论述大坝安全监测分析与数值模拟在水工结
构中的应用及新进展
一、大坝安全监测分析
1.大坝监测的内容
大坝安全监测的范围应根据坝址、枢纽布置、坝高、库容、投资以及失事后果等确定，根据具体情况由坝体、坝基、坝肩，推广到库区及梯级水库大坝；监测的时间应从设计时开始至运行管理；监测的内容包括坝体结构、地质状况、辅助机电设备及消洪泄能建筑物等。
1.1大坝安全监测的分类
1．1.1 仪器监测
仪器监测是选择有代表性的部位或断面，按需要使用或安装、埋设仪器设备，对某些物理量进行系统的观测，取得反映建筑物性状变化的实测数据。仪器监测的项目主要有“变形监测”、“渗流监测”、“应力、应变及温度监测”和“环境量监测”。随着监测范围的扩展，诸如水力学监测、地震监测、动力监测等一些新兴监测项目不断涌现。
1.1.2 巡视检查
监测技术人员通过目视或借助一些专用设备（如在某些部位安装摄像头，辅设人工巡视专用栈道等）对建筑物现场包括坝体、坡脚、坝肩、廊道、排水设施、机电设备、船闸、航道、高陡边坡等部位进行查看、比较、分析，进而发现建筑物在施工、挡水、运行中可能危及工程安全的异常现象。它弥补了监测仪器仅埋设在指定部位的不足。而且能直观
地发现某些监测仪器不易监测到的非正常现象．提供有关建筑物安全等一些重要信息，是监测系统的组成部分。巡视检查和仪器监测是不可分割的。巡视检查也要尽可能利用当今的先进仪器和技术对大坝特别是隐患进行检查，以早发现早处理。如土石坝的洞穴、暗缝、软弱夹层等很难通过简单的人工检查发现，因此，必须借用高密度电阻率法、中间梯度法、瞬态面波法等进行检查．从而完成对其定位及严重程度的判定。因此，在大坝监测中多数采用两种监测手段结合起来的方法。
1.2大坝安全监测的目的和意义
1.2.1掌握大坝的工作状态。
指导工程的运行管理通过大坝的安全监测及时获取大坝安全的第
一手资料．掌握大坝工作状态，实现对大坝的在线、实时安全监控。在发生异常现象时，分析产生的原因和危险程度，预测大坝的安全趋势。及时采取措施，把事故消灭在萌芽状态中，保证工程安全。
1．2.2 验证坝工设计理论和选用参数的合理性
到目前为止。因实际情况复杂多变，水工建筑的设计尚不能完全与实际情况相吻合，作用在建筑物上的荷载除水压力和自重力，都难以精确计算。因此在水工设计中不得不采用一些经验系数和简化公式进行计算。通过大坝安全监测认识监测物量变化规律，检验坝工基本理论的正确性、设计方法和计算参数的合理性。验证施工措施、材料性能、工程质量的效果。
1．2.3 了解施工期建筑物的状态以保证施工质量
分析施工期观测资料。可以了解大坝在施工期间的结构性态变化．为后续施工采取合理措施提供信息．据此指导施工，保证工程质量。此外施工期的原型监测，不仅服务于施工期，更重要的是它记录了建筑物初期的工作状态。这对研究大坝工作状态发展的全过程提供了极为宝贵的资料。
1.2.4 检验设计与施工。促进坝工科技发展
目前研究水工建筑物结构性态的主要手段是理论计算和模型试验。由于影响因素及复杂性，研究时
均须作一些假定或简化，致使设计与实际存在差异。通过大坝安全监测的监测资料反映各种因素的影响，其结果可弥补前两种方法之不足，据此对设计理论和方法进行修正，以进一步提高坝工建设技术水平。2.监测资料分析以及数学模型
在获得监测数据后必须进行资料分析。资料分析可以分为定性分析与定量分析两部分。定性分析通常包括：对实测资料中有代表性的主要测值信息进行基本特征值统计．进行对比分析，如将新监测值与历史同条件侧值进行对比，等等；绘制实测仍变化防线及相关测项对应曲线，并以这些为基础对被监侧体的状态进行初步定性识别，同时可考察测值的真实性，识别内仪器失效、观测失误等因素造成的明显不合理资料。定量分析则需要从力学、数学等方面人手。从定量角度较为深入、详细地揭示资料所含的信息，描述内在规律，进行顶测、评判和反演等。
大坝及其基础是开展安全监测分析最为系统的工程对象之一。作
为具有悠久建筑史的大坝．其安全从古至今一直备受关注。随着测录技术、观测方法的发展，这些技术逐步应用到大坝工程．使大坝的安全监测工作发挥出巨大作用，如今大坝的建设、运行和安全监测已经密不可分。在大型工程中，安全监测的系统实施往往成为一项关键工作。
与同类程相比，大坝安全监测的发展相对完善、技术也较为先进。先进性体现在监测项日的设置及其配套仪器的开发应用．以及收测资料分析处理的系统性方面。
在监测项目上，大坝主要设置有：变形状测．渗流监测，应力应变监测，温度监测，工作条件监测，以及地震、坝区岸坡稳定等共他监测项口。
大坝的变形监测包括水平位移与挠度、竖直位移、倾斜、裂缝及接缝、土体因结等。水平位移挠度监侧采用较多的是基准线法，包括垂线、引张线、视准线和激光准量线．另外，也有采用边角网与交会点法、导线法等大地测量方法，以及采用相对位移计、测斜仪等设备进行监测。坝体垂直位移监侧经常采用的是几何水准测量法和静力水准测量法。在坝基中，经常采用多点位移计监测沿测孔方向的位移。倾斜监测会直接法和N接法，直接法是采用气泡倾斜仪或遥测倾斜仪测量大坝的倾斜角，间接法是通过坝体其他种类位移监测来间接获得大坝的倾斜员。裂缝及接缝的除测可以采州设置金属标点及洲缝计等方式：十石坝坝体的固结和沉降可以采用沉降仪测量坝体高程点的高群变化．进而计算坝体固结度和沉降量。
常见的大坝渗流监测项目有：扬压力监测、渗流压监测、绕坝渗流
监测、渗流量监测和渗流水质监测等。扬从力指水头对坝基面上产生的渗透尺力从足水对坝基间卜产生的浮托力。对于混凝土坝．从扬压力的大小可以判断灌桨和排水系统的效果，如果超过设计值，对大坝安伞是个利的。观测扬压力一般采用测压管或孔隙压力计。
目前大坝监测资料分析及安全监控中所采用的模型方法主要是统
计模型、混合模型和确定性模型。针对单点模型的局限性，张进平等提出了分布模型的概念。以处理同一监测量多个测点的监测信息。这一模型方法在因子集的确定、模型评价方法等方面已形成了较完整的建模体系目前,多测点模型已得到了较广泛的应用。
结构材料所在传统监控模型的完善、改进多方面取得了研究成果。例如，对监测量影响因素因子集的扩充。各种类型时效分量的因子设置, 考虑渗流滞后影响因素渗流分析模型等。这些研究成果提高了传统模型的分析能力，有利于监测数据的深入分析。又如，传统模型大多针对运行期, 为满足施工期安全监测的需要, 开展了适用于施工期监控数学模型的研究。例如针对二滩、龙滩等大型工程施工期监控模型的研究。这些研究成果扩大了监控数学模型的应用范围。张进平等还提出了冻胀因子进行变形监测资料分析，其拟合效果优于或接近传统模型；模型的物理意义更为明确合理，可以对季节性冻胀的影响进行直接分析。对变化量值进行一定的估计，与传统模型比较，冻胀模型回归结果中的水位分量、时效分量相差不大。对于东北地区例如丰满这样冻胀问题较为严重的大坝及地处高寒地区的混凝土坝，有必要采用考虑冻胀因子的模型进行分析，以了解及评价冻胀对变形性态的影响，对其老化评估也很有意
义。
3大坝安全监测分析及数值模拟的发展历程
3.1有限元法与监测模型
在1943年，Courtant第一次尝试应用在三角形区域上的分片连续函数和最小势能原理相结合来求St.Vena扭转问题。在1956年，Turner，
C1ough等人在分析飞机结构时，将刚架位移法推广应用于弹性力学平面问题，这次成功的尝试大大推动了有限元方法的应用，进而在1960年，Clough进—步处理了平面弹性问题，并第一次提出了“有限单元法”的名称。
有限单元法随着计算机技术的发展而迅速发展．到20世纪70年代初，有限单元法在理论上已基个成熟，在当前连续介质力学研究领域应用极其广泛．并陆续出现商业化的有限元分析软件，它们往往以功能强、使用方便、计算结果可靠和效率高等优势成为许多行业的分析工具，同时，针对不同工程分析需要，一些专门有限元分析软件或模块也逐步开发。在水利、岩土及相艾工程中，有限元被广泛用来处理多种岩土材料、不同的地质构造条件的问题，以及考虑开挖或填筑施工、安全运行期和加固处理小的分析问题，涉及重力坝、拱坝、土省坝、边坡，以及洞室、水闸、升船机等对象、实际上，对于几乎所有的复杂水利及岩土工程问题，有限元法已经成为设计、分析的主要选择对象。
有限元的基本思想是把需要求解的连续区域离散化为有限数目、按一定方式相互联结在一起的单元进行求解。单元的联结方式和形状可以不同，所以便于求解复杂几何形状的求解区域。有限元求解的一个特
色就是以单元内的假设近似函数来表示待求解的区域的未知场函数。近似函数一般由未知场函数在单元的各个节点的数值和插值函数来表尔，于是将连续酌区域求解问题转化为有限自由度求解的问题，求解出这些离散后的未知量，就可以通过插值函数得到单元内场函数的近似值，从而扩展得到整个待求解区域的近似解。
