大坝变形监测

大坝变形监测12.4内部变形监测12.4.1应力应变及温度监测12.4.2渗流量监测12.4.3环境量监测12.4.4巡视检查12.5工程实例12.5.1首级水平控制网的布设及监测分析12.5.2二级水平控制网的布设及监测12.5.3大坝变形分析12.5.4大坝变形成因分析12.5.5大坝变形分析评价12.4内部变形监测12.4.1应力应变及温度监测外力的作用，物体内部产生的力为应力，物体的变形为应变应力应变及温度是大坝安全监测的重要项目之一。如果说变形监测主要是对大坝及基础岩体进行的宏观监控，那么应力应变监测就是对其进行的微观监控。变形监测的一些监测设施要在大坝建成后才能安装、观测，而应力应变及温度监测仪器则是随混凝土浇筑而而埋入坝内随建筑物进程展开同步观测。监测内容有：混凝土坝的应力应变、接缝、温度、钢筋应力、预应力锚索应力围堰防渗墙应力应变土石坝沥青混凝土心墙应力应变土坝土压力监测方法及意义：混凝土重力坝的坝踵、坝趾及大坝内部常布置应变计组和无应力计，通过应力测值可了解坝体整体性能以及坝踵或坝体是否产生裂缝，根据坝体的应力测值还可预计未来的应力变化重力坝坝基和拱坝两岸拱座的基岩变形采用10m或15m的基岩变形计进行监测，或采用在基岩附近的廊道内钻孔，布置30m或45m深的多点位移计进行监测。接缝监测有两种：一种是对混凝土与基岩胶结缝面的监测。另一种是对混凝土与混凝土块之间的接缝监测。前一种通过埋设测缝计监测混凝与边坡和基岩的胶结情况。接缝监测的目的是检验接缝灌浆效果和接缝缝面是否张开。温度监测一般埋设电阻温度计或光纤传感器，对临时性监测可埋设测温管，了解坝体温度变化过程是控制坝体温度变化，防止产生裂缝的重要措施，大坝监测资料的反馈、计算、分析，也需要各时期温度场分布。裂缝，到目前为止，绝大多数混凝土大坝都产生过裂缝，一般为表面裂缝，少数为贯穿性裂缝，如果对表面裂缝不加以处理，表面裂缝就会变为贯穿性裂缝，对已产生的裂缝需跨缝埋设裂缝针，监测裂缝是否发展。钢筋应力的监测通常布设钢筋应力计，通过钢筋应力监测对判断混凝土是否产生裂缝和是否需要加固处理是非常重要的。土压力测量用于土石坝基座应力、土坝内的土压力、大坝上游面泥沙淤积压力、土石围堰防护墙两侧的土压力等的监测。目前土压力计测得的成果都不令人满意，主要是因为仪器刚度与埋设处材料刚度不匹配及埋设方式所致，但用于分析土压力变化过程对评价大坝性态仍有重要意义。12.4.2渗流量监测在大坝上下游水位差的作用下，坝体、坝基和坝肩会出现渗量现象，渗流现象造成的危害主要有两个方面：1.会使一部分水量从坝体和坝基渗流到下游，造成一定水量的渗漏损失，这在缺水地区和卡斯特地貌地区尤为重要。2.渗流会给坝体坝基结构稳定和渗透稳定造成不利影响，甚至可能引起大坝的失事和损坏。水工建筑物中的实际渗流量状况与设计阶段的渗流量计算结果有一定出入，因此，在大坝建设过程中及建成后，必须进行渗流安全监测，分析判断实际发生的渗流状况和其发展趋势是否正常，保证水库大坝的安全运行。渗流监测项目测压管是进行渗透压力监测和地下水监测的基本设施，在渗流检测中应用广泛。测压管的结构形式主要包括单管式、多管式和U形测压管。U形测压管目前国内已基本不使用。用于渗压监测的渗压计，目前普遍使用的是差动电阻式渗压计和钢弦式渗压计12.4.3环境量监测一般情况下，大坝变形除了受自重影响外，环境量是影响大坝变形、渗流、应力应变、温度的主要原因。这些原因量包括大坝下游水位、坝址地区的气温、降雨量、坝前淤积、水质变化等。只有取得准确可靠的环境量数据，才能客观地分析效应量的成因和变化规律，发现运行中异常的效应量，现对原因量的监测项目及其意义分述如下：水位监测大坝上下游水位产生的水压力是作用于大坝的外部荷载，是影响大坝抗滑稳定的重要因素。水压力不仅作用于坝的上下游面，同时也产生浮托力和渗透压力作用于坝体、坝肩、基岩和建基面（基岩与坝体的接触面），影响大坝的抗滑稳定性。由于水压力关系大坝的稳定与安全，因此对上下游水位监测是必要的。大坝水位是资料分析核安全评价不可缺少的基础资料，如分析大坝位移。通过分析发现，旬平均水位对位移的影响比日平均气温影响大。