水利工程变形监测技术探析

１ 基 准点 。基准 点 为变形 观测 系统 的基 本控制 点 ，其 是测 定 ） 【 点 和变 形 点 的依 据 。基 准点 通 常 埋设 在稳 固的基 岩 上 或变 形 作 区域 以外， 能 长 期保 存 ， 不 动 。每 个工 程一 般 应建 立 ３ 基 尽可 稳定 个 准点 ，当确认 基 准点稳 定 可靠 时 ，也可 少于 ３ 。沉 降 观测 的基 准 个 点 通 常成组 设 置 ，用 以检 核工 作 基准 点 的稳 定性 ，其 检 核 方法 一 般 采用 精 密水 准 测量 的方 法 。位移 观 测 的工作 基 准点 的稳 定性 检 核 ，通常采 用 三 角测 量 法 进行 。 变形 观测 中设置 的基 准点 应进 行 定期 观测 ，将 观 测结 果 进行 统计 分 析 ，以判 断基 准点 本 身 的稳 定
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与ｘ、 Ｙ，则该点的水平位移△为：△一 ，△ ＝ ｙ。同样 ～ ｙｙ－
也 可 以计 算各 观测 点 的 平均 位 移量 和平 均 位移 速率 。对 于水 工 建 筑物 ， 平 位移 常用 的观测 方法 主要有 ： 水 １ ）大 地 测量 方 法 。是 水 平 位移 监测 的传 统方 法 ， 要 包 括 三 主 角 网测 量 法 、精密 导 线测 量 法 、交会 法 等 。另 外 ，利用 测 量 机 器 人 自动观 测 的特点 ，可 实现 变形监 测的 自动化 。 ２） 基准 线法 。该 方法 是水 利工 程变形 监测 的 常用方 法 ，包 括 视 准线法 、引张线法 、激光 准直 法 、垂线 法等 。 ３） 用 测 量 方法 。该 方 法 即采用 专 门的 仪器 和方 法 测 量 两 专 点 之 间 的 水 平 位 移 ，主 要 利 用 传 感 器设 备 ，如 多 点 位 移 计 、光
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观 测 建 （ ）筑 物或 机 构 罔 １正垂线 测量挠 度 图２倒 垂线测量 挠度 械 设 备倾 斜 度 的变 化 ，计算 其 转 动 角 的 １ 作 。 对 水 利 ： 长度 可 仿 照土 Ｔ 建筑 物 的 量测 办 法 进行 量测 。裂缝 深 度 除可 用 细 二 程 中 的建筑 物 ，如水 坝 ，其转 动 角 的大 小 反 映 了它不 均 匀 沉 降 】 一 铁丝 等简 易办 法 探Ｎ ￣ ，常采 用 超 声波 探伤 仪 进 行探 测 ，也 可 采 ＇ Ｉ － 的 情况 。同沉 降 观测 一 样 ，可用 精 密水 准 测量 或 液体 静 力 水 准测 取逐 步钻 孑 进 行 压气 或 压 水试 验 办 法探 测 。裂 缝 宽度 除 可用 读 数 Ｌ 量 方法 测 定 。对 一些 精 密 机 械设 备 ，则需 采 用专 门 的转 动 角 观 测 放 大镜 直 接 观测 外 ，常 在 缝 两侧 设 金属 标点 ，用 游标 卡 尺量 测 或 仪 。这 类 仪器 主 要 由一 个 高 灵敏 度 的 气泡 水 准和 一 套精 密 的测 微 将差 动 式 电 阻测 缝计 的 两 端 分别 同定在 缝 的两 侧 ，用 电阻 比 电桥 仪 器组 成 。 当气 泡居 中时 利 用测 微 仪 器进 行读 数 ，即得 该 处 的倾 或其 他 检 测仪 器 观测 或 自动遥 测 。贯穿 性裂 缝 的错 距 可 在缝 的两 斜 度 。 比较不 同周 期 的倾 斜 度 ，可 以 求得 观 测周 期 间机 械 设 备 的 侧设 三 向测缝 标 点进 行 个 方 向的 量测 。对 于 大体 积 混凝 土 内部 转 动角 。 