日前在有限元计算与监测模型结合方面，研究成果最多、应用最广的是大坝及其基础工程，对其他工程(如边坡等)也有研究，主要的思路与大坝及其基础工程是相似的，但针对具体对象时，数值计算的细节处理、监测模型具体构造和求解方法应视情况适当调整。例如，运行期的重力坝在结合有限元计算建立监测模型时，考虑的主要荷载主要是水压、温度和时效，而目前应用最多的是水压确定性模型，也就是以不同水压高程为工况进行有限元分析，然后建立确定性监测模型；
有限元计算和安全监测模型的结合应用主要在于：以有限元计算结果为基础，采用安全监测数学模型建模方法建立确定性模型；以确定性模型和实测信息建立混合模型；以监测模型、实测数据、数值计算结果进行参数反分析；数值计算规律和实测结果及监测模型规律的对比分析、验证，等等。数值计算、监测模型和实测信息可以相互印让、组合分析，在通常情况下，由于目前对于材料力学参数和力学行为掌握的不完全性，因此数值计算的结果会有所偏差，实测信息(如位移)是分析对象综合状态的实际反应，是验证数值计算结果的有效手段；由于实际工程监测范围和测点的布置是有限的，而数值计算可以得到整个计算范围的位移、应力等结果，所以其分布规律等信息可以与有限个测点的信息相互印证
补充；安全监测数学模型可以给出状态量和多个主要影响因素问的定量关系，可以进行后期预测，既可以直接在实测数据基础上建立，也可以结合数值计算结果建立，通过两者结合可以对某些材料参数(如混凝土弹性模量等)进行反演调整。
3.2安全监测灰色模型
20世纪80年代邓聚龙提出灰色模型理论并应用。经过多年发展。形成了以灰色关联空间(简称灰关联空间)为基础的分析体系．以灰色模型GM为主体的模型体系．以灰色过程及其生成空间为基础与内涵的方法休系．以系统分析、建模、预测、决策、控制和坪估为纲的技术体系。该理论提出以来，不同研究领域的许多学者对其进行了大量的发展完善及应用推广工作，使其企在社会系统、经济系统、生态系统、水利水文、岩土工程和灾害预测等领域得以成功应用．并在进一步地拓展。灰色系统中所谓的“灰”是相对“黑”、“白”而言的。“黑”用来表示信息缺乏，“白”用来代表信息充分．当信息不完全、不充分时，则用“灰”来表示。相应上述概念，信息未知的系统称为黑色系统、信息完全明确的系统称为白色系统，而部分信息明确、部分信息不明确的系统称为灰色系统。
GM(1，1)模型对应的是1个变量的l阶灰微分方程，它是单序列建模，只用到系统的行为序列，没有外作用序列。在模型中，称参数a为GM(1，])模型的发展系数，它反映了?x（1）及? x（2）的发展态势。b为灰色作用量，是从背景值挖掘出来的数据，它反映数据变化的关系，其确切内涵是灰的，灰色作用量的存在是区别灰色建模与一般输入输出建模(黑箱建模)的
分水岭。
GM(1，1)模型的应用较为方便，这里选用水利工程建设中边坡监测分析为例加以说明。水利建设中经常形成临时或永久高边坡，其中，五强溪水电站和清江隔河岩水电站形成的边坡在第1章中已有介绍；再如，三峡水利枢纽工程永久船闸为双线五级连续船闸，于工程左岸山体中深切开挖修建，从上至下各闸室底板建基面分别挖到122．6m，112．95m，92．2m，71．45m，50．7m高程，捷闸室两侧形成人工岩质高边坡，第3闸室处最高可达170 m。边坡在全强风化岩体、弱风化及微新岩体中开挖，坡比分别为1:1，1:0.5和1:0.5，其中闸室段墙顶以下为直立坡，
直立坡高50一70 m。边坡失稳事件相对较多，给工程带来诸如工期延误，财产、设备损央、人员伤亡，甚至改变设计初衷等不良后果。所以在重要水利工程中，边坡的安全监测分析同样被提到十分重要的地位。由于边坡工程力学行为十分复杂，不甚清楚的因素很多，实际位移通过监测是可以明确的(这里还不计人误差产生的情况)，但引起位移的力学机制和力学模划并不十分清楚，因此对这类灰色系统，GM模型提供了一种独特方法，可以利用它对监测数据进行分析、对该系统的发展状况给予估计。这种方法如今在边坡变形监测、滑坡预测等方面应用很广，其中最常用的是GM(1，1)模型。
3.3安全监测神经网络模型
20世纪80年代，对神经网络的研究开展了大量而深入的开拓性工作，发展了神经元网络的理论，使人们对模仿大脑来进行信息处理充满了希望。Kohonen于1981年提出自组织特征映射，该网络在无教师情况下，
通过对输入模式的反复学习，捕捉住各个输入模式中所含的模式特征，并对其进行自组织，在竞争层将分类结果出若干个神经同时表现出来。
迄今为止，人工神经网络系统已经具有一些向人脑相类似的特点，在信息的分布式存储、数据的并行处理．以及利用外来的信息进行自学习的能力等方面都同人脑很相似。人工神经网络应用极其广泛，涉及诸多行业，尤其在模式识别、人工智能、控制工程、优化计算和联想记忆、信号处理等领域有着很好的应用前景。
在安全监测工作中，人工神经网络由于其自学习、自组织、自适应性的能力特征，能够在输入因子与输出因子的数学关系不明确的情况下，对安全监测的数据进行分析，并具有很好的容错性，这些是许多情况下安全监测领域所需要的。因此，人工神经网络在这一领域向着十分广泛的应用前景。
4 大坝安全监测与数值模拟的新进展
4.1．智能化
近30年，随着电子计算机的发展，国内外广泛采用弹性理论的有限单元法来计算坝体应力。这个方法是把弹性的连续体离散化为有限数目单元的组合体，并考虑组合体内单元之间的位移连续条件。对各种复杂的边界条件和坝体、坝基材料不均匀性都能给以反映，是一种综合能力较强的计算方法。随着计算机附属设备和软件工程的发展，ANSYS中前处理和后处理功能方面有很大的进步，如网格自动划分、计算成果整理与绘图、屏幕显示等，更进一步推动了该计算方法的应用。将我们监测到的数据资料与利用数值模拟的结果进行对比，就可以及发现里面的影
响因素以及作用规律。一些计算处理复杂的新的分析方法更依赖于ＡＮＳＹＳＹ，如东武仕、岳城、陆浑等水库坝安全监测的计算机管理。结合对三门峡大坝多年的变形监测资料,选取确定性模型对影响大坝的物理因素从水压、温度、时效三个方面进行有限元分析。在此过程中,充分考虑了山体压力、静水压力等因素的影响。利用有限元软件ANSYS对大坝进行了应力应变分析,直观的表现了三门峡大坝现在的运行状态。
4.2．精确化
灰色模型提供了在贫息情况下解决系统问题的新途径，但其不足是比较适合解决具有指数增长趋势的实际问题，对于其他变化趋势，则有时拟合灰度较大，导致精度难以提高。由小波分析理论知，信号可以通过小波分解为不同的频率通道，由于分解后的信号在频率成分上比原信号单一，并且小波分解对信号作了平滑，因此分解后的平稳性比原信号要好得多。基于小波理论和灰色模型各自的特征，将二者有机的结合起来，即采用小波分析理论对监测数据序列进行小波分解，对分解的不同尺度下的数据子序列进行分析并利用相应的灰色模型进行预测，从而形成大坝安全监测数据处理的新方法，即基于小波分析的灰色预测，并通过实例验证该模型可以达到良好的预测结果。
4.３系统化
现代科技发展带来了监测方法和仪器的革新，在得到更为丰富、全面监测信息的同时，也给监测工作带来海量监测数据的高效管理、监测信息可视化及功能集成等问题，因此开发大坝安全监测系统就成为一项重要研究工作。白崇宇，黄铭等人提出了应用visual Stuodio平台构建
大坝安全监测系统的具有可视化设计界面，包含大量的工具平台供用户调用和设置，具备设计、开发、调试和部署等功能，并能调用ArcGIS Engine提供的GIS控件，如制图控件、３Ｄ控件、框架控件等，并借助这些控件实现大坝模型的可视化显示、信息查询、数据管理及监测数据分析处理功能。在我国基于GIS及类似平台的大坝安全监测系统已有不少研究，如应用Visual Basic语言，以GIS为平台开发了大坝安全监控信息管理系统，实现了大坝安全监测的信息化和可视化；利用Delphi技术开发大坝监测系统，实现了大坝安全监控的实时监控和评判。
5.结论
随着水利、水电事业的发展，大坝安全监测分析的新问题、新任务和新要求也随之而来，促使人们对大坝安全监测进行更深入的研究和探讨，同时也使大坝安全监测与数值模拟在内容上、思维方向上、分析方法上、技术上都有了新的发展。
( 1)监测范围和内容上, 由规定范围扩展到覆盖水库水电工程的设计、施工及运行的整个过程, 监测内容涵盖工程各阶段的主要任务与问题。
( 2)思维方向上, 由重视宏观量的分析扩展到重视微观分析、重视大坝整体综合分析、重视风险分析与预案措施。
( 3)分析方法上, 国内外关于采用最小二乘法对大坝安全监测数据的误差处理进行了多方面研究和改进, 提出了一些可靠的算法, 逐步实现剔除粗差, 消除或削弱系统误差; 对大坝监测数据的正反分析内容的研究也进一步深入。
( 4)技术方法上, 由传统的变形、渗流、应力监测和安全检查等项目转为自动化监测。应用新的理论、新的方法, 采用网络数据库技术, 建立大坝安全监测信息网, 实现自动化、数字化、智能化。
参考文献
[1]黄铭.数学模型与工程安全监测[M].上海；上海交通大学出版社，2008.
