水利工程的变形监测

2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
21
3
水平位移监测方法（1）
第
部位
方法
说明
节
重力坝
引张线 视准线
一般坝体、坝基均适用 坝体较短时用
激光准直
包括大气和真空激光，坝体较长时用真空激光
监
视准线
重要测点用
测 系
拱坝
导线 交会法
视准线
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
变
形
监
测
§1 概述
与
数
据
处
理
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
3
监测工作的重要性
1
第
•建国以来，我国共修建8.3万余座堤坝，其 中15米以上大坝有1.9万多座，30米以上大
节 坝有近3000座，这些工程在国民经济中发
概 挥了巨大的作用。然而，相当一部分大坝存 述 在着某些不安全因素，这些因素不同程度地
项 固定专人进行监测工作，保证监测设施完好和监测数据连续、可靠、
目 完整，应按时进行监测资料分析，评价施工期大坝安全状况，为施
及 工提供决策依据。
要 （4）首次蓄水阶段。应制定首次蓄水的监测工作计划和主要的设
求 计监控技术指标；按计划要求做好仪器监测和巡视检查；拟定基准
值，定时对大坝安全状态作出评价并为蓄水提供依据。
和校核基点组成边角网或交会法进行观测。
有条件时也可设置倒垂线。
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
20
3
垂直位移测点布置
•在通常情况下，垂直位移采用精密水准测量方法观测。
第 •水准测量的基准点应根据工程建筑物的规模、受力区
节 范围、地形地质条件及观测精度要求等综合考虑，原则
上要求这种类型的点能长期稳定，且变形值小于观测误
要 制竣工图、填写考证表，存档备查。
求 （4）仪器监测严格按照规程规范和设计要求进行，相关监
测项目力求同时监测；针对不同监测阶段，突出重点进行监
测；发现异常，立即复测；做到监测连续、数据可靠、记录
真实、注记齐全、整理及时，一旦发现问题，及时上报。
（5）仪器监测应与巡视检查相结合。
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
监 （2）滑坡体顺滑移方向布设1~3个观测断
测 面，包括主滑线断面及其两侧特征断面。
系 统
（3）必要时可大致按网格法布置。
设
计
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
17
3
水平位移观测点布置(位移标点)
（1）土石坝。在每个横断面和纵断面交点等处布设 第 位移标点，一般每个横断面不少于3个。位移标点的
界面位移一般布设在坝体与岸坡连接处，不同坝
料的组合坝型交界处及土坝与混凝土建筑物连接处。
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
15
3
监测断面布置(混凝土坝)
第 （1）观测纵断面。通常平行坝轴线在坝顶
节
及坝基廊道设置观测纵断面，当坝体较高时， 可在中间适当增加1~2个纵断面。当缺少纵
监 向廊道时，也可布设在平行坝轴线的下游坝
第十四章 水利工程变形监测
变 形 监 测 与 数 据 处 理
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
1
主要内容
第 十
•概述
四 章
•监测项目及要求 •监测系统设计
水 利 工
•小浪底大坝安全监控系统设计 •大坝安全评判专家系统设计
程
变
形
监
测
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
2
第十四章 水利工程变形监测
影响工程效益的发挥，甚至威胁着下游千百
万人民的生命财产安全。
•世界范围内的最新统计结果表明，本世纪
已建坝总的失事比例约为1%，一旦大坝失
事，将引起难以估计的灾难，这已引起各国
政府和人民的普遍关注。
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
4
1
监测系统研究进展
第
节
•监测数据的自动采集
概
•监测信息处理系统的研究开发
4～10次/月 10 ～ 30次/月
2～6次/年 4～12次/年
测 项
渗流
渗流 水质
4 ～ 10次/月 3 ～ 6次/年
10 ～ 30次/月 6 ～ 12次/年
3 ～ 6次/月 3 ～ 12次/年
目 及
应力
应力 温度
3 ～ 6次/月 4 ～ 15次/月
4 ～ 30次/月 4 ～ 30次/月
4 ～ 12次/年 2 ～ 6次/月
固定式，观测地基和分层位移
内部及深层
沉降仪 多点位移计
