大坝安全监测方案

杆可以用锚杆测力计。 计算方法 由应变计算应力：由位移计算应变，再计算应力。
4.2 钢材的应力监测
监测方法 埋设钢筋计和钢筋无应力计 钢筋计
27
要求 ❖ 钢筋计应该焊接在同一直径的受力钢筋的轴线上，无应力计也应该
布置在附近 ❖ 钢筋计距钢筋的绑扎接头大于1.5m,不使传感器弯曲。
（SL268-2001） ➢ 《水文情报预报规范》（SL250-2000） ➢ 《水文自动测报系统规范》（SL61-94） ➢ 《水文自动测报系统设备基本技术条件》，SL/T102-1995 ➢ 《水文测报装置遥测雨量计》(GB 11931-89) ➢ 《水文测报装置遥测水位计》（GB 11930-89）
偿河水库新建工程由拦河坝、溢洪道、输水系统、上坝公路等建筑物组成。 水库正常蓄水位为 178m，总库容为 9380 万 m3，日平均供水设计规模为近期 20.5 万 m3，远期 42.6 万 m3，枢纽主要建筑物包括碾压混凝土重力坝(含溢流表孔、 泄洪冲沙中孔)、取水建筑物及输水管线等，次要建筑物主要包括上坝公路及交 通洞等。挡水建筑物主要为拦河大坝，拦河大坝为碾压重力坝，由左岸非溢流重 力坝段、右岸非溢流重力坝段组成。
8
❖ 裂缝情况（变形的极端情况） 布点 一般在表面布设的点多一点，原因是：方便、也是位移变化最大的
部位； 内部和各方向上的布点一般应该大于3个
3.2 观测断面的布设
本大坝属于混凝土坝（重力坝或拱坝等），其各项指标布设点位置如下： 位移观测
纵断面：在坝顶怀廊道中各设置一个，坝高时在坝中间部位增设1~2 纵继面
大坝安全监测是通过仪器观测和人工的现场检查监视，对大坝坝 体、坝肩、近坝区岸坡及坝周围环境所作的测量及观察，通过合理的计 算和分析对工程的工作状态进行评估，对工程未来性态进行预报，以确 保工程的安全，兼顾有改进工程设计、提高施工技术、进行科学研究等 作用。 监测项目主要包括:
3
仪器监测 变形监测 渗流监测 应力监测 水文气象监测
4
（2）可靠性原则 设备具有备用电源，若以太阳能为基本电源，确保其可靠。对于其 它设备，要充分考虑其可能面临的应急断电问题，包含安全型继电器。 （3）稳定性原则 保证系统运行时间较长，一般要求7*24小时不间断运行，主要设备 达到工业级标准。 （4）安全性原则 保证数据安全，即具有完善的数据保密系统。应分别从硬件和软件 防火墙两个角度进行数据保密工作，防止受到攻击、窃取、恶意篡改等 非法访问，同时提供数据自动备份功能，保护数据库本身的安全。 （5）可扩展性原则 本次开发的系统包括硬件和软件两大部分内容，不论是硬件还是软 件平台，都应预留可扩展接口，以备和相关部门其他系统软件集成或共 享。 （6）可维护性原则 系统性能较好，但本次开发的系统应具有可维护性，可进行设备运 行状态监视、故障定位、故障智能识别及故障报警。
题 ❖ 坝体应力的观测较为复杂
4.2 混凝土的应力监测
基本原理
23
混凝土应力监测的原理是通过大混凝土中坦设应变计来测定混凝土 的应变值，由应变值通过弹性理念经计算混凝土的应力值。因为应变好 测，同时是通过测定水平、倾斜和垂直方向的应力值，来计算测点的大 小主应力值。
弹性模量与混凝土的龄期有关
观测对象 ❖ 总应变 ❖ 温度与湿度引起的应变 ❖ 混凝土各龄期下弹性模量试验 ❖ 混凝土蠕变和松弛试验
13
3.4 挠度观测
简介 挠度指坝体的分层变形情况，有正垂线、倒垂线两种方法，混凝土坝一 般布置在最高坝段面，拱冠处。 正垂线法
倒垂线法
14
3.4 倾斜观测
混凝土坝常用的是倾斜仪法和精密水准法。 倾斜仪就是一把带有地脚调节螺栓的水平尺，可以测定倾斜的角度， 用于表面倾斜测量。
15
3.4 裂缝观测
❖ 量水堰设在矩形平直的渠段上，隔水 ❖ 堰板与水流垂直 ❖ 堰口为自由出流 ❖ 堰板为不锈钢平板，其堰口下游边为45度斜角 ❖ 测度设备设在堰口上游3~5倍堰顶水位处 ❖ 堰槽长度应该大于7倍堰顶水头，其中上游段应该大于5倍堰顶水头
4 应力监测
22
4.1 简介
混凝土坝的应力分布 ❖ 坝体应力是表片大坝安全的重要指标 ❖ 大坝应力状况是大坝设计者关心的问题，也是大坝管理者关心的问