[2]李珍照.大坝安全监测[M]．北京;中国电力出版社，1997．
[3]方卫华．对大坝安全监测的几点认识[J]．大坝与安全，2004.(6)：26—28．
[4]白崇宇，黄铭，等.基于visual Stuodio平台的大坝安全监测系统构建与实现方法[J].水电能源科学，2013.
[5]黄铭. 水利及岩土工程新型安全监测数学模型研究.上海交通大学博士后研究工作报告.
[6]李子阳，郭丽，顾冲时. 大坝监测资料的时变 Kalman 预测模型.武汉大学学报，2010.8第35卷第8期.
[7]李晓璐，李春雷，李德玉，王海波. 基于多层次模糊分析法的大坝安全评价研究.人民长江，2010.9第41卷第17期.
[8] 张进平,黎利兵，卢正超.大坝安全监测研究的回顾与展望[J].中国水利水电科学研究院学报,2008,6（4）:317-322 .
大坝安全监测的内涵及扩 展参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
大坝安全监测的内涵及扩展参考文本使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 众所周知，大坝是一种特殊建筑物，其特殊性主要表 现在如下3个方面：①投资及效益的巨大和失事后造成灾 难的严重性；②结构、边界条件及运行环境的复杂性；③ 设计、施工、运行维护的经验性、不确定性和涉及内容的 广泛性。以上特殊性说明了要准确了解大坝工作性态，只 能通过大坝安全监测来实现，同时也说明了大坝安全监测 的重要性。事实上，大坝安全监测已受到人们的广泛重 视，我国已先后颁布了差阻式仪器标准及监测仪器系列型 谱、《水电站大坝安全检查实施细则》、《混凝大坝安全 监测技术规范》、《水库大坝安全管理条例》、《土石坝 安全监测技术规范》等，同时，国际大坝会议也多次讨论 过大坝安全问题［1］。
大坝安全监测是人们了解大坝运行性态和安全状况的有效手段。随着科学技术的发展、管理水平的提高及人们观念的转变，大坝安全监测的内涵也进一步加深。为此，笔者从分析影响大坝安全的因素入手，对大坝安全监测的若干问题进行探讨。 1 影响大坝安全的因素 影响大坝安全的因素很多，据国际大坝会议“关于水坝和水库恶化”小组委员会记录的1100座大坝失事实例，从1950年至1975年大坝失事的概率和成因分析中得出大坝失事的频率和成因分别为：30%是由于设计洪水位偏低和泄洪设备失灵引起洪水漫顶而失事；27%是由于地质条件复杂，基础失稳和意外结构事故；20%是由于地下渗漏引起扬压力过高、渗流量增大、渗透坡降过大引起；11%是由于大坝老化、建筑材料变质(开裂、侵蚀和风化)以及施
中华人民共和国能源部、水利部 混凝土大坝安全监测技术规范 SDJ 336-89 （试行） 主编部门：《混凝土大坝安全监测技术规范》编制组 批准部门：中华人民共和国能源部、水利部 试行日期：1989年10月1日 水利电力出版社 1989北京 能源部、水利部文件 关于颁发《混凝土大坝安全监测技术规范》SDJ336－89（试行）的通知 能源技[1989]577号 《混凝土大坝安全监测技术规范》（编号： SDJ336－89）由水利电力部在一九八五年底组织有关单位开始编制，于一九八八年底前完成，一九八九年一月在能源部主持下由能源、水利两部共同审定，现已交水利电力出版社出版，于一九八九年十月一日颁发试行。 这是我国首次编制的包括有设计、施工、运行各阶段监测工作较系统的技术规范。试行中有何意见。，请函告能源部科技司或水利部科教司。 一九八九年三月二十日 简要说明 本规范是根据原水利电力部科学技术司（83）技水电字第273号文进行编制的。 在原水利电力部科学技术司、电力生产司及水利水电建设总局（水利水电规划设计院）的组织领导下，由水利水电科学研究院、华东勘测设计院、原西南电业管理局、中国水力发电工程学会、东北勘测设计院、南京自动化研究所、长江流域规划办公室勘测总队、天津勘测设计院、西北勘测设计院、上海勘测设计院、长江科学研究院、水电部第七工程局、葛洲坝工程局、葛洲坝水电厂、新安江水电厂、刘家峡水电厂等16个单位派员组成编制组。水利水电科学研究院、华东勘测设计院、原西南电业管理局为编制组组长单位。 本规范在编制过程中，得到了有关勘测设计、施工、运行、管理、科研、高等院校等单位的大力支持；进分了广泛的调查研究；总结了我国30多年来混凝土大坝安全监测时实践经验；参考了《混凝土重力坝设计规范》（SDJ 21－78）、《混凝土拱坝设计规范》（ SD145－85）、《水电站大坝安全管理暂行办法》，以及其他有关规范的内容。在编制过程中，曾先后召开了六次全国性的专题讨论会，相应地进行了七次修改。 参加本规范编制的主要人员有：叶丽秋、李光宗、唐寿同、庄万康、夏诚、胡其裕、储海宁、赵志仁、柳载舟、舒尚文等同志；参加编制的还
大坝安全监测仪器简介 一、大坝安全监测仪器选型的基本原则 二、监测仪器的检验 三、监测仪器及监测系统的验收 四、监测仪器分类 五、两种主要监测仪器的基本原理 六、主要监测仪器简介 七、国内外数据自动化采集设备
一、大坝安全监测仪器选型的基本原则 1、总原则 大坝安全监测系统的监测项目、测点布置及系统的功能、性能应满足《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）、《土石坝安全监测资料整编规程》（SL169-96）和《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T5178-2003）要求，如建立自动化监测系统，还应满足《大坝安全自动化监测系统设备基本技术条件》（SL268-2001）的要求。 2、监测任务、测量范围的界定及仪器技术性能分析 首先，应明确监测仪器的任务，是变形监测，渗流监测，压力应力监测还是环境量监测？一次还是二次？ 其次，应根据工程实际情况，预测并确定仪器的量程、范围；根据仪器量程范围、工程对监测精度的要求以及相关规范规定，确定仪器精度等级。 第三，选择仪器型式。仪器型式的选择最重要的是仪器的可靠性，在可靠性的前提下，再考虑仪器的精确度或准确度。 第四，技术经济评价。对不同型式的仪器、不同厂家的同类型仪器，比较其采购、运输、室内检测/校准、现场检验、安装方式、可维护性及维护程序、施工期观测及数据处理、（如建立自动化监测系统）占用系统资源等，进行技术、经济评价，选择合适的性价比。 3、监测设施的布设 首先，划分监测项目。 其次，根据监测项目及监测目的，确定监测设施安装/埋设位置（包括平面坐标、高程及相应层位），仪器、设施、设备工程编号（唯一性），并以表、平面图、断面图等形式逐一标注。 4、监测设施的安装/埋设 根据坝的性质（混凝土坝/土石坝？在建坝/已建坝？混凝土坝『重力坝、拱坝、砌石坝』？土石坝『均质坝、心墙坝<宽心墙坝、窄心墙坝？>、斜墙坝、堆石面板坝、复合坝型』？）设计合适的安装方式及施工工艺。 5、监测仪器选型原则 ①监测仪器应采用可靠性好，并经过长期现场考验的仪器设备；大坝安全监测和管理自动化系统，推荐采用分布式自动化数据采集系统。 ②监测仪器应尽可能实现人工比测。
大坝安全监测系统解决方案（此文档为word格式,下载后您可任意修改编辑！）
目录 第1章概论 (2) 1.1系统概览 (2) 1.2历史回望 (2) 1.3现状分析 (3) 1.4目标阐述 (3) 第2章总体设计 (4) 2.1设计原则及依据 (4) 2.2系统体系结构 (5) 2.3信息流程 (8) 2.4系统组成 (9) 2.5系统功能 (10) 第3章信息采集系统 (11) 3.1需求分析 (11) 3.2技术解决方案 (12) 第4章通信网络系统 (17) 4.1测控单元和监测中心之间的通信 (17) 4.2监测中心和监测分中心之间的网络.......................................................... 错误！未定义书签。第5章软件系统. (22) 5.1建设原则 (22) 5.2技术解决方案 (24)
