《大坝监测》——表面位移监测论文

《大坝监测》——论大坝表面位移监测方案及其分析

学校：河北工程大学水电学院

班级：10水利水电建筑工程2班姓名：

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【摘要：】水工建筑物及其地基在荷载作用下将产生水平位移和竖直位移，建筑物的位移是其工作条件的反映，因此，根据建筑物位移的大小及其变化规律，可以判断建筑物在运用期间的工作状况是否正常和安全，分析建筑物是否有产生裂缝、滑动和倾覆的可能性。目前大坝常规的监测方法是将水平位移和垂直位移分开观测。

本文对常用的几种水平位移观测法、垂直位移观测法进行了比较系统的分析，列出了这几种方法的原理、种类、特点、适用条件和优点以及不足等内容，对于在生产实践中进行水平位移观测时进行方法的选取具有一定的指导价值。

【关键字：】水平位移，视准线法，引张线法，激光准直法，垂线法，前方交会法，导线法，GPS测量法，垂直位移，几何水准测量法，几何水准测量法，液体静力水准法

一、水平位移监测

对水工建筑物的顺水流方向或顺轴线方向的水平位移变化进行，监测常用观测方法分两大类。一类是基准线法,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,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。

当要观测某一特定方向（譬如垂直于基坑维护体方向）的位移时，经常采用视准线法、小角度法等观测方法。但当变形体附近难以找到合适的工作基点或需同时观测变形体两个方向位移时，则一般采用前方交会法。水平位移观测观测实践中利用较多的前方交会法主要有两种：测边前方交会法和测角前方交会法。另外还有极坐标法以及一些困难条件下的水平位移观测方法。

（一）视准线法：通过视准线或经纬仪建立一个平行或通过坝轴线的铅直平面作为基准面，定期观测坝上测点与基准面之间偏离值的大小即为该点的水平位移。

精度分析：由基准线的设置过程可知，观测误差主要包括仪器测站点仪器对中误差，视准线照准误差，读数照准误差，其中，影响最大的无疑是读数照准误差。

可知，当即准线太长时，目标模糊，读数照准精度太差；且后视点与测点距离相差太远，望远镜调焦误差较大，无疑对观测成果有较大影响；另外此方法还受到大气折光等因素的影响。

适用于直线形混凝土闸坝顶部和土石坝坝面的水平位移观测。当采用这一方法时，主要的是要求它们的端点稳定，所以必须要作适当的布置，只能是定期地测定端点的位移值，而将观测值加以改正。视准线观测方法特点是速度快，精度较高，原理简单、方法实用、实施简便、投资较少的特点, 在水平位移观测中得到了广泛应用。

优点：视准线观测方法因其原理简单、方法实用、实施简便、投资较少的特点, 在水平位移观测中得到了广泛应用，并且派生出了多

种多样的观测方法，如分段视准线，终点设站视准线等。

不足：对较长的视准线而言, 由于视线长, 使照准误差增大, 甚至可能造成照准困难。当即准线太长时，目标模糊，照准精度太差且后视点与测点距离相差太远，望远镜调焦误差较大，无疑对观测成果有较大影响。精度低，不易实现自动观测，受外界条件影响较大，而且变形值（位移标点的位移量）不能超出该系统的最大偏距值，否则无法进行观测。

（二）引张线法：利用张紧在两工作基点之间的不锈钢丝作为基准线，测量沿线测点和钢丝之间的相对位移，以确定该点的水平位移。

适用于大型直线形混凝土的廊道内测点的水平位移观测。多用于混凝土坝、砌石坝等建筑物。主要用于测定混凝土建筑物垂直于轴线方向的（顺水流方向）水平位移。

优点：这种方法所需设备简单，不需精密的测量仪器，可以在建筑物廊道内进行观测，因此不受气候影响。

（三）激光准直法：利用激光束代替视线进行照准的准直方法，使用的仪器有激光准直仪，波带板激光准直系统和真空管道激光准直系统等。激光准直法利用激光的单色性好和方向性强的特点，建立起一条物理的视准线作为测量基准，根据测量原理的不同可分为直接准直和衍射法准直，后者精度高于前者。对于衍射法准直，根据其传播介质不同，主要有2种方式：大气激光准直和真空激光准直。

a大气激光准直

大气激光准直让激光直接在大气中传播，应用对象是坝长小于300

m`坝高较低的大坝，如泉水双曲薄拱坝（坝长109m），测量相对精度为10`5—10`6。大气激光准直由于受大气折射及喘流的影响而引起光束的抖动，测量精度低且不易实现自动化观测。最新发展是采用CCD技术，消除了光斑随机抖动的难题，实现了自动化监测，测量精度达+/-0.1mm，在南桠河闸坝顶及陕西韩城电厂等工程中有着成功的应用。

b真空激光准直

真空激光准直将波带板激光准直系统置于一个真空管道中，减少了光束的折射和抖动的误差，综合精度高达1*10`7—2*10`7。与引张线法相当，主要用于长坝`高坝的变形观测，已成功应用于太平哨`丰满`龚且`云峰`桓仁`宝珠寺等工程。激光准直法的发展方向是双向位移观测（垂直位移和上下游水平位移），在两端点处安装倒垂线作为水平位移的基准点，安装双金属标作为顺治位移的基准以实现双向位移观测。

适用于大型直线形混凝土坝观测。

对于布设在直线型的土石坝或混凝土坝顶上观测点的水平位移，主要是采用视准线法和激光准直方法观测。因为它们速度快，精度较高，计算工作也较简单。当采用这一方法时，主要的是要求它们的端点稳定，所以必须要作适当的布置，采用适当的方法来检核这一要求是否满足。

（四）垂线法:以坝体或坝基的铅垂线作为基准线，采用坐标仪测定沿线点位和铅垂线之间的相对水平位移。

这种方法适用于各种形式的混凝土坝。垂线由不锈钢丝制成，钢丝下部吊重锤,悬挂点在上部的称为正垂线(见彩图)；锚固点在基岩深处,依靠顶部浮筒的浮力将钢丝张紧的称为倒垂线。前者可测相对于悬挂点的相对水平位移，后者可测相对于锚固点的绝对水平位移，（五）前方交会法：利用三角网或导线测定两个或三个固定基点的坐标，通过基点测定闸坝上位移标点的水平位移。

适用于长度超过500m的混凝土重力坝和土石坝的水平位移观测，也可用于混凝土拱坝坝顶和下游面的水平位移观测。

对于混凝土坝下游面上的观测点以及对于拱坝的观测，常采用前方交会法。这时系以坝下游地区的控制点为测站，对观测点进行前方交会，从而求得其位移值。用前方交会法则可求得位移值的总量，这是该法的优点。

基点布置有较大灵活性。能同时观测2个方向的位移。观测耗时少。当测点较多，并分布在多条直线上时，交会法的耗时较视准线等方法少。

不足：前方交会法由于受测角误差、测边误差、交会角及图形结构、基线长度、外界条件的变化等因素影响，精度较低。另外，其观测工作量较大，计算过程较复杂，故不单独使用，而是常作为备用手段或配合其他方法使用。

（六）导线法：在混凝土拱坝廊道内布置折线形导线，以导线端点的倒垂线作基准，用以测量坝内导线点的水平位移。

只适用于大型混凝土厚拱坝或曲线形重力坝。