大坝安全与变形监测

1目录一、大坝的作用和影响：.....................................................................................1二、大坝可持续条件：安全、老化和维修、泥沙淤积.....................................1三、大坝安全监测：.............................................................................................21.目的和意义：.................................................................................................22．内容与要求：..................................................................................................22.1水平位移观测：.......................................................................................22.1.1活动觇牌法:...................................................................................22.1.2小角度法：.....................................................................................32.1.3引张线法：.....................................................................................32.1.4钢丝位移计观测法：.....................................................................32.2垂直位移观测:..........................................................................................32.2.1精密水准测量.................................................................................32.2.2静力水准测量：.............................................................................42.2.3水管式沉降仪观测：.....................................................................42.2.4垂直传高观测法：.........................................................................42.3多维位移观测：.......................................................................................52.3.1挠度观测：.....................................................................................52.3.2激光准直观测：.............................................................................52.3.3前方交会法：.................................................................................52.3.4斜测仪观测法：.............................................................................52.3.5多点位移计观测法：.....................................................................62.3.6接缝及裂缝观测法：.....................................................................62.3.7测量机器人和GPS观测法：.........................................................6四、综述：.............................................................................................................61大坝的作用及其安全变形监测概述一、大坝的作用和影响：1.水电：截止2004年，全世界水电装机总容量为740GW（加上100GW抽水蓄能电站装机容量），供电2800TWh/a，约占全世界电能的20%，现有发电量的大约一半在工业化国家。2.灌溉：将坝用于灌溉的历史已经有好几个世纪，一些坝的寿命已经超过500年。1950年以前只有不多的坝高高于20m，1950年以来建的灌溉水库占总的灌溉水库的90%以上。全世界有40%的人口从250X106hm2的灌溉土地上获得粮食，其中30%~40%由水库提供灌溉用水。3.