第1章概论 1.1系统概览 大坝作为特殊的建筑，其安全性质与房屋等建筑物完全不同，大坝安全出现问题，将会引发大坝下游一定范围的人员和财产、环境损失。在加强水利建设的大环境下，提高水工建筑物的安全，特别是提高大坝安全监测水平，保证水库大坝的安全，是关系到国家利益和社会稳定的头等大事。大坝安全监测系统主要由观测传感器、遥测数据采集模块、工业控制网络和自动监测管理软件系统组成，通过计算机的工作，能够实现大坝观测数据自动采集、处理和分析计算，对大坝的性态正常与否作出初步判断和分级报警为监测对象提供早期安全预警报告的自动化系统。建立大坝安全自动监测系统，可以缩短数据采集周期，提高大坝观测的工作效率，减轻劳动强度；并能充分利用水库调蓄能力，使其在防洪和供水两方面发挥最大的效益，同时可提高水库管理水平，及时发现大坝隐患，为水库的安全运行提供有力的保障。 1.2历史回望 大坝安全监测系统在西方发达国家已有30多年的历史。如法国要求对高于20 ｍ的大坝和库容超过1500万ｍ３的水库，均需设置报警系统，并提出垮坝后库水的淹没范围、冲击波到达时间、淹没持续时间和相应的居民疏散计划等。而葡萄牙大坝安全条例（1990）也要求大坝业主提交有关溃坝所引起洪水波传播的研究报告，编制下游预警系统、应急计划和疏散计划。美国的《联邦大坝安全导则》和加拿大的《大坝安全导则》都强调要求采取险情预计、报警系统、撤退计划等应急措施，以便万一发生不测时，将损失减少到最小程度。1976年美国92.96 ｍ高的堤堂坝（Ｔｅｔｏｎ）失事前，大坝管理机构根据大坝安全监测系统监测到的事故的发展状况及时通过下游的行政司法当局向可能被淹的群众发出警报，有组织地进行人员疏散，尽管大坝失事后堤堂河和斯内克河下游130km，约780 km2的地区遭洪水肆虐，造成25000人无家可归、损失牲畜约２万头的巨大物质损失，但人员死亡只有11人，初步体现了大坝安全监测系统的重要意义。
大坝安全监测的设计水利部南京水利水文自动化研究所
目录 1 安全监测的重要性及失事举例 2 安全监测的设计 2.1混凝土坝的监测设计 2.1.1 变形监测 2.1.2渗流监测 2.1.3 内部监测 2.2 土石坝的监测设计 2.2.1 渗流监测 2.2.2变形监测 3 观测仪器 3.1 垂线坐标仪、引张线仪 3.2 差阻式仪器 4 自动化系统的设计
1 安全监测的重要性及失事举例 大坝建造在地质构造复杂、岩土特性不均匀的地基上，在各种荷载的作用和自然因素的影响下，其工作性态和安全状况随时都在变化。如果出现异常，又不被及时发现，任其发展，其后果不堪设想。 国内外大坝失事的实例不少。1975年8月暴雨洪水导致板桥水库和石漫滩水库失事，造成大面积水灾和人员伤亡，京广线也被局部冲毁，损失巨大。1993年8月27日沟后水库失事，造成水库下游13km 处的恰卜恰镇500人伤亡，直接经济损失1.53亿元。 如果事先运用有效的观测手段对这些工程进行监测，就能及时发现问题，采取有效的工程措施，就能避免灾难。1962年安徽梅山连拱坝右岸基岩发现大量漏水，右岸13#垛垂线坐标仪，观测三天内向左岸倾斜57.2mm，向下游位移了9.4mm，且右岸各垛陆续发现大裂缝，经过分析是右岸基岩发生错动。在垂线坐标仪监测下放空水库进行加固处理，避免了一场溃坝事故。1985年6月12日在长江三峡的新滩，发生大滑坡，2000万m3堆积体连带新滩古镇一起滑入江中。可是险区居民全部提前安全撤出，无一伤亡，这全靠安全监测所作出的准确预报。 大坝失事的原因是多方面的，从世界上300多座大坝失事的原因分析，认为35%是泄洪能力不足，在勘测、设计中洪水计算和防洪能力方面存在问题，大部分失事是洪水以外的工程原因，有一个量变到质变的过程，可以用监测方法及早发现的。为了保证大坝、下游人民生命财产的安全及社会的安定，我们国家对水库大坝的安全制定了相应的法律法规及规范，来加强水库大坝运行期的安全管理。 ●土石坝安全监测技术规范（SL60-94） ●混凝土坝安全监测技术规范(SDJ336-89)，能源部,水利部,1989 年 ●混凝土坝安全监测技术规范(DL/T 5178-2003)，国家经济贸易位 员会 ●水库大坝安全管理条例，国务院，1991年
XXX水库 大坝安全监测工程 施 工 方 案 工程名称： XXXXXXXXXXXXXXXX水库工程 合同编号： 承包人： XX建设工程有限公司 XX水库工程项目部 项目经理： 日期： 20XX 年 XX 月 XX 日
目录 1、工程概况 (1) 2、监测工作内容 (1) 3、编制依据 (1) 4、仪器设备采购、检验、及保管 (2) 4.1 主要仪器设备选型 (2) 4.2 仪器设备采购 (2) 4.3电缆连接 (2) 5、监测仪器程序和埋设方案 (3) 5.1 施工程序 (3) 5.2监测仪器埋设方案 (3) 6、观测 (10) 6.1 总则 (10) 6.2施工期观测及成果提交.........................错误!未定义书签。 7、监测资料整理分析和反馈 (13) 7.1 资料搜集 (13) 7.2 资料整理分析 (14) 7.3监测资料反馈 (14) 8、资源配置.........................................错误!未定义书签。 8.1 主要施工机械设备计划表.....................错误!未定义书签。 8.2 主要施工人员配置计划表.....................错误!未定义书签。 9、施工质量控制措施 (16) 10、安全、文明施工管理 (17) 11、环境保护措施 (18) 12、施工进度计划 (18) 附件及附表1～9 ................................................ 19～29
1、工程概况 万营水库位于珠江流域红水河水系北盘江的一级支流万营河上，隶属水城县新街乡马路、大元村。水库坝址距水域县城约75KM，距新街乡驻地约lOKM乡村公路通往库区左岸炭山小学附近，交通较为方便。 万营水库工程任务是灌溉、乡镇供水，可向发耳乡提供灌溉水量205万m3，乡镇供水量185万m3。 万营水库正常蓄水位1575m，总库容为313万m3，正常蓄水位以下库容为252万m3，兴利库容221万m3，年可供灌溉水量205万m3(P=80%)、乡镇供水185万m3(P=95%)。工程规模为小（Ⅰ）型，工程等别为Ⅳ等。 本工程主要建筑物有万营水库土坝（坝高41.1m，坝长95.64m）、岸边开敞式溢洪道、右岸导流洞（洞型为城门洞型，洞长227m）兼环境生态放水管及放空管、罗家坝重力坝（坝高10.5m，坝长20m）、炭山取水隧洞（洞型为城门洞型，洞长1559m）及从万营水库引水至马场水库的东瓜林输水隧洞（洞型为城门洞型，洞长4787m）。 2、监测工作内容 万营水库大坝安全监测项目主要包括：大坝变形观测、坝基渗压计、测压管内渗压计渗透压力观测等。 本监测工程主要工程量详见表1-1。 表1-1 大坝监测项目工程量汇总表 主要工作内容有：监测仪器设备的采购、检验、安装埋设、调试、电缆牵引、看护保管、
论述大坝安全监测分析与数值模拟在水工结 构中的应用及新进展 一、大坝安全监测分析 1.大坝监测的内容 大坝安全监测的范围应根据坝址、枢纽布置、坝高、库容、投资以及失事后果等确定，根据具体情况由坝体、坝基、坝肩，推广到库区及梯级水库大坝；监测的时间应从设计时开始至运行管理；监测的内容包括坝体结构、地质状况、辅助机电设备及消洪泄能建筑物等。 1.1大坝安全监测的分类 1．1.1 仪器监测 仪器监测是选择有代表性的部位或断面，按需要使用或安装、埋设仪器设备，对某些物理量进行系统的观测，取得反映建筑物性状变化的实测数据。仪器监测的项目主要有“变形监测”、“渗流监测”、“应力、应变及温度监测”和“环境量监测”。随着监测范围的扩展，诸如水力学监测、地震监测、动力监测等一些新兴监测项目不断涌现。 1.1.2 巡视检查 监测技术人员通过目视或借助一些专用设备（如在某些部位安装摄像头，辅设人工巡视专用栈道等）对建筑物现场包括坝体、坡脚、坝肩、廊道、排水设施、机电设备、船闸、航道、高陡边坡等部位进行查看、比较、分析，进而发现建筑物在施工、挡水、运行中可能危及工程安全的异常现象。它弥补了监测仪器仅埋设在指定部位的不足。而且能直观
