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大坝安全监测仪器和监测设备

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2013年5月
大坝安全监测仪器和监测设备
4 钢弦式仪器的基本原理
上世纪三十年代，在欧洲，法，德，前苏联都各自研制成功钢弦式 仪器，有工厂生产。这种仪器的优点是能远距离测量，分辨力高，体 积小，重量轻，便于使用。
工作原理：利用钢丝的自振频率变化显示所测物理量的变化。它只 能测量一种物理量，不能同时测量温度量。为了改进这个缺点，现代 的振弦式仪器中加装了热敏电阻，用于测量温度。
现在生产厂家已不止一家，国电南自仍因历史悠久，产品质量优良 ，成为客户首选。
2013年5月
大坝安全监测仪器和监测设备
2 应力应变监测仪器
应力应变监测：主要监测大坝的应力应变及温度等物理量,包括裂缝 或接缝，以了解大坝在施工中和蓄水后的性态，验证设计,评估施工质量 ，评判大坝安全度，为安全运行及改进设计提供依据。
Rs
Z R1 U1 R2 U2
图5 电阻比电桥—恒流源五芯测法原理 （SQ-5/PRM-1）
2013年5月
大坝安全监测仪器和监测设备
3 差阻式仪器的技术改革
（1）测量技术和测量设备进行了根本性改革，实现了远距离准确测 量和自动化。
采用五芯电缆连接仪器 ：传统的四芯测法和三芯测法不能完全消除 电缆电阻对测量的影响，特别是芯线电阻变差（即芯线电阻之间的差值 随着时间发生变化，如芯线氧化或端部断丝即会产生这样的变差）影响 。芯线电阻变差对长期监测资料的准确性有很大的危害，造成测值的跳 动，尤其是电阻比测值更易受影响。为了解决这个难题，采用了五芯测 法。
2013年5月
大坝安全监测仪器和监测设备
1.1应力应变及温度监测仪器的发展
上世纪30年代，欧洲和北美兴起筑坝的高潮, 认识到使用专门的仪 器对大坝工作性态进行监测。
1932年,美国加利福尼亚大学卡尔逊发明了差阻式仪器。 1933年，美国垦务局首先在奥怀希（Owyhee）拱坝上埋设了应变计 ，用于研究拱坝的应力状态。 1933年，在莫瑞斯（Morris）、诺里斯（Norris）、海瓦西（ Hiawassee）、方坦那（Fontana）等坝上埋设了大量的应变计，同时埋 设了铜电阻温度计，以监测混凝土的温度。 上世纪40年代，美国的夏斯塔（Shasta）高重力坝埋设了大量差阻 式仪器，取得了良好成果。 1947年，葡萄牙即采用观测方法研究大坝的应力状态，1952 年前 用的是钢弦式仪器，1952 年后改用差阻式仪器
大坝安全监测仪器和监测设备
储海宁
2013年5月14日
大坝安全监测仪器和监测设备
目 录
前言 应力应变及温度监测仪器发展 应力应变及温度监测仪器选型的基本要求 应力应变及温度监测仪器的选型分析 变形监测仪器
渗流监测仪器
2013年5月
大坝安全监测仪器和监测设备
前言
大坝安全监测项目主要有四类，即应力应变和温度监测, 变形监测，渗流监测及环境量监测。前三类监测直接关系 大坝安全，各类监测都要选用适当的专用传感器，才能长 期稳定，准确实现所需监测，否则，不仅浪费工程资金， 得不到可靠资料，甚至导致对大坝安全的误判。因此，充 分了解监测仪器的性能，正确选型，正确施工安装，及时 维护，保证仪器正常运行，至关重要。
2013年5月
大坝安全监测仪器和监测设备
3 差阻式仪器的技术改革