或表 面预 计可 能 发生 裂 缝 的部 位 ，可在 施工 时 埋设 裂缝 计定 期 进 ２５ 裂 缝 观 测 ． 行观 测 。 对建 （ ） 物 产生 的裂缝进 行 位置 、长度 、宽度 、深 度和错 构 筑 ３ 结 束 语 距等 的定期 观测 。对 于土 丁建筑 物表 面裂缝 ，可 对全部裂 缝 或若 干 通 过结 合 实 践经 验 ，总结 了在 水利 工程 变 形监 测 中各种 类 型 主要 裂缝 区的裂缝 进行 观 测 。在 观测 范围 内 ，以土石坝 、土 堤等 建 的变 形 监测 方 法 及其 技 术 的应 用 情 况 ，表 明所 介绍 方 法 在水 利 工 筑物 的轴线 为基 准线 ，可按 堤坝桩 号 和距轴线 的距 离 ，画 出坐标 方 程变 形监 测 中应 用的可 行性 。 格 ，然后 采取逐格 量测 缝 的分 布位置 和沿走 向 的长度 ，裂缝 宽度 可
不 同 骨途 的 水 利工 程 建 （ ） 物 ，变 形 观测 的 要求 有 所 不 构 筑 同 。对 于大 型水 工 建 筑物 ，例如 混 凝 土坝 ，由于水 的 侧压 力 、外 界 温 度 变化 、坝体 自重 等 因 素 的 影 响 ，坝 体将 会 因此 而 产 生 沉 降 、水 平位 移 、倾 斜 、挠 曲等变 化 ，因而 需要 进行 相 应 内容 的 变
产生沉 降、水平位移 、倾斜 、挠曲等变化 ，因而需要进行 相应 内容的 变形观测。本文通过 结合 工程 实践 ，详细地总结出水利 工程各种 变形监测技术措施 ，为 同行提供参考借 ；变形监测；裂缝监 测
中囤分 类号 Ｔ ３ 文 献标识 码 Ａ 文章编号 １ ７ — ６ １ （ １） １ ０ ４ — ２ Ｐ９ ６３ ９７ 一２ ２ ９ — １４ ０ ０ ０
定 变形 观测点 。
３） 变形 观 测点 。变 形观 测点 是直 接埋 设在 变形体 上 的 能反 映 建 （ ） 物变 形 特征 的测 量点 ， 观测 点， 般埋 设在 建 （ ） 构 筑 又称 一 构 筑物 内部， 测 定它 们 的变化来 判 断建筑 物 的沉 降与 水平 位移 。 通过 １ 水利工程变形监测精度和周期 １ ）变 形 监 测精 度 。在 制 定 变形 观测 方 案 时 ，首 先 要 确 定 精 度要 求 。对 于 重要 的工程 ，如大 坝 等 ，则 要求 “ 当时 能 达到 的 以 最 高精 度为 标 准 进行 变 形 观测 ” 。 由于大 坝 安全监 测 的极 其重 要 性 和 目前 测 量手 段 的 进步 ，加 上 测 量 费用 所 占工程 费 用 的 比例 较 小 。所以 ，变形 观测 的精 度要求 一 般较 严。 ２） 变形 监 测 周 期 。变 形 观测 的时 间 间 隔称 为观 测 周 期 ， 即在 定 的时间内完成一个周期的测量丁作。观测周期 与＿ Ｔ程的大 小 、测 点所 在 位 置 的重 要性 、观测 目的 以及 观测 一 次所 需 时 间 的 长短 有 关 。一 般 可按 荷 载 的变 化或 变 形 的速 度来 确定 。根 据观 测 工作 量和参 加 人 数 ，一 个 周期 可从 几 小 时到 几 天。 观测 速 度要 尽 可能 地快 。以免 在 观测 期问 某些标 志产 生一 定的位 移 。 ２ 水利工程变形监测技术
形观 测 。从 测量 实践 表 明 ，变形 监 测 的测 量点 一 般分 为 基准 点 、 工作 点和变 形观 测 点三类 。
点 的稳定 性 ，然 后再 由工 作基 点 测定 各观 测点 的高程 。将 首 次 测 得 的观测 点 高程 与本 次 测 得 的高 程相 比较 ，其差 值 即为 两 次观 测
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应用方法论
