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1、,主讲人: 胡昱玲,2014.11,项目一 土石坝的监测与维护,任务五 土石坝的变形监测,变形监测一般分为表面变形监测和内部变形监测 表面变形监测包括垂直位移和水平位移监测 内部变形监测主要有分层垂直位移、分层水平位移、界面位移、挠度和倾斜监测等 对于1、2、3级土石坝而言,必设的变形监测项目是表面水平位移和表面垂直位移监测。,任务五 土石坝的变形监测,在重力坝中称为左右岸方向水平位移;在拱坝中称为切向水平位移;在土石坝中称为纵向水平位移。,在重力坝中称为上下游水平位移;在拱坝中称为径向水平位移;在土石坝中称为横向水平位移。,任务五 土石坝的变形监测,变形观测的符号规定,(1)水平位移:向下游
2、为正,向左岸为正;反之为负。(2)垂直位移:向下为正,向上为负。(3)界面、接(裂)缝及脱空变形:张开(脱开)为正,闭合为负。相对于稳定界面(如混凝土墙、趾板、基岩岸坡等)下沉为正,反之为负;向左岸或下游为正,反之为负。(4)滑移:向坡下为正,向河谷为正,向下游左岸为正,反之为负。(5)倾斜:向下游、左岸转动为正,反之为负。,任务五 土石坝的变形监测,土石坝横向水平位移常用的观测方法,视准线法、引张线法、激光准直法、边角网法、交会法、导线法及GPS技术等。对于土石坝,常采用视准线法、前方交会法、极坐标法和GPS法。,任务五 土石坝的变形监测,观测原理:以建筑物两端的两个工作基点所控制的视准线(
3、两个工作基点的连线)为基准,来测量坝体的水平位移量。特点:观测和计算简便,但易受外界条件(视距、光线等)影响。适用条件:坝轴线为直线。,视准线法,测点的布设 水平位移的测点分为三级:位移标点、工作基点和校核基点。一般布置是: 1.位移标点布置在坝体上。观测横断面选择在最大坝高处、原河床处、合龙段、地形突变处、地质条件复杂处、坝内埋管及运行有异常反应处,一般不少于3个。 2.观测纵断面一般不少于4个,通常在坝顶的上、下游两侧布设12个;上游坝坡正常蓄水位以上1个,正常蓄水位以下视需要设临时测点;下游坝坡半坝高以上13个,半坝高以下12个(含坡脚处1个)。对软基上的土石坝,还应在下游坝址外侧增设1
4、2个。 3.坝长小于300m时,每排位移标点的间距宜取2050m;坝长大于300m时,宜取 50100m。,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,视准线法,4.每排位移标点延长线两端山坡上各设一个工作基点。若坝轴线非直线或轴线长度超过500m,可在坝体每一纵排标点中增设工作基点,并兼做标点。 5.为了校测工作基点有无变动,在两个工作基点延长线上各埋设一个校核基点。校核基点也可不设在视准线延长线上,而在每个工作基点附近,设置两个校核基点,使两校核基点与工作基点的连线大致垂直,用钢尺丈量以校测工作基点是否发生变位。 6.工作基点与校核基点都应布置在坚硬的岩石或坚固的土基上,应
5、为不动点,且能避免自然因素和人为因素的影响。,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,视准线法,土石坝变形观测点布置图,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,视准线法,观测仪器 一般大型水库的土坝水平位移,可使用J6级或J2级经纬仪进行观测。土坝长度超过 500m以及比较重要的水库,最好使用J1级经纬仪进行观测。 对于视准线长度超过500m(或曲线形坝)的变形观测可以采用莱卡或拓普康的全站仪观测。,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,视准线法,工作基点 工作基点是供安置经纬仪和觇标构成视准线的标点,工作基点应采用混凝土观测墩,其
6、高度不宜小于1.2m,顶部应设强制对中装置。,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,视准线法,校核基点 校核基点的结构基本与工作基点相同。 校核基点和工作基点的位置应具有良好视线(对空)条件,视线高出(旁离)地面或障碍物距离应在1.5m以上,并远离高压线、变电站、发射台站等,避免强电磁场的干扰。要求监测点旁离障碍物距离1.0m以上。 工作基点和校核基点是测定坝体位移的依据,必须保证其不发生变位,一般需浇筑在基岩或原状土层上。,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,视准线法,位移标点 位移标点应与被监测部位牢固结合,能切实反映该位置变形,其埋设结构可依