地发现某些监测仪器不易监测到的非正常现象．提供有关建筑物安全等一些重要信息，是监测系统的组成部分。巡视检查和仪器监测是不可分割的。巡视检查也要尽可能利用当今的先进仪器和技术对大坝特别是隐患进行检查，以早发现早处理。如土石坝的洞穴、暗缝、软弱夹层等很难通过简单的人工检查发现，因此，必须借用高密度电阻率法、中间梯度法、瞬态面波法等进行检查．从而完成对其定位及严重程度的判定。因此，在大坝监测中多数采用两种监测手段结合起来的方法。 1.2大坝安全监测的目的和意义 1.2.1掌握大坝的工作状态。 指导工程的运行管理通过大坝的安全监测及时获取大坝安全的第 一手资料．掌握大坝工作状态，实现对大坝的在线、实时安全监控。在发生异常现象时，分析产生的原因和危险程度，预测大坝的安全趋势。及时采取措施，把事故消灭在萌芽状态中，保证工程安全。 1．2.2 验证坝工设计理论和选用参数的合理性 到目前为止。因实际情况复杂多变，水工建筑的设计尚不能完全与实际情况相吻合，作用在建筑物上的荷载除水压力和自重力，都难以精确计算。因此在水工设计中不得不采用一些经验系数和简化公式进行计算。通过大坝安全监测认识监测物量变化规律，检验坝工基本理论的正确性、设计方法和计算参数的合理性。验证施工措施、材料性能、工程质量的效果。
《混凝土大坝安全监测技术规范》修订意见的讨论 谭恺炎杨怀祖 （葛洲坝股份有限公司试验中心，宜昌443002） 摘要：根据国内安全监测实施的发展现状，结合多年施工经验，在整理大量检测数据的基础上，对《混凝土大坝安全监测技术规范》SDJ336-89（试行）应力应变及温度监测提出几点修订意见进行讨论，并对振弦式仪器率定检验的方法和技术要求进行了阐述。 关键词：规范应力应变率定检验质量控制差动电阻式振弦式 1 概述 《混凝土大坝安全监测技术规范》SDJ336-89（试行）（以下简称“规范”）自颁发实施10年以来，对我国混凝土大坝安全监测工作起到了很好的指导作用。统一规范了国内混凝土大坝安全监测包括设计、施工、运行各方面的工作，提高了监测数据的准确度和可比性，为我国水利水电工程建设做出了应有的贡献。但由于历史条件限制，“规范”还很不完善。随着我国经济建设步伐的不断加快，许多大、中型水利水电工程相继开工建设，安全监测技术水平有了很大提高，从传感器、仪表到整个测试系统都有很大改变，尤其是近几年来振弦式传感器在工程上的大量应用，都给规范提出了新的要求，对“规范”进行修订已迫在眉睫。作者结合三峡工程安全监测实施情况对“规范”中应力应变及温度监测提出几点修订意见进行讨论。 2仪器埋设 2.1仪器埋设施工 (1) 单向应变计埋设仅规定了表层仪器埋设，对于深层仪器埋设，为了保证仪器角度及位置误差满足要求，宜在前一层混凝土上预埋锚筋，将仪器绑扎固定在锚筋（锚筋用沥青麻布包裹）上埋设。 (2) 应变计组埋设时应特别强调剔除大于仪器标距1/4～1/5粒径的骨料。这是因为应变计埋设在混凝土内，对混凝土内部应变产生影响，一般来说混凝土中最大骨料粒径小于仪器长度的1/4～1/5，仪器所测应变可代表混凝土内点应变。 (3) 无应力计埋设时宜大口朝下，但在埋设时,应在振捣后将上盖打开并用干棉纱将筒内混凝土泌水吸干。无应力计筒大口朝上时，虽然湿度可保持与周围混凝土一致，但上覆混凝土荷载将对筒内应力产生一定影响。 (4) 测缝计埋设时，为使仪器获得最大量限，又保证仪器埋设时不致超量程损伤，宜针对不同种类测缝计，视不同坝型、部位和监测目的，在设计技术要求上对仪器埋设时的状态进行明确规定。 2.2电缆施工及保护 目前差动电阻式仪器系统均为五芯观测系统，采用恒流源进行测量的数字读数仪已取代了水工比例电桥，观测精度受电缆影响大为降低，所以“规范”中对水工观测电缆的芯线电阻及其差值要求应作适当修改。具体指标可参考机械工业部通讯电缆的技术要求。 近几年来塑套电缆在水工观测上应用已较普遍，“规范”中要求使用专用橡皮电缆应予以修改。电缆联接工艺对观测仪器的成活率和观测数据精度有很大影响，对于橡皮电缆宜采用硫化接头，亦可采用机械套管或热缩接头，塑套电缆应采用机械套管或热缩接头，一般采用机械套管（内填密封胶，两端O型止水）较热缩接头质量好，且易控制。 “规范”对电缆牵引作了较具体的规定，但尚需补充几点要求： (1) 电缆水平牵引应沿钢筋引线，并加以保护，若有条件可加槽钢保护。因为混凝土在下料平仓振捣过程中，会给电缆产生较大的水平推力使电缆被拉断。 (2) 电缆牵引路线除与上、下游坝面距离应大于1.5米外，与坝体纵横缝及永久结构面距离应大于10厘米，以保护电缆不
水库大坝安全监测系统 1. 监测内容、方法及仪器 a. 大坝区降雨强度和雨量监测 采用翻斗式雨量计测量降雨量和降雨强度。 b. 大坝浸润线及坝基渗压监测 通过埋设渗压计来观测坝体的渗流压力分布情况和浸润线位置以及坝基渗 流压力分布情况。 c. 大坝上下游水位监测 通过安装浮子式、振弦式水位计观测大坝的上下游的水位。 d. 大坝坝体位移监测 采用全站仪自动极坐标测量系统监测大坝变形，内外业一体化的工程测量系统可实现无人值守及自动监测。 e. 大坝渗流量监测 在大坝下游设置量水堰，安装量水堰计以监测大坝渗流量。 2. 传感器 可根据实际需求，在监测范围内安装各种传感器。一般常用的有：渗压计、混凝土应变计、应力计、多点位移计、测缝计、水位计、钢筋计、倾角计、测力计、气压计、温度计、压力盒等。 3. 自动监测系统 a. 系统简介 随着计算机技术和电测技术的发展，使得以电测传感器技术为基础的监测项目能实现全天候自动监测。同样，监测系统也具备人工观测条件，通过观测人员携带读数仪或笔记本电脑到各监测站读取数据，并可由人工输入计算机，进入相关数据库。 连续的自动监测可以记录下监测对象完整的数据变化过程，并且实时得到数据，借助于计算机网络系统，还可以将数据传送到网络覆盖范围内的任何需要这些数据的部门。 b. 系统组成 本系统由三部分组成： 1）现场量测部分 2）远程终端采集单元MCU 3）管理中心数据处理部分 c. 系统网络结构 水库大坝安全监测数据采集系统采用分层分布开放式结构，运行方式为分散控制方式，可命令各个现地监测单元按设定时间自动进行巡测、存储数据，并向安全监测中心报送数据。系统MCU之间以及MCU与监控计算机之间的网络通信采用光缆。 安全监测数据采集系统可通过光缆将位于本工程各个监测站内的监测数据 采集上来，然后通过光缆传送到位于管理所的监测中心内的监控主机内。
1 设计条件 1.1 工程概况 1、地理位置 马槽河水库工程位于巴东县水布垭镇，为桥河流域水电开发的龙头水库，为充分利用水库形成的水头发电，在坝后设置马槽河电站。桥河又名磨刀河，系清江中游左岸支流、长江二级支流。桥河流域位于恩施自治州巴东县南部，地处巫山山脉南麓的鄂西南山区。流域地理位置为：东径110°12′～110°23′，北纬30°24′～30°40′。坝址位于已建成的桥河一级电站坝区上游，距巴鹤公路、野三关镇的距离分别为16km、26km。工地从左岸经八字岩新建公路到野三关15km。 2、工程特性 马槽河水库工程为流域龙头水库，主要任务是调节流域水量分布，向下游两级电站供水发电。桥河流域流域总面积209.4km2，干流河道全长37.50km，总落差1150m，河道加权平均坡降32.78‰。坝址位于巴东县水布垭镇桥河尹家坪河段，马槽河水库坝址控制流域面积139.9km2，干流河道长22.2km，加权平均坡降21.66‰。坝址处多年平均流量3.11m3/s，多年平均年径流量9821万m3。P＝2%洪峰流量：693.0m3/s；P＝0.33%洪峰流量：914.5m3/s。 本工程属Ⅳ等小（1）型工程，工程由挡水建筑物、泄洪建筑物、放水（放空）建筑物等组成。挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，最大坝高56.80m，泄水建筑物为左岸岸边开敞式正槽溢洪道。 1.2 枢纽布置 枢纽主要由大坝、溢洪道、放空洞（由导流洞改建）、发电引水隧洞、电站厂房、开关站、输变电系统、管理设施等建筑物组成。 马槽河水库工程挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，本工程坝顶无特殊交通要求，坝顶宽取5.5m，为减少坝体回填工程量，在坝顶上游侧设“L”形防浪墙，坝顶高程832.30，坝轴线长110.14m，防浪墙墙顶高程833.50m。防浪墙墙高5.0m，埋入堆石3.8m，高出坝顶1.2m，墙顶宽0.30m，墙底高程为828.50m，高出正常蓄水位1.00m。河床趾板建基面高程775.50m，最大坝高56.80m。上游坝坡1:1.4，下游坝坡1:1.3，坝体总填筑方量25.02