科 １ Ｉ ２年 ７ ０ 第期 １ 霸 墓 ２
水利工程变形监测 技术探析
彭金 华
（ 中国水 利水 电第Ａ ． 程局 ，湖南长沙 ４ ０ ０ ） ． ３ ２ １０ ７ 摘 要 对 于大型 水工建筑物 ，例如 混凝土坝 ，由于水的侧压力 、外界温度变化、坝体 自重等 因素 的影响 ，坝体将会 因此 而
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时 间间 隔 内观测 点 的垂 直 位移 量 。按 规定 垂直 位 移 向下 为正 ， 向 上 为负表 示 。 现设某 建 （ ） 物观 测点 在起 始 观 测周 期 的高 程 构 筑 为Ｈ ，本次 观测周 期 的高程 为Ｈ，则该点 的沉 降量６ ：６Ｈ － 。 为 ＝ ａＨ 如果建 （ ） 构 筑物上有ｎ 个沉降观测点， 整个建筑物 的平均沉降 则 量 为 ：６ ＝ ／，某 一 时 间段 内变形值 的 变 化用 平 均变 形 速度 来 ∑ｂ ｎ 表示 。例 如 ，在第ｎ 和第 ｍ 观测 周 期相 隔时 间ｔ ，观 测点 的平 均沉 内 降 速度 等 于 ：ｖ ＝（ ／ ６～ ） ｔ ｔ 间段 以月份 或 年份 数表 示 时 ， 。若 时 则ｖ 均为 月平 均变化 速度 或 年平均 变化速度 。 从工程实践情况来看 ，目前水利工程垂直位移常用的观测方 法 主要如 下 ： １ ）几何水准测量法 。利用水准仪和水准尺从水准基点开始测 量各 观测 点高程 的方 法 ， 过各 观测 点高程变 化求 得其 垂直位 移 。 通 ２ ）三角 高程测 量 法 。利用 三角 高程测 量原 理测 定观 测点 的 高 程， 从而判定该点的变形情况， 该法适用于高差较大的工程施工。 ３ ）液体 静力水 准 法 。利用 连通 管原理 测量 各 观测点 容器 内液 面高差以测定各点垂直位移的观测方法，适用于混凝土大坝基础 廊 道和 土石 坝表面垂 直 位移 观测 。 ２２ 水平 位移 监测 ． 水 利 工程 建 （ ）筑物 的 水平 位移 是 指建 （ ） 物 的整 体 构 构 筑 平 面移动 ，其原 因 主要 是 基础 受 到水 平应 力 的影 响 （ 地基 处 于 如 滑坡 地带 或受 地震 的影 响 ）。 目的是 测 定 平 面 位 置 随 时 间 变 化 的 移 动 量 ，以 监视 建 （ ）筑 物 的安 全 或 采 取 加 固措 施 。设 建 构 （ ） 物某个 点在第 ｎ 构 筑 次和第 ｍ 次观测 周期 所得 相应 坐标为 Ｘ、Ｙ
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应 用 方 法论
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对 于底 部 的水 平 位 移 值 。对 内部 有 竖直通 道 的建 筑物 ， 挠
度 观测 多 采用 垂 线 观测 ， 即 从 建筑 物 顶部 附 近 悬 挂一 根 不 锈钢 丝 ，下 挂 重 锤 ，直 到
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建 筑物 底 部 。在 建 筑 物不 同 高 程上 设 置 观测 点 ，以 坐标 仪 定期 测 出各 点 相 对 于垂 线 最 低点 的位移 。 比较 不 同周 期 的观 测 成果 ， 即可 求得 建 筑 物 的挠 度值 。如 果 采用 电 子 传感 设 备 ，可 将 观 测点 相 对 于垂 线 的微 小 位 移 变换 成 电 感输 出 ，经放 大 后 由电桥 测 定并 显 示各 点 的挠 度值 ， 见 图１ 、图２ 所示 。