（3）提高仪器灵敏度，增大测量范围。 差阻式渗压计因其测值稳定，能兼测温度而在测量水工建筑物的渗透 压力时广泛应用，但是其灵敏度较低。 SZ-4A型渗压计，它的满量程的电阻比360个，比原来的180个电阻比增 加了一倍，其灵敏度也就提高了一倍。 差阻式钢筋计原有的测量范围只有200MPa，相应的电阻比为250个，现 在测量范围提高到400MPa，相应的电阻比为330个。这样不仅提高了灵 敏度，而且更适用于高强度钢筋的钢筋混凝土中应用。
2013年5月
大坝安全监测仪器和监测设备
5 应力应变及温度监测仪器选型的基本要求
（6）埋设仪器要配套齐全，厂家应有成套产品供应 在大坝和岩土工程中埋设仪器通常都需要不少品种，从采购、率定、 埋设和测量等各个环节都希望采用同一类型的仪器，这样工作单纯和方 便。如果在同一工程中采用多种类型的仪器，各自都要专用的率定、测 量设备，采购、率定、埋设、观测工作量都大为增加。
R1
R
M/2
M/2
R2
M
R1+R2
R
（a）测电阻比
（b）测电阻和
图2 电阻比电桥测量原理
检流计指零时：
由图（a）有： R1 R
R2 M
由图（b）有： M / 2 M / 2
R1 R2
R
进而有：
R R1 R2
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大坝安全监测仪器和监测设备
3V
G0 G1
50Ω
50Ω 300Ω
G
R 黑 红绿白
2013年5月
大坝安全监测仪器和监测设备
5 应力应变及温度监测仪器选型的基本要求
（2）仪器测值应不受电缆阻抗的影响，在实现遥测自动化时能保证 测值准确性。
埋设仪器在实际使用时已埋设在建筑物或岩土体内部，观测人员是不 可能直接接触该仪器以进行测量。现在通用的埋设仪器都是用电缆传输 测值信号，以便在远离埋设点的监测站进行测量。埋设仪器中的敏感元 件利用各种电感、电容、电阻或振动频率将物理量变换为电量通过电缆 远传，电缆中的阻抗会对测值信号造成影响，使仪器的精度降低，有规 律的影响可以设法修正，无规律的影响只能视为系统误差而不能修正
2013年5月
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3 差阻式仪器的技术改革
（2）发展新品种，研发生产耐高压传感器。 传统的差阻式仪器只能承受0.5MPa的水压力，对于中小型工程是可以 满足要求的，但不能满足当代越来越多的高坝建设的需要。为了仪器能 够承受更高的水压力，我们采取内外压力平衡技术，使仪器能承受3MPa 以上的高水压力，可适合300m高坝、抽水蓄能电站、高水头压力钢管或 深复盖坝基防渗墙使用。
2013年5月
大坝安全监测仪器和监测设备
5 应力应变及温度监测仪器选型的基本要求
（4）埋设仪器性能必须与监测功能要求匹配。 这是一个易于忽略的问题，选定的仪器必须满足监测功能的要求， 以实现设计中预期的监测目的。为了解决这个问题首先要对仪器的性能 和使用方法充分了解，选择那些和预期监测目的相适应的仪器。 例如设计要求监测混凝土应力，就要求仪器的变形模量不高于 500MPa，且能同时测出测点的温度，否则就不能选用。
2013年5月
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6应力应变及温度监测仪器的选型分析