观测方法限与篇幅，不做多讲。
12
3.3 垂直位移的观测
观测方法有精密水准法，沉降仪法，沉降板法，多点位移计法，这 里着重介绍沉降仪法和沉降板法。 沉降仪法： 本项目用钢弦式，其内部构造见下图：
该传感器随着外界压力的变化，频率也会发生变化，其数学模型是：
f 1 F 2 ml
沉降板法： 适用于监测分层垂直位移，坝体内部垂直位移。
1.4 开发依据 有关规程规范和技术标准。 ➢ 《水文调查规范》（SL196-97） ➢ 《降雨量观测规范》（SL21-2006）
5
➢ 《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006） ➢ 国务院第77号令，《水库大坝安全管理条例》，1991 ➢ 水利部，《土石坝安全监测技术规范》（SL10-94） ➢ 国家经委，《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T5178-2003） ➢ 《大坝安全自动化监测系统设备基本技术条件》
我国共有3482座水库垮坝。七十年代平均每年垮200多座，其中1973年高达 554座。以后每年平均也有20多座垮坝。1975年的板桥水库垮坝事故，造成约2.6 万余人死亡，损失惨重。如图1
图1 河南板桥 1975.8
2
图2 大坝安全关系到百姓的生命财产安全，任重而道远，故开展现代化的安 全监测措施是十分有必要的。 1.2 项目内容及目标 1.2.1 项目内容
26
4.2 岩体的应力监测
监测部位 ❖ 坝基地下工程 ❖ 坝肩岩体 ❖ 洞室 观测方法与仪器 ❖ 岩基应变计（即：大应变计，标距长度为1~2m),多点位移计，滑动
测微计 ❖ 岩石弹性模量可用室内试验或钻孔弹模仪测定 测点布置 ❖ 对于重力坝应该重点在坝踵与坝趾区基岩，对于拱坝重点在两岸坝
肩 ❖ 高边坡监测可采用多点位移计观测 ❖ 洞室应力监测应该用收敛仪、三向位移计、多点位移计等，对于锚
来状态做出及时有效的预报； （3）法律：对由于工程事故而引起的责任和赔偿问题，观测资料有
助于确定原因和责任，以便法庭作出公正判决； （4）研究：观测是建筑物工作形态的真实反映，可为未来设计提供
定量信息等。 1.3 开发原则
（1）设备基础原则 接口故障不影响其他系统，故障自诊断和远程维护，防潮、防腐、 耐湿、抗风、防雷，保证设备能在恶劣自然环境中全天候的执行监测预 警任务。
18
4.3 孔隙压力监测
监测土体固结时孔隙水的压力变化 一般应用于监测土坝施工期的饱和土固结过程，或监测软弱地基在 施工中的固结过程，保证施工期安全。 方法与上同。
19
4.3 绕坝渗流监测
概念
监测部位 坝体两岸坝肩及部分山体、坝体与其它建筑物的接触处、坝肩防渗齿墙、 灌浆帏幕与两岸结合等送键部位。 观测断面与观测点 观测方法 ❖ 测压管 ❖ 渗压计 注意事项 ❖ 进水段不能太长，否则失真
钢材
软
测 土压力
件
平 台
水
温度
文
气
雨量
象
水位
监
测
蒸发
安全监测工作贯穿于坝工建设与运行管理的全过程，基本分3个阶段。
（1）工程设计阶段
主要是完成一个监测项目恰当、测点布局合理、监测规模合适的安
全监测设计。
（2）施工阶段
主要是完成监测设施的施工，并为工程施工方案提供依据。
（3）运行管理阶段
主要是及时掌握大坝结构性态，进行实时安全监控，确保大坝安全。
2 总体设计
一个监测系统主要由现场的监测仪器、导线、采集测控单元，通讯 装置、计算机及其相应的监测软件等构成。
下图为监测系统的基本结构图：
6
变
表面位移
形
内部位移
监
测 整体位移
水平位移 垂直位移 水平位移 垂直位移
缝隙
倾斜 弯曲
大
扬压力
渗
流
地下水位
坝
监
孔隙压力
测
安
渗流量
安
全
全
混凝土
检
监
应
查
岩体
测
力
监
原理 ❖ 宽度：利用固定在裂缝两侧的位称传感器或卡尺测量 ❖ 长度：钢尺人工测量 ❖ 深度：探地雷达，超声波等。
面板坝的面板具有防渗作用，周边缝是容易开裂的，监测非常重要。 一般用三向测缝仪进行监测，即使在水下因为防水，固不影响工作。