大坝安全监测的意义与方法 【论文提要】：从分析影响大坝安全的各种因素入手，拓宽了大坝安全监测的概念，即大坝安全监测应在时空上将影响大坝安全的因素考虑在内。提出：(1)大坝安全监测要有明显的针对性；(2)重视对溃坝的分析；(3)大坝安全监测应和设计及大坝安全定检结合起来，以方便资料分析和相互校核；(4)加强对大坝安全监测(包括监测系统)，特别是自动化系统的效益评估，要求大坝安全监测系统成为水库运行调度的依据，真正为提高水库效益服务；(5)通过网络技术，实现大坝安全监测的网络化，以方便经验交流，提高监测技术。 【关键字】大坝安全检测意义方法 大坝是一种特殊建筑物，其特殊性主要表现在如下3个方面：①投资及效益的巨大和失事后造成灾难的严重性；②结构、边界条件及运行环境的复杂性；③设计、施工、运行维护的经验性、不确定性和涉及内容的广泛性。以上特殊性说明了要准确了解大坝工作性态，只能
通过大坝安全监测来实现，同时也说明了大坝安全监测的重要性。事实上，大坝安全监测已受到人们的广泛重视，我国已先后颁布了《水电站大坝安全检查实施细则》、《混凝大坝安全监测技术规范》、《水库大坝安全管理条例》、《土石坝安全监测技术规范》等。同时，国际大坝会议也多次讨论过大坝安全问题。 大坝安全监测是人们了解大坝运行性态和安全状况的有效手段。随着科学技术的发展、管理水平的提高及人们观念的转变，大坝安全监测的内涵也进一步加深。为此，笔者从分析影响大坝安全的因素入手，对大坝安全监测的若干问题进行探讨。 一、影响大坝安全的因素 影响大坝安全的因素很多，由于设计洪水位偏低和泄洪设备失灵引起洪水漫顶而失事；由于地质条件复杂，基础失稳和意外结构事故；由于地下渗漏引起扬压力过高、渗流量增大、渗透坡降过大引起；由于大坝老化、建筑材料变质(开裂、侵蚀和风化)以及施工质量等原因。 大坝失事的原因很多、涉及范围也很广，但大致可以分成3类。第一类是由设计、施工和自然因素引起，
简要说明 第一章总则 第二章巡视检查 第三章变形监测 第四章渗流监测 第五章应力、应变及温度监测 第六章监测资料的整理、整编和分析 附录一总则 附录二巡视要求 附录三变形监测 附录四渗流监测 附录五应力、应变及温度监测 附录六监测资料的整理、整编和分析 打印 刷新 混凝土大坝安全监测技术规范(试行) SDJ336—89 主编单位：《混凝土大坝安全监测技术规范》编制组 批准部门： 试行日期：1989年10月1日 关于颁发《混凝土大坝安全监测技术规范》 SDJ336—89(试行)的通知 能源技[1989]577号 《混凝土大坝安全监测技术规范》(编号：SDJ336—89)由水利电力部在一九八五年底组织有关单位开始编制，于一九八八年底前完成，一九八九年一月在能源部主持下由能源、水利两部共同审定，现已交水利电力出版社出版，于一九八九年十月一日颁发试行。 这是我国首次编制的包括有设计、施工、运行各阶段监测工作较系统的技术规范。试行中有何意见，请函告能源部科技司或水利部科教司。 1989年3月20日 简要说明 本规范是根据原水利电力部科学技术司(83)技水电字第273号文进行编制的。 在原水利电力部科学技术司、电力生产司及水利水电建设总局(水利水电规划设计院)的组织领导下，
由水利水电科学研究院、华东勘测设计院、原西南电业管理局、中国水力发电工程学会、东北勘测设计院、南京自动化研究所、长江流域规划办公室勘测总队、天津勘测设计院、西北勘测设计院、上海勘测设计院、长江科学研究院、水电部第七工程局、葛洲坝工程局、葛洲坝水电厂、新安江水电厂、刘家峡水电厂等16个单位派员组成编制组。水利水电科学研究院、华东勘测设计院、原西南电业管理局为编制组组长单位。 本规范在编制过程中，得到了有关勘测设计、施工、运行、管理、科研、高等院校等单位的大力支持；进行了广泛的调查研究；总结了我国30多年来混凝土大坝安全监测的实践经验；参考了《混凝土重力坝设计规范》(SDJ21—78)、《混凝土拱坝设计规范》(SD145—85)、《水电站大坝安全管理暂行办法》，以及其他有关规范的内容。在编制过程中，曾先后召开了六次全国性的专题讨论会，相应地进行了七次修改。 参加本规范编制的主要人员有：叶丽秋、李光宗、唐寿同、庄万康、夏诚、胡其裕、储海宁、赵志仁、柳载舟、舒尚文等同志；参加编制的还有林长山、金虎城、刘爱光、郎桂香、吕彤彦、张俊永等同志。 本规范共分六章，七个附录。 这是一本包括设计、施工、运行各阶段较系统的《混凝土大坝安全监测技术规范》，目前尚无先例可循，由于经验不足，缺点在所难免，请批评指正。 《混凝土大坝安全监测技术规范》编制组 1989年3月 第一章总则 第1.0.1条适用范围 一、本规范适用于一、二、三、四级混凝土大坝的安全监测工作；五级混凝土坝可参照执行。 二、大坝安全监测范围，包括坝体、坝基、坝肩，以及对大坝安全有重大影响的近坝区岸坡和其他与大坝安全有直接关系的建筑物和设备。 第1.0.2条本规范与其他规范的关系 大坝的级别划分应按《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵部分)》(SDJ12—78)执行；涉及大坝安全管理工作时应符合《水电站大坝安全管理暂行办法》的要求；重力坝和拱坝观测设计应符合《混凝土重力坝设计规范》(SDJ21—78)和《混凝土拱坝设计规范》(SD145—85)的有关要求；混凝土大坝安全监测技术工作应按照本规范执行。 第1.0.3条各阶段的监测工作 一、初步设计阶段： 应提出：安全监测系统的总体设计方案；主要监测仪器及设备的数量；监测系统的工程概算。 二、技施设计阶段： 应提出：监测仪器设备清单；各主要监测项目的测次；各监测项目的施工详图及安装技术要求；监测系统的工程预算。 三、施工阶段： 应作好：仪器设备的检验、埋设、安装、调试、维护及竣工报告的编写；施工期的监测工作及监测报告的编写。 四、第一次蓄水阶段： 应制定：第一次蓄水的监测工作计划和主要的安全监控技术指标；做好监测工作，并对大坝工作状态作出评估。 五、运行阶段： 应进行：日常的及特殊情况下的监测工作；定期对全部监测设施进行检查、校正，对埋设的仪器作出鉴定，以确定该仪器是否应报废、封存或继续观测；监测系统的维护、更新、补充、完善；监测成果的整编和分析；监测报告的编写；监测技术档案的建立。 第1.0.4条大坝工作状态的评估 负责大坝安全监测的单位，应定期对监测结果进行分析研究，从而按下列类型对大坝的工作状态作出评估：