（2）差阻式仪器可兼测同一测点的温度。 对于混凝土坝来说，温度是一非常重要的物理量。混凝土的温度控制 和温度应力监测都需要了解温度的大小、分布和变化规律。埋设仪器资 料的温度修正（温度补偿）需要温度测值。对于土石坝来说，根据坝体 和坝基的温度场，可以及时发现渗流问题 。 钢弦式仪器原来不能兼测测点温度，需要另外埋设温度计。现在有的 新式钢弦式仪器中安装了温度传感器，是高阻值的热敏电阻，能够测温 。这样可以解决这种仪器本身需要的温度修正（温度补偿）问题，也可 提供测点的温度测值。但从实际使用情况看，其测值精度较低，易于损 坏，因为其阻值高，在受潮后易于短路。
2013年5月
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5 应力应变及温度监测仪器选型的基本要求
（5）埋设仪器要有较强的防水防雷性能，要有较高的绝缘度。 大坝岩土环境十分恶劣，埋设仪器需要能在一定水压下长期工作， 仪器和连接电缆不能进水，其绝缘度不能降低到不能工作或引入很大误 差。大坝通常位臵于雷电高发地区，仪器要有抗感应雷电流的能力，否 则易于为雷电流损坏。
波纹管
外壳
钢弦
夹线器
电磁铁/线圈
引出线
图6 钢弦式仪器的工作原理
2013年5月
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5 应力应变及温度监测仪器选型的基本要求
（1）仪器的长期稳定性要好。 埋设仪器的工作条件是很特殊的，一旦埋入建筑物或基岩内部，就不 可能更换、维修、率定，因此必须能够在长达十几年的使用期内保持稳 定的测值。也就是说，仪器的基准零点不能变化，仪器的最小读数（灵 敏度）不能变化，仪器的温度系数不能变化。
因此，仪器选型时同时要了解仪器的配套性，尽可能为实施监测设 计取得良好的监测效果创造条件。
2013年5月
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6 应力应变及温度监测仪器的选型分析
（1）差阻式仪器的长期稳定性优良。 差阻式仪器由两阻钢丝组成，其测值稳定性取决于钢丝材料的松弛， 钢丝的锈蚀和焊接点的脱焊。生产厂家（南京电力自动化设备厂）经过 几十年的努力，钢丝的锈蚀和焊接点的脱焊已完全解决。从这种仪器的 原理来看，钢丝材料的松弛，对电阻的影响是一次性的，电阻比是内外 两个线圈电阻值的比值，因此基本不受影响。现在，对钢丝材料的松弛 也有一定的工艺进行处理，可使其影响十分微小，长期稳定性良好。 钢弦仪器依靠单根钢弦的振动，其频率和钢弦的应力成平方根关系， 频率的平方和应力成一次关系，钢丝材料的松弛对测值的影响比差阻式 仪器严重得多。长期稳定性就成为钢弦式仪器作为埋设仪器的大患。
r4
r3
r2 r1
R2 R1 （a）四芯测电阻
3V
G0 G1
50Ω
50Ω 300Ω
G
黑红绿
r4
r3
R 白
r1
R2 R1 （b）三芯测电阻
RT R1 R2 r4 r1
RS R1 R2 r4 r1
图3 电阻比电桥—三芯、四芯测法原理（SBQ-2）
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大坝安全监测仪器和监测设备
R1
R2
L
ΔL
图1 差阻式仪器的基本原理
2013年5月
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2.2 电桥的基本原理
差阻式传感器的测量装臵采用电阻比电桥（惠斯通电桥）。 电桥内有一可以调节的可变电阻R，两个串联在一起的50Ω固定 电阻M/2。仪器钢丝电阻R1、R2、可变电阻R、固定电阻构成电 桥电路，可以测得电阻比R1/R2及电阻和R1+R2 ，见图2.