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
接触面
要
温度
求
压强
流速
水流
掺气
消能
地震 振动
2021/4/9
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
中南大学测绘与国土信息工程系
√ √√√ √√ √√√√ √ √
√ √√ √
√√ √
√
12
2
安全监测次数
第
节 类别 项目
施工期
蓄水期
运行期
监
变形
表面 内部
2～4次/月 4 ～ 10次/月
测 系
面上。
统 （2）内部断面。布置在最大坝高坝段或地
设 计
质和结构复杂坝段，并视坝长情况布设1~3 个断面。应将坝体和地基作为一个整体进行
布设。拱坝的拱冠和拱端一般宜布设断面，
必要时也可在l/4拱处布设。
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
16
3
监测断面布置(滑坡体)
第 （1）两坝肩附近的近坝区岩体。垂直坝轴 节 线方向各布设1~2个观测横断面。
素正在加剧，或主要监测量出现较大异常，若按设
计条件继续运行将出现大事故的状态。
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
9
2
变形监测符号
第
变形
正
负
节
水平
向下游、向左岸
向上游、向右岸
监
垂直
下沉
上升
测
挠度
向下游、向左岸
向上游、向右岸
项
倾斜 向下游转动、向左岸转动 向上游转动、向右岸转动
目
滑坡
向坡下、向左岸
监 测
（2）观测纵断面。在坝顶的上游或下游侧布设 1~2个，在上游坝坡正常蓄水位以上1个，正常蓄
系 水位以下可视需要设临时断面，下游坝坡2~5个。
统 （3）内部断面。一般布置在最大断面及其它特征
设 断面处，可视需要布设1~3个，每个断面可布设 计 1~3条观测垂线，各观测垂线还应尽量形成纵向观
测断面。
坝体较短时用
统
大气激光
有条件时用，可布设管道
设 计
土石坝
卫星定位 测斜仪或位移计 交会法
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
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
向坡上、向右岸
及 要
裂缝
张开
闭合
求
接缝
张开
闭合
闸墙
向闸室中心
背闸室中心
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
10
水工建筑物监测项目（1）
2
第
类别 项目
节
水位
监
降水
测 波浪 水文
项Βιβλιοθήκη Baidu
冲淤
目
气温
及
水温
要
表面
求
内部
地基
变形
裂缝
接缝
边坡
2021/4/9
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
（5）运行阶段。应进行经常的和特殊情况下的监测工作；定期对 监测设施进行检查、维护和鉴定，以确定是否应报废、封存或继续 观测、补充、完善和更新，定期对监测资料进行整编和分析。
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
8
工作状态划分
2
应定期对监测结果进行分析研究，并按下列类型对 第 大坝的工作状态作出评估：
点中部增设工作基点兼作标点，工作基点的 间距取决于采用的测量仪器。
统 （2）混凝土坝。可将工作基点布设在两岸
设 计
山体的岩洞内或位移测线延长线的稳定岩体
上。
（3）近坝区岩体及滑坡体。选择距观测标
点较近的稳定岩体建立工作基点。
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
19
3
水平位移观测点布置(校核基点)
二等或三等水准 坝体、坝基均适用
监 土石坝 测 系 近坝区岩体
三角高程 激光准直
一等或二等水准 三角高程
一般采用全站仪观测 两端应设垂直位移工作基点
观测表面、山洞内及地基回弹位移 观测表面位移
统
二等水准
观测表面及山洞内位移
设 高边坡及滑坡体 三角高程 卫星定位
计
沉降板
一般利用全站仪观测 范围较大时用
节 （1）正常状态，指大坝（或监测的对象）达到
监 测
设计要求的功能，不存在影响正常使用的缺陷，且 各主要监测量的变化处于正常情况下的状态。
项 （2）异常状态，指大坝（或监测的对象）的某
目 项功能已不能完全满足设计要求，或主要监测量出
及 现某些异常，因而影响正常使用的状态。
要 求
（3）险情状态，指大坝（或监测的对象）出现 危及安全的严重缺陷，或环境中某些危及安全的因
滑坡体每个观测断面上的位移标点一般不少于3个，
重点布设在滑坡体后缘起至正常蓄水位之间。
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