4 渗流监测
16
4.1 重要性
国际大坝委员会在1988~1994年对世界溃坝进行统计分析认为，各 种坝形溃坝比例基本一致，渗透破坏导致的占30%，坝体18%，坝基渗 透12%。因此：对坝体渗透状况进行监测是非常有必要的。
安全检查 现场巡视检查 现场监视
1.2.2 项目目标 安全监测除了及时掌握建筑物的工作状态，确保安全外，其还有诊
断、预测、法律、研究等方面的作用。 （1）诊断：包括验证设计参数、改进设计；对施工技术进行评估和
改进；对不安全迹象和险情的诊断并采取措施进行加固等； （2）预测：运用长期积累的观测资料掌握变化规律，对建ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物的未
4.2 内容
混凝土坝：
4.2 扬压力监测
混凝土坝的观测断面有： 坝基 ❖ 纵断面：1个，帏幕、排水孔下游侧或排水帏幕线上 ❖ 横断面：2~5个 ❖ 观测点：横断面上3~5个点
17
坝体 ❖ 数量较坝基少，并与坝基结合。在分缝初设，1~3个横断面。 ❖ 上游密，排水孔上下游各设观测点
有测压管和渗压计两种观测方法：
7
3 变形监测
3.1 简介
大坝变形的的主要概念有：表面位移、内部位移和整体位移。表面 和内部位移都包含垂直水平位移两方面，整体位移包含含弯曲、倾斜、 裂缝三方面。
下图为大坝变形示意图：
这些指标中，通过以下几个观测项目可以反映大坝变形 ❖ 表面水平位移观测 ❖ 垂直位移观测（包括坝体表面、内部） ❖ 挠度（与以上联合，表征内部位移） ❖ 倾斜度
观测方法
24
❖ 应力计（单向、多项）：测定总应变 ❖ 无应力计：测定因为温度、湿度和化学变化引起的应变 应变计 通过内部应变片电阻的变化测定坝体的应变，分为：单应变计、应变计 组（7~9向、3~5向）
埋在混凝土内部的应变计
25
绑在钢筋上的应变计 无应力计 分为混凝土、钢筋、岩体三种，筒内材料与所测材料应该一致，变形应 该不受坝体变形的影响。
以及数学模型:
10
布设位置 ❖ 在坝体表面沿坝轴线方向布置 ❖ 观测基点一般设在坝体两端的不受坝体变形影响的基岩上或廊道里 ❖ 坝顶与下游侧布线多，上游侧布线少 视准线法 ❖ 基本原理 与引张线法基本一致，但是其固定不动的“线”，是经纬仪的光线：
11
❖ 观测基点结构： 基点固定在坝两侧相对不变形的位置上，测点固定在坝体上，与坝体同 步位移。强制对中。
大坝安全监测设计方案
1
1 概述
1.1 项目背景和意义
广西柳州市鹿寨县古偿河水库工程是一个以城市以供水为主、兼有灌溉等效 益的供水工程。水库位于古偿河水库工程位于柳州市鹿寨县黄冕乡古偿村上游 3km的古偿河上，坝址距黄冕乡约9km，距鹿寨县城约40km，至柳州67km。
古偿河没有水文站，只有一个木龙雨量站，属于亚热带季风气候区，气候温 和，雨量丰沛，植被良好。
内部断面（横断面）：布置在最大坝高断面上，与结构复杂断面处 1~2个 挠度观测（倾斜观测与挠度观没设置一致）
同一坝段设置2~3条垂线即可，同一垂线设置多个测点 裂缝观测（设在接缝、突变部位和重点部位
横断面与纵断面应该相互交叉，共用一个测点
9
3.2 水平位移的观测
目前有七种办法，分别是引张线法、视准线法、激光准直法、交会 法、测斜仪与位移计、卫星定位法和导线法（全站仪），本节着重介绍 引张线法、视准线法的使用。 引张线法原理：
混凝土坝一般在下游检查廊道内进行，也可以在坝后设置 注意： ❖ 坝后坝面上设排水沟，导出地面径流 ❖ 避免泄洪流和下游回水干扰 ❖ 切实做好分区渗流的分隔 ❖ 用导渗沟将渗流导渗与集中部位，以便于观测
21
观测方法 ❖ 流量小于1L/s，容积法 ❖ 流量在1~300L/s,量水堰法 ❖ 太大时用导渗沟如排水沟，流速仪法 量水堰法
20
❖ 多层地层时，注意分层封堵 ❖ 深度达到死水位、原地十水位以下 ❖ 其他原理等同上节
4.4 地下水位
与渗压观测原理相同，观测的是地下水位。
4.4 渗流量
观测内容
❖ 总渗流量 ❖ 分区渗流量 ❖ 各坝段渗流量（河床、溢流段等） ❖ 坝体、坝基、绕渗流量 ❖ 导渗渗流量，如减压井、排水井等 布置