简述大坝安全监测技术探讨 发表时间：2020-03-13T15:20:04.720Z 来源：《福光技术》2019年32期作者：李俊卓 [导读] 在大坝原型中通过利用观测仪器来进行现场测量，以此方式来获取大坝结构变化。本文作者探讨了大坝安全监测技术。 龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂 547000 摘要：大坝安全监测系统作为一种新型技术，在大坝原型中通过利用观测仪器来进行现场测量，以此方式来获取大坝结构变化。本文作者探讨了大坝安全监测技术。 关键词：大坝；安全监测技术；观测仪器 引言 大型水电站坝址地质条件复杂，多处于高震区和高地应力区，一旦失事，将会给下游人民的生命和财产带来重大损失，因此，对大坝进行安全监测非常必要。为了保障大坝建设以及全生命周期运行过程中的长久安全，100 多年以来，人们一直在探索建设更好大坝的相关理念和技术，大坝的施工与运行管理模式经历了简易工具时代，大型机械化时代，直到今天的自动化、数字化、智能化时代。所谓智能大坝（Idam），是基于物联网、自动测控和云计算技术，实现对结构全生命周期的信息实时、在线、个性化管理与分析，并实施对大坝性能进行控制的综合系统 ; 其基本特征是施工、监测数据智能采集进入数据库，监测数据与仿真分析一体化、施工管理和运行控制实时智能化，减少在大坝结构建设运行过程中的人为干预。 1、工程概况 某水库建立于 1985 年，水库的占地总面积为 160.3 平方公里，并且水库的容量为 4780 万立方米。同时这个水库自从建成到至今，给附近的很多省份和市做出了很大的贡献。但是水库在运行的过程中，也出现了很多方面的问题，例如：在 2005 年，就发生了比较严重的管涌和集中渗漏，这样就很大程度的影响了水库运行的安全，倘若其发生安全事故，不仅会直接影响本市的供水情况，还会造成严重的经济损失。针对这样的现状，水利工作人员对水库进行了排险加固，并且完善了水库安全监测设施，与此同时还采用了比较先进的监测方式对大坝进行监测，这样就可以有效的满足水库大坝的安全监测要求，从而就能确保工程项目的顺利实施和开展。 2、大坝的监测内容 检查观测 检查监测是利用人员本身通过观察、手摸或者利用一些简单的工具对建筑物进行简单的观测。使用仪器观测虽然可以得到更为准确的信息，但一个建筑物的仪器安设点数是有限的，太多的仪器设备不利于经济方面的考虑，另外水工建筑物裂缝、渗水等缺陷部位也不一定反生在仪器设备的观测点上，所以人员的检查观测具有相当重要的地位。有利于及时的弥补仪器的不足，及时的发现异常情况的发生。检查观察主要检测建筑物有无裂缝，在坝脚、迎水坡部位有无塌陷、流土和沼泽化的现象，在伸缩缝部位是否有渗漏，混凝土表面有没有松软、侵蚀的危害，有泄水作用的部位检查有无磨损、剥落金属部位的焊缝、铆钉等是否生锈变形。 仪器的量测 仪器量测既是在相应的建筑部位预设仪器设备，通过规律性的采集数据，来判定建筑物的工作状态。 （1）变形观测变形观测是原型观测中较为重要的一部分，要对土工、混凝土、土坝等建筑物观测水平位移和垂直位移、地基的固结沉降情况、伸缩缝的变形等。（2）渗透观测对于土坝类的渗透观测，浸润线的位置变化情况可以通过孔隙水压力仪来确定，根据结构形式、工程等级以及施工方法和地质情况等定出观测断面，观测断面要能够反应出主要的渗流情况和问题可能发生的地点，根据断面的大小确定测量点数。其他还包括渗流量的观测、绕坝渗流观测、坝基渗压观测、土坝孔隙水压力观测以及渗水透明度观测。对混凝土建筑物的渗透观测还要包括坝基场压力观测和混凝土内部渗透渗透压观测。（3）应力与温度观测以混凝土坝的观测为例，通过在混凝土内部埋设应力应变计和无应力计，来观测混凝土内部因为温度、湿度、化学变化以及应力引起的总应变。无应力计主要用来量测温度、湿度以及化学变化引起的应变，总应变减去这一部分就可以得到有荷载引起的应变，换算成应力，既可得出想要的结果。温度对混凝土坝体也有重要的影响，温度观测要在坝体内布设温度计，在靠近坝体表面、在坝体钢管、宽缝、伸缩缝等附近要加大测点的布设密度，和坝体周围的水文地质条件结合起来，对坝体内部温度的出合理的观测处理。（4）水流的观测 主要对水流形态观测，从而得出水流带给建筑物的作用力，避免不利的水流影响。水流平面形态包括水流的流向、回流、旋窝、折冲水流、翻滚。观测时从泄水建筑物开始向上下游两端一直到水流正常的地方。对于高速水流，要着重观测水流引起的振动、压力以及负压进气量等，观测数据可以提供宝贵的经验资料，为维修维护建立有效的依据。 3、大坝安全监测技术 水库大坝的安全监测，首先应该设计科学的大坝安全监测网络系统，选择合适的测点定时定点对大坝坝体和周边地区进行监测，在洪涝季节，还应该加强人工的观察和巡查。对大坝安全监测进行科学的管理，及时对所测得的数据进行分析，及时发现大坝存在的安全隐患。 大坝安全监测系统的设计 水库大坝的安全问题往往比较隐蔽，如果没有科学的监测系统和相关的仪器设备，有些细微隐变难以及时发现，因此，建立一个科学合理的大坝安全监测自动化网络系统，显得尤为重要。大坝安全监测系统首先应该拥有相关的监测仪器和设备，利用仪器对大坝进行变形监测、渗流监测、应力监测和气象水文监测，同时，还应充分利用现代网络技术，利用大坝安全监测软件和计算机网络技术，将所监测到的相关数据及时自动化反馈到计算机平台上，为专家分析相关数据和资料提供方便。 雨水情数据采集前端 RTU 采集降水、库水位等数据，并按整点或超限上报等方式上报给中心，中心的平台软件将数据汇入到水库群监测数据库（2）图片拍照前端RTU 可通过摄像头对现场定时拍照，并将图片上报中心，中心平台可将图片、雨水情监测量关联查看，以准确了解现场实情（3）数据展示与分析平台可提供 GIS 地图综合数据展示、测站综合数据管理、测站详细监测量管理等多种数据分析与展示方式，便于用户快速了解相关信息，也可对某测站进行深入分析（4）通迅方式中心与前端设备的通信以 GPRS/CDMA 通迅方式为主，短信备份为辅（北斗卫星可定制）（5）数据报表库水位、降水量数据据可以生成曲线及报表，支持打印输出（6）监测站管理中心
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 大坝安全监测的内涵及扩 展 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-7632-80 大坝安全监测的内涵及扩展 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 众所周知，大坝是一种特殊建筑物，其特殊性主要表现在如下3个方面：①投资及效益的巨大和失事后造成灾难的严重性；②结构、边界条件及运行环境的复杂性；③设计、施工、运行维护的经验性、不确定性和涉及内容的广泛性。以上特殊性说明了要准确了解大坝工作性态，只能通过大坝安全监测来实现，同时也说明了大坝安全监测的重要性。事实上，大坝安全监测已受到人们的广泛重视，我国已先后颁布了差阻式仪器标准及监测仪器系列型谱、《水电站大坝安全检查实施细则》、《混凝大坝安全监测技术规范》、《水库大坝安全管理条例》、《土石坝安全监测技术规范》等，同时，国际大坝会议也多次讨论过大坝安全问题［1］。 大坝安全监测是人们了解大坝运行性态和安全状
水库大坝安全监测系统 1.概述 大坝是进行水资源管理的一个 重要和不可或缺的建筑。大坝形状 各异，从小规模的水坝到大型混凝 土大坝，大坝的安全监测对于大坝 校核设计、改进施工和性能评价都 有重大意义。同时，连续长期的大 坝安全监测系统，能够提供溃坝通 知预警，对于保护下游人民生命财 产安全具有重大意义。所有大坝均需要某种形式的监测，北京七维航测公司提出了实施有效的大坝监测解决方案。 2.大坝安全监测内容、方法及仪器 监测内容：水库水位，水压，渗流，流量， 电导率，风力，相对湿度，空气和水的温度以及 大坝坝体地表位移监测。 项目组成：数据记录仪，水压计，水位计、 钢筋计、测缝计、沉降仪、倾斜仪，水质探测器， GPS定位系统，数据库工具，数传系统，预警系 统等。 3.大坝安全监测系统介绍 大坝安全监测系统能实现全天候远程自动监测，本项目中使用的各种传感器使用监测站数据记录仪实现自动监测，并且进入相关数据库。同样，监测系统也具备人工观测条件，观测人员可携带读数仪或笔记本电脑到各监测站读取数据。 大坝远程监测系统可以记录下监测对象完整的数据变化过程，并且借助于光纤网络数传系统实时得到数据，同时将数据传送到网络覆盖范围内的任何需要这些数据的部门，非网络覆盖范围内可通过无线基站、GSM(GPRS)、CDMA等实现远程数据无线传输。
