mm):间隔横向水平位移量δ

ji=本次累计横向水平位移量δ

i-上次累计横向水平位移量δ

i－1=本次观测偏离值Li-上次观测偏离值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、水平位移监测水平位移观测记录计算表（视准线法）【例题】位移标点的一次测回：（1）上半测回：正镜（盘左、盘右）、倒镜（盘左、盘右）、平均值（2）下半测回：正镜（盘左、盘右）、倒镜（盘左、盘右）、平均值上半测回平均值与下半测回平均值的平均值，即为位移标点的本次偏离值。CompanyLogo二、水平位移监测【练习】CompanyLogo二、水平位移监测2）中点设站观测法（坝长大于500m）大坝较长（＞500m）或为折线形坝A和B分别为大坝两端的固定工作基点，K为非固定（增设）工作基点。CompanyLogo日照水库CompanyLogo二、水平位移监测观测方法与步骤：将经纬仪安置在变位后的非固定工作基点K′上，在固定工作基点A和B上分别安置固定觇标和活动觇标。先于盘左位置后视A点的固定觇标，使十字丝竖丝与觇标中心精确重合，固定水平度盘及照准部；倒转望远镜前视B点的活动觇标，并移动觇标，使觇标中心与视线重合n次，读取n次读数，为上半测回。然后在水平方向将仪器旋转180°，以盘右位置测下半测回，两半测回为一测回，按精度要求依法施测若干测回。K′点的偏离值(mm)：S1=S2

：Lk=0.5Lb

式中：Lb为B点活动觇标读数S1≠S2:Lk=

CompanyLogo二、水平位移监测全站仪观测土石坝的横向水平位移：

土石坝横向水平位移的观测也可直接用全站仪，如TCA2003全站仪、TS30全站仪等。全站仪是指能自动地测量角度和距离，并能按一定程序和格式将测量数据传送给相应的数据采集器。全站仪自动化程度高，功能多，精度好，通过配置适当的接口，可使野外采集的测量数据直接进入计算机进行数据处理或进入自动化绘图系统。与传统的方法相比，省去了大量的中间人工操作环节，使劳动效率和经济效益明显提高，同时也避免了人工操作、记录等过程中差错率较高的缺陷。CompanyLogo二、水平位移监测

全站仪的工作特点：①能同时测角、测距并自动记录测量数据。②设有各种野外应用程序，能在测量现场得到归算结果。③能实现数据跟计算机的传输。CompanyLogo二、水平位移监测

全站仪测定土石坝水平位移的原理及方法步骤：全站仪测定土石坝水平位移的原理（三维坐标测量）是在大坝的下游布设控制点A、B，在大坝上布设变形监测点P，建立三维坐标系，利用全站仪进行边角交会，然后编制测量平差程序，解析变形点的三维坐标，求出三维变量。