温度监测温度也是影响大坝变形、渗流、应力应变的原因之一，任何物体都具有热胀冷缩的特性，大坝也不列外。气温和水温是影响大坝温度变化的主要外界因素，因此环境温度是不可缺少的项目之一。大坝坝顶垂直位移，每年7~8月膨胀变形最大，即表现为上升；每年2~3月气温较低，表现为收缩沉降。12.4.4巡视监测大坝巡视检查具有全面性、及时性和直观性等特点,是大坝仪器监测及其自动化所不能代替的。据国内外有关资料统计，通过大坝巡视检查发现大坝的重大安全隐患,约占出险水库总数的70%。巡视检查主要有目视、耳听、手摸、鼻嗅等直观方法，辅以地质锤、钎、皮尺、放大镜、望远镜、照相机、摄影机等工具进行。如有必要还可采用坑（槽）探挖，钻孔取样或孔内电视等特殊方法检查。12.4工程实例黄河小浪底水利枢纽工程位于河南省洛阳市孟津县与济源市之间，三门峡水利枢纽下游130公里、河南省洛阳市以北40公里的黄河干流上，是黄河干流上的一座集减淤、防洪、防凌、供水灌溉、发电等为一体的大型综合性水利工程，是治理开发黄河的关键性工程。小浪底水利枢纽主坝为壤土斜心墙土石坝，上游围堰为坝体的一部分，坝基采用混凝土防渗墙，工程初步设计为斜墙坝型，后优化为斜心墙坝型，两者的主要区别在于前者以水平防渗为主，垂直防渗为辅；后者以垂直防渗为主，水平防渗为辅。12.5.1首级水平控制网的布设及监测首级水平控制网由黄委会勘察规划设计院测量总队负责设计、造标和观测。此项工作自1991年9月开始投入，于1992年上半年完成设计，1993年完成造标。从控制网的精确性、可靠性、经济型、可检测性四方面出发，结合小浪底水利枢纽工程地质条件复杂、工程建筑物多、工程量大且布置范围广的特点，主体建筑物区和滑坡区分别布设。主体建筑物区首级水平控制网有固1、固2、固3、固4组成边角全测大地四边形。如下图：滑坡体区首级水平控制点由HG01、HG02、HG03组成边角全测的完全三角形。如下图：首级水平控制网均按一等边角网观测，具体观测技术要求：水平角采用方向观测法且在两个以上时间段完成，边长观测采用方向观测法、每条边对向观测且在两个时段内完成，天顶距观测采用中丝法。（参看P233）仪器：T3000(0.5″)电子经纬仪ME5000激光测距仪1994年9月至11月对首级水平控制网连续进行两次观测。为提高基准值精度，将两次观测值叠加在一起进行联合平差，方向、边长均取两次观测值的加权平均值。主体建筑物区首级水平控制网各点的坐标取用两次观测值的联合平差结果，滑坡体区首级水平控制网各点的坐标取用两次观测平差结果的平均值。为监测各平面基准点的稳定性，与1996年12月至1997年1月进行第一次复测，1997年10月至11月进行第二次复测。观测结果采用秩亏自由网平差方法处理，为使各期观测成果具有可比性，平差时，各期网点近似坐标均采用同一数据。各期复测各点位移量参看下表，分析结果参看课本P234。12.5.2首级水平控制网的布设及监测布设了8条视准线，监测点均采用强制对中标墩，标墩下部设有水准标志。每条视准线两端和坝轴线转折点设工作基点，但在观测中按动点进行监测。大坝二级水平控制网（工作基点）的布置图如下：小浪底大坝变形较大，除常规视准线观测法外，还采用了其它观测法：下游边坡监测采用多测站边角交会和直接水准法，上游坡采用测量机器人观测。试用GPS观测，3台接收机在一定操作下（参看P235），测量结果平面中误差为3mm，高程中误差为9mm。用GPS进行土石坝变形观测是可行的。12.5.3大坝变形分析1.一般变形特征参看下图，可知2条283视准线变化规律一致，各测点变化连续、平顺、无突变，呈现出河床最大坝高处位移量大，向两岸逐渐减少趋势，累计变化量逐年增加，表现为水平位移向下游方向，垂直位移向下沉陷的变化规律。年度变化量呈逐年减少趋势，大坝变形逐渐稳定，符合土石变形一般规律。2.不均匀变形参看下图，不均匀变形表现为相同高程的上下游测点水平位移和垂直位移均存在一定差值，下游侧测值大于上游测测值，尤其以水平位移更明显。12.5.4大坝变形成因分析1.时效因素2.初次蓄水到新高水位3.水库水位骤降4.筑坝材料5.河床深覆盖层6.施工速率7.库水作用力12.5.4大坝变形分析评价1.设计值与实际值对比2.工程类比3.正常蓄水位下大坝变形预测分析