某项目中大坝安全监测传感器位置分布图1）为了解坝体和坝基的渗流压力，通过埋设渗压计来观测坝体的渗流压力分布情况和浸润线位置以及坝基渗流压力分布情况。 2）为了解大坝上下游水位情况，分别设置水位计来观测大坝的上下游的水位。 3）大坝坝体地表位移监测是为了了解大坝地表水平变形和垂直变形情况。监测仪器采用了GPS-RTK测量系统，这一新技术下的工程测量系统取代传统的测距仪，可以实现无人值守及自动监测报警。 4. 大坝安全监测系统组成 本系统由三部分组成： 1）现场量测部分； 2）远程终端采集单元MCU； 3）管理中心数据处理部分； 大坝安全监测数据采集系统 采用分层分布开放式结构，运行 方式为分散控制方式，可命令各 个现地监测单元按设定时间自动 进行巡测、存储数据，并向安全 监测中心报送数据。系统监测站 的MCU与监控中心之间的网络通 信采用光缆。数据采集系统将各 个监测站内的监测数据采集上来，然后在数据处理工作站和数据分析工作站进行数据的处理与分析，并将原始数据和处理结果存入主数据库和备份数据库中。 5. 大坝安全监测系统硬件设计 1)智能数据采集器A/D转换达到16位，可以保证高精度；可同时连接系统
大坝安全监测技术研究廖嘎 发表时间：2019-06-21T11:06:56.980Z 来源：《电力设备》2019年第1期作者：廖嘎 [导读] 摘要：保证大坝安全运行的重要手段就是对大坝进行安全监测，并确保大坝安全监测系统能长期稳定、实时、精确及可靠地进行数据的采集。 （广西桂东电力股份有限公司合面狮水力发电厂广西省贺州市 542800） 摘要：保证大坝安全运行的重要手段就是对大坝进行安全监测，并确保大坝安全监测系统能长期稳定、实时、精确及可靠地进行数据的采集。国家在大坝安全监测自动化设备的研制和生产方面投入了大量的人力、物力和财力，从而使我国的大坝安全监测技术得以飞速发展。在发展的同时也暴露了一些问题，传统的大坝安全监测技术仍有待于发展，比如要对传感器的可靠性以及稳定性等方面进行优化，要做到因地制宜地选取适合于大坝的安全监测系统。本文就此展开了论述，以供参阅。 关键词：大坝安全；监测技术 1大坝安全监测的重要意义 大坝建造在复杂的水文地质和工程地质环境中，运行中的大坝不仅承受着巨大的水压力和温度等环境荷载，有时还会受到地震荷载的冲击，工作条件极为复杂。同时，由于材料性能、施工过程中造成的人为影响等因素，随着使用年限的增长，大坝也会出现不同程度的老化、病变和裂缝等问题。这些缺陷或隐患若不能及时被诊断发现并解决，将随时可能影响到大坝的安全运行，严重时还会造成灾难性事故。目前，国内已建成大坝8．6万多座，其中大部分是20世纪50～60年代修建的中小型土石坝，这些大坝或没有布设安全监测设备，或设备仪器落后，其病害十分严重。此外，随着时间流逝，一些早年布置了监测设备的大坝也出现了老化和安全问题。大坝安全监测问题已不容忽视，令人欣慰的是：近年来已得到国家的高度重视。造成大坝失事的原因很多，主要有：（1）坝体泄水能力不足或遭遇超标准的洪水；（2）坝体质量和基础存在问题；（3）其他运行管理方面引发的问题。土石坝失事的主要原因是渗透破坏和坝坡失稳，表现为坝体渗漏、坝基渗漏、塌坑、管涌、流土及滑坡等现象。据统计，在失事大坝中，仅有35%是由于其自身泄洪能力不足，也就是勘测设计中存在洪水计算和防洪能力方面的问题；大部分大坝失事仍是由于其他工程原因或运行管理问题造成的，而这些问题却是可以通过加强安全监测及早发现问题并及时处理解决的。因此，建设和完善大坝安全监测设施重要且必需。 2大坝安全监测系统结构 2.1集中式监测数据采集系统 集中式监测数据采集系统只有一台测控单元，安放于远离测点现场的监控室内，测点现场安装切换单元（集线箱、开关箱），由电缆将传感器信号通过切换单元接入到测控单元中。测量时由测控单元直接控制切换单元，对所有测点的传感器进行逐个测量。这种系统在传感器-切换单元-测控单元之间传送的是电模拟量，且连接电缆一般较长，易于受到干扰，所以对连接电缆的要求较高（芯数、阻抗特性、屏蔽、绝缘电阻等）。集中式系统虽然结构简单，但其可靠性较低，且测量时间长，不易扩展等。当测控单元发生故障时，整个系统运行即告中断。 2.2分布式数据采集系统 分布式数据采集系统由计算机、测控单元及传感器组成。这种系统将集中式测控单元小型化，并和切换单元集成到一起，安放于测点现场，每个测控单元连接若干个传感器，测控单元将监测量变换成数字量，由"数据总线"直接传送到监控微机中。分布式数据采集系统与集中式数据采集系统相比，有下列优点：（1）可靠性得到了提高，因为每台测控单元均独立进行测量，如果发生故障，只影响这台测控单元上所接入的传感器，不会使系统全部停测。（2）抗干扰能力强，分布式数据采集系统的数据总线上传输的是数据信号，因此采用一般的通讯电缆即可，接口方便，抗干扰能力强，目前普通采用的通讯制式有RS-232/RS-485/RS-422。（3）测量时间短，每台测控单元可同时进行测量，系统测量时间只取决于单台测控单元的时间，因此测量速度快，特别适合于那些物理量和效应量变化较快的水工建筑物，能够满足实时安全监控的需要。同时，测量速度快，保证了各测点各类监测量在一个几乎相同的短时间内测完，使监测参数基本同步，便于比较分析。（4）便于扩展，只需在原有系统上延伸数据总线，增加测控单元，就可以在不影响原有系统正常运行的情况下扩展系统，将更多的传感器接入。目前在国内已建成的大坝安全监测数据采集系统中绝大部分是分布式监测数据采集系统。 2.3现场总线式数据采集系统 现场总线技术于80年代初提出，经过近二十年的发展，技术上越来越成熟。现场总线是用于现场仪表与测控系统和监控中心之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、多变量、多点、多站的分布式通讯系统，按ISO的OSI标准提供网络服务，其可靠性高，稳定性好，抗干扰能力强，通讯速率快，造价低，维护成本低。现场总线的基本内容是在测控现场建立一条高可靠性的数据通讯线路，实现传感器之间及传感器与监控计算机之间的数据交换。这条数据通讯线路在传输方面不追求商业计算机网络那种高速度，而把注意力集中在系统的可靠性方面。在可靠性方面，不是简单采用传统的多机冗余方式，而是试图提高网络自身的可靠性。在这种网络中，引入自带测量、状态检测、控制器和数据通讯能力的智能传感器，组成现场总线监测网络，原来前置机的测控功能和数据通讯功能，被下装到传感器中，而原来的系统管理、后台数据处理、系统组态等功能被上装到管理级计算机中。在这种系统中，系统监测功能和监测点可根据需要在网络上的任何一点灵活设置，实现动态组态功能。 3针对大坝安全监测采取的有效措施 3.1加强组织管理工作 部分管理层对大坝的安全监测问题不够重视，他们将工作重心放在了投资建设方面，不能意识到大坝安全监测的重要性。因此，为了防患于未然，需要大力提高管理层对大坝安全性的认识，使其意识到组织管理工作的重要性。管理人员要制定好相关的规章制度，做好考核与监督工作，通过管理使大坝安全监测工作顺利进行，这样才能尽可能避免因人为因素而导致大坝安全监测方面发生的意外情况。 3.2提高水利工程大坝安全监测技术人员的专业素质 目前，我国水利工程大坝的安全监测技术人员都存在专业素质不高的问题，为了加强对我国水利工程大坝的安全监测控制，水利部门要提高安全监测技术人员的专业素质。首先，要定期地对安全监测技术人员进行培训，加强对安全监测技术人员的操作培训，特别是在引进相关的安全监测计算机系统和信息系统等技术的情况下，要保证这些先进系统的运行，就必须提高安全监测技术人员的专业素质，保证技术人员能熟地练操作这些系统，从而更好地对水利工程大坝开展安全监测，保证水利工程大坝的安全运行。