18
水平位移观测点布置(工作基点)
3
第 （1）土石坝。在两岸每一纵排标点的延长
节 线上各布设一个工作基点。当坝轴线为折线
或坝长超过500m时，可在坝身每一纵排标
监 测 系
7
基本要求
2
（1）可行性研究阶段。提出安全监测系统的总体设计专题、监测
第 仪器及设备的数量；监测系统的工程概算。
节
（2）招标设计阶段。提出监测系统设计文件，包括监测系统布置 图、仪器设备清单、各监测仪器设施的安装技术要求、测次要求及
监 测
工程预算等。 （3）施工阶段。提出施工详图，应做好仪器设备的检验、埋设、 安装、调试和保护，应绘制竣工图，编写埋设记录和竣工报告；应
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
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
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
23
垂直位移监测方法
3
部位
第 节 混凝土坝
方法
说明
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
节
布置。应保证具有在恶劣气候条件下仍能进行重要项目的监 测。
监 测 项
（2）仪器设备要耐久、可靠、实用、有效，力求先进和便 于实现自动化监测。 （3）仪器的安装和埋设必须及时，必须按设计要求精心施
目 工，应保证第一次蓄水期能够获得必要的监测成果，并应做
及 好仪器的保护；埋设完工后，及时作好初期测读工作，并绘
监 差。
测 系 统 设 计
•水准基点的形式可采用土基标、地表岩石标、深埋钢 管标、双金属管标等，具体形式可根据实际情况确定。 •一般分别在坝顶及坝基处各布设一排沉降监测标点， 在高混凝土坝中间高程廊道内和高土石坝的下游马道上，
也应适当布置观测标点。
•沉降标点可根据实际需要采用综合标、混凝土标、钢
管标、墙上标等形式。
22
3
水平位移监测方法（2）
第
视准线
卫星定位
节
高边坡、滑坡体 直线测距
边角网
同轴电缆
监
断层监测仪
测 系
断层、夹层
变位计 测斜仪 倒垂线
统
岩洞稳定点
设
倒垂线
计
校核基点
边角网 延长方向线
伸缩仪
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
第
（1）土石坝。一般仍采用延长方向线法， 即在两岸同排工作基点连线的延长线.上各
节 设1~2个校核基点，必要时可设置倒垂线或
监 采用边角网定位。
测 系 统
（2）混凝土坝。校核基点可布设在两岸灌 浆廊道内，也可采用倒垂线作为校核基点，
设 此时校核基点与倒垂线的观测墩宜合二为一。
计 （3）近坝区岩体及滑坡体。可将工作基点
要
求
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
13
第十四章 水利工程变形监测
变
形
监
测
§3 监测系统设计
与
数
据
处
理
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
14
监测断面布置(土石坝)
3
（1）观测横断面。布置在最大坝高、原河床处、 第 合龙段、地形突变处、地质条件复杂处、坝内埋管
节 或运行可能发生异常反应处。一般不少于2~3个。
节 纵向间距，当坝长小于300m时取30~50m，坝长大
监 测
于300m时，一般取50~ 100m。 （2）混凝土坝。在观测纵断面上的每个坝段、每个
系 垛墙或每个闸墩布设一个标点，对于重要工:程也可
统 在伸缩缝两侧各布设一个标点。
设 （3）近坝区岩体及滑坡体。在近坝区岩体每个断面 计 上至少布设3个标点，重点布设在靠坝肩下游面。在
述
•综合评判专家系统的开发研究
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
5
第十四章 水利工程变形监测
变 形 监
测 §2 监测项目及要求
与 数 据 处 理
2021/4/9
中南大学测绘与国土信息工程系
6
工作原则
2
（1）监测仪器和设施的布置，应明确监测目的，紧密结合
第 工程实际，突出重点，兼顾全面，相关项目统筹安排，配合
隧洞、 地下厂
房
水库
1
2
3
4
√
√
√
√
√
√
√√√√
√
√
√
√
√
√√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√√√
√
√√
√
√
√
√
√
√
√√√
√
√
√√
√
√
√
√
√
√√√√
√
√
√
√√
√
√
√
√
√
√
中南大学测绘与国土信息工程系
11
水工建筑物监测项目（2）
2
坝体
第
坝基
绕渗
节
渗流 渗流量
地下水
监
水质
测 项
土壤 混凝土 钢筋
目 应力 钢板
及