供水：据国际大坝委员会资料统计，完全和部分用于供水的坝有2500座，但是难以对其相应的总库容进行评估。4.枯水季泄水：灌溉与供水的一部分蓄水也可以通过将水泄放到下游河道以及在下游抽水等方法直接使用。总的泄水量可能比直接用于这些用途的泄水量大，而枯水季维持全河流的最小流量是21世纪的一项重要目标。我国也正在实施南水北调工程，印度及美国等国家也在大规模实施调水工程。5.减洪：大坝可以有效的削减洪峰，从而减少洪水的破坏，减少经济损失，98年大洪水，大坝在减少洪区灾害时也有不小贡献。6.航运、娱乐、水产养殖：大约有100座坝专门用于航运，几百座坝部分用于航运；而专门用于娱乐休闲的“大坝”超过1000座（大部分在美国），但一般是小型坝，其成本与影响很小；水产养殖也有很大的发展空间，尽管到目前为止利用比较有限。二、大坝可持续条件：安全、老化和维修、泥沙淤积大坝的作用的影响这么大，可以说也是关乎我们生活的各方面，所以如何让保证期持续的运行，其安全监测是必须的。要是大坝达到零风险几乎是不可能的，但是为了将风险降到最低，必须而且有必要关注大坝的安全。已建大坝目前失事概率为1/10000，主要是土石坝因洪水漫顶而溃坝；目前数百座大坝是建于1900年前，5000座建于1950年以前，因此老化问题比较严重，而相应的事故风险也较高，因此这些老坝的安全监测与维修也是目前大坝安全方面比较急需解决的问题，大坝的监测在安全方面具有重要的地位；除了大坝本身的变形和年代久远的老化问题外，大坝周围的泥沙淤积问题也是大坝安全的主要问题之一，在40年前全世界都低估了泥沙淤积的问题，原因之一是因为当时建坝的大多数国家很少存在泥沙淤积的问题，其次是因为大多数研究集中在短期的效益上。现在泥沙淤积的问题已经成为一个全球性的问题。有报道指出：“已建水库每年损失库容0.5%~1%，平均寿命只有35年；最好的坝址已经被利用，每年增加的库容现在不能将来也不能抵消因泥沙淤积每年减少的库容损失。”也就是说在2050年以前，已建库容将损失一半，到2100年将全部报废。未来兴建的库容及其效应将比现在低得多。因此，在本世纪，大坝的整体作用将逐步减小。泥沙淤积除了直接影响库容外，流量与沙量的变化可能改变下游河床，甚至破坏河床，在大型水库的库尾还可能产生砂砾三角洲，这些可能会产生不利的影响，在汛期会抬高上游水位，虽然有时也可以作为廉价的建筑材料料源。2三、大坝安全监测：1.目的和意义：由于大坝对当代社会的经济发展的影响，对气候等自然环境各方面的影响，大坝的安全防护已经进入我们日常的生活中，大坝的安全监测也是急需完善处理的一项工程。目前的大坝安全监测主要是通过仪器观测和巡视检查对大坝的坝体、坝基、坝肩、近坝区岸坡及坝周围环境所做的测量和观察。此处“大坝”是指与大坝有关的各种水工建筑物和设备；“监测”既包含对坝固定测点一定频次的仪器观测，也包含对大坝外表及内部大范围对象的定期和不定期的直接检查和仪器检查。大坝变形监测是大坝安全监测的重要组成部分，它是利用仪器通过一定的观测手段量测出某点某一时刻的位置与起始位置的变化量，然后将这些观测资料进行综合的分析比较，可以直观的反映大坝的工作状态。2．内容与要求：变形监测工作贯穿于坝工建设与运行管理的全过程。其主要内容也包括：观测方法的研究，仪器设备的选型，监测设计，监测设备的埋设、安装和维护，数据采集、传输和存储，资料的整编与分析，大坝的实测性态的研究和评价等。而由于大坝的结构形式、尺寸、地形、地质等条件的不同，其观测项目也不完全相同。一般可根据大坝的具体情况和对观测的要求选定，在观测的过程中，还可以根据实际情况的变化进行适当地调整。总的来说，变形观测主要项目有：大坝的垂直位移观测，水平位移观测，挠曲，倾斜，基岩变形，滑坡变形，土坝的固结等。下面对各项观测进行大致的叙述，也仅供参考。2.1水平位移观测：包括对坝顶、坝基及坝身不同高程上的水平位移观测。主要方法：视准线法（包括活动觇牌法和小角度法）、引张线法、钢丝位移计观测法、前方交会观测法、激光准直观测法、测量机器人观测法和GPS观测法。2.1.1活动觇牌法:视准线法的一种，多用于测定大坝表面的水平位移。视准线法是以两固定点间的连线作为基准线测量变形观测点到基线间的距离确定偏离值的方法。即建立一条通过或平行与坝轴的固定不变的视准线，定期观测各位移点3至视准线的垂直距离，计算偏离值的变动情况，借以确定各位移点的位移量及其变化规律。一般使用精密经纬仪、观测墩和活动或者固定觇标进行位移观测。可以主要分为：固定端点设站法、中点设站分段观测法、连续设站分段观测法以及逐点设站分段观测法。主要误差来源有：经纬仪对中误差、固定觇标和活动觇标的对中误差、读数误差、经纬仪的三轴误差（视准轴误差，横轴和竖轴倾斜误差）、活动觇牌的误差、照准误差及大气折光的影响等。2.1.2小角度法：采用活动觇牌法，司觇牌者要根据司仪者的指挥使活动觇牌的中心线恰与视准线重合。当观测距离较远时，影响观测精度和进度。用小角度法只需在后视的固定工作基点和水平位移点上同时安置固定觇标，测出固定视准线与水平位移标点间的微小夹角，据此计算偏离值。小角度法的观测仪器及误差来源和活动觇牌法基本相同。2.1.3引张线法：引张线法是高精度观测建筑物水平位移的方法，其利用在两个固定的基准点之间张紧一根高强度不锈钢丝作为基准线，用布设在建筑物的各个观测点上的引张线仪或人工光学比测装置，对各测点进行偏离基准线的垂直变化量测测定，从而求得各观测点的水平位移量。2.1.4钢丝位移计观测法：钢丝位移计（又名引张线式水平位移计）观测是由受张拉的因瓦合金钢丝构成机械式测量水平位移装置。一般与水管式沉降仪联合使用，组成水平垂直位移计安置于土石坝内部，钢丝位移计主要用于观测土石坝水平位移。2.2垂直位移观测:垂直位移观测一般从基坑开挖开始并贯穿于整个施工及运行阶段，同时，还与水平观测结合起来对大坝进行全面分析，保证大坝安全，验证和丰富坝工的设计理念。目前主要采用的垂直位移观测方法主要有：几何水准测量方法、流体静