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大坝安全监测仪器简介

大坝安全监测仪器简介

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。

大坝安全监测施工方案

大坝安全监测施工方案

大坝安全监测施工方案大坝是大型水利工程中重要的水能资源工程，大坝的安全监测是保障工程安全运行和维护的重要环节。

为了确保大坝的安全监测工作有效可行，下面给出一个大坝安全监测施工方案。

一、总体方案设计1.1目标：通过建立大坝安全监测体系，及时了解大坝的运行状况，提前预警和控制可能出现的安全风险，确保大坝的安全稳定。

1.2原则：科学性、系统性、可操作性、信息化。

1.3方案包括监测设备的选择、布设方案的设计、监测数据的处理和分析、预警机制的建立等。

二、监测设备的选择2.1应选用具有良好性能的监测仪器和设备，包括测斜仪、应变计、应变片、孔隙水压力计、倾角计等。

可以根据大坝的具体情况进行合理选择。

2.2监测设备应符合国家标准，并经过严格测试和检验，保证其准确可靠。

2.3监测设备应定期进行维护和保养，确保其长期稳定运行。

三、布设方案的设计3.1根据大坝的特点和结构布置，结合工程地质和地形条件，合理选择监测点位和布设方式。

3.2布设监测点位时应遵循均匀分布、代表性和充分反映大坝变形情况的原则。

3.3监测点位的选择应包括大坝的主要构件和关键部位，如坝体、坝基、溢洪道、分水闸等。

3.4监测点位应考虑易安装、易维护、易观测的原则，便于监测人员进行操作和维护。

四、监测数据的处理和分析4.1监测数据应定期进行采集和传输，确保数据的及时性和准确性。

4.2监测数据应进行统计和分析，揭示大坝安全状态的变化趋势，并制定相应的处理措施。

4.3监测数据可采用网络传输方式实现远程监控，以方便监测人员进行数据分析和处理。

五、预警机制的建立5.1基于监测数据的分析，建立预警指标体系，包括变形速率、变形程度、应变超限等。

5.2根据预警指标的阈值，建立预警级别，如一级预警、二级预警和三级预警。

5.3针对不同的预警级别，制定相应的应急预案和处理措施，确保安全风险得到及时有效的控制和处理。

六、监测报告的编制和评估6.1按照一定的时间间隔编制监测报告，记录和总结监测数据的变化情况，评估大坝的安全状态。

大坝安全监测仪器安装标准

大坝安全监测仪器安装标准

大坝安全监测仪器安装标准
大坝安全监测仪器安装标准包括以下几方面：
一、现场安装要求：大坝安全监测仪器应按照规定的垂直度和水平度
安装，仪器安装位置应充分考虑仪器特性及测点的监测要求，安装现场应
确保无积水、污染、高温及其他有害因素。

二、仪器安装：仪器安装前应检查仪器内容物是否完好；安装仪器支
架时应符合技术参数及要求，确保安装结构的稳定性；仪器安装完毕后应
对安装位置进行检查。

三、电气安装：在安装仪器时应提供稳定的直流电源，或者外接交流
/直流变换及调节设备；仪器安装后，应按照要求进行线路接线，并进行
相关安全技术检查和测试，以确保安装完毕后仪器正常工作。

四、仪器调试：仪器安装完毕后应按要求进行调试，校准仪器技术参数，并保证仪器按实际应用环境和要求进行工作。

五、仪器保养：安装完毕后仪器应定期进行保养，保持仪器工作性能，避免仪器过热、过载等情况，确保仪器长期稳定正常工作。

大坝安全监测(仪器选型)

大坝安全监测(仪器选型)


土石坝安全(ānquán)监 测项目
第二十二页，共42页。
沉降仪是监测岩土工程垂 直(chuízhí)位移的常用仪器之 一，主要适用于土石坝、土 质边坡及地基、开挖及填方 等工程。常用的沉降仪有电 磁式、干簧管式、水管式及 振弦式沉降仪。
第二十三页，共42页。
电磁式沉降仪由测头、测尺（兼电 缆）、滚筒(gǔntǒng)、沉降管、波纹 管、沉降环等组成
第十一页，共42页。
钢筋计埋设(mái shè)要点
安装埋设时，按结构钢筋直径选配相 应规格的钢筋计。首先(shǒuxiān)在钢筋 计两端对焊（亦可采用豁口焊或帮条焊） 1.5m长的加长筋，应保证同径同轴，焊 接强度不低于钢筋强度，焊接过程中注 意对仪器感应部位冷却。
第十二页，共42页。
测缝计埋设(mái shè)
力计、渗压计
第十九页，共42页。
第四章 混凝土坝、土石坝仪器 (yíqì)选型和埋设方法
§2土石坝仪器选型 1.土石坝监测项目： 巡视检查、变形(biàn xíng)监测、渗
流渗压监测、压力（应力）、水文气象、 地震反应、水流
第二十页，共42页。
土石坝安全(ānquán)监 测项目
第二十一页，共42页。
第二十六页，共42页。
垂向测斜仪广泛用于监测坝体、
坝基（肩）、边坡（或深基坑开挖边坡）
及地下洞室等工程的内部水平位移及其
分布；水平测斜仪则可量测工程内部沿
某一水平方向的垂向位移（沉降
(chénjiàng)）及其分布。它们均是通过
量测预先埋设在被测工程的测斜管倾斜
变化来求得其水平位移和垂向位移的。
第二十七页，共42页。
第四十页，共42页。
谢谢(xiè xie)各位的聆 听