7、位移标点布设独立设计。,有块石护坡,无块石护坡,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,视准线法,观测觇标 可分为固定觇标和活动觇标(1)固定觇标。固定觇标设于后视工作基点上,供经纬仪瞄准构成视准线。(2)活动觇标。活动觇标是置于位移标点上供经纬仪瞄准对点的。,简易活动觇标,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,视准线法,观测方法 活动觇牌法和小角法,水平位移观测记录表,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,视准线法,活动觇牌法 在工作基点A(或B)上架设经纬仪,对中整平后,照准另一工作基点B(或A),固定上下盘,构成视准线。用望
8、远镜瞄准坝面上的位移标点,另一人在位移点处随司镜者的指挥,沿垂直于视线方向移动觇标,直至觇标中心线与视准线重合为止,测出各位移标点偏离准线的垂距,记入记录表内。重新移动觇标,照准后再测一次,取两次测值的平均数作为上半测回的测值。司镜者用倒镜再测下半测回的测值,取两次半测回测值的平均值为一测回的观测成果。依次测完各个标点位移量后,仪器移至工作基点B(或A),进行第二个测回观测,方法同前。,小角度法,观测原理:A、B为工作基点,d为位移标点,d至A的距离为Sd。AB构成视准线,测读Ad0方向线与视准线AB的夹角d0,然后根据角及基点到观测点的水平距离Sd,计算出观测点的偏移量。适用条件:直线坝、折
9、线坝。观测仪器:一般应采用J1级经纬仪。,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,前方交会法,适用条件:长坝、折线坝、曲线坝。观测仪器:DJ6型、T3型光学经纬仪。观测原理:在坝的两岸山坡选择不受大坝变形影响的地点设置工作基点,测出坝体上位移标点随坝体发生位移后的坐标值的变化,计算出该点的位移量。,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,地球卫星定位(GPS)监测,优点: 不受气候等外界条件影响,可全天候监测。 所有变形监测点的观测时间同步,能客观反映某一时刻大坝各监测点的变形状况。 监测点的三维位移能同步测出。 可实现全自动监测。GPS监测系统则从数据
10、采集、传输、计算、显示、打印全自动。,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,GPS表面变形监测系统一般由数据采集、传输和处理系统三部分组成。数据采集系统包括GPS基站和测站,一般情况下GPS基点应至少2个。 目前所采用的GPS表面变形监测系统均为静态方式,即通过观测基点与测点之间的相对坐标来确定测点的位移。 GPS基准点位于大坝两坝肩的坚固岩石上,每个基站和测站配置一套GPS接收机和通信机,监测中心与基站、测站之间的通信可采用无线超短波、光纤等方式。,地球卫星定位(GPS)监测,土石坝横向水平位移常用的观测方法,任务五 土石坝的变形监测,全站仪观测,全站仪可进行大坝表面变
11、形的三维位移监测,它能够自动整平、自动调焦、自动正倒镜观测、自动进行误差改正、自动记录观测数据,并能进行自动目标识别,大大提高工作效率。 该系统的测量过程为:每个测量周期均按照极坐标的原理分别采集基准点和观测点的斜距、水平角、天顶距,将基准点的测量值与其真实值(通过建立基准网得到)相比,有差值,该差值可认为是受到各种因素影响的结果,但由于全站仪的自动化测量,测完一周期只需要10min,则可认为上述诸因素对基准点和观测点的影响是相同的,同时计算得到变形点的实际坐标,根据两周期的实际坐标差,就可求出变形点的三维位移量。,任务五 土石坝的变形监测,垂直位移观测,常用的方法有精密水准测量法、静力水准测
12、量法、三角高程法及GPS技术等。,任务五 土石坝的变形监测,精密水准测量法 三级点位水准基点、起测基点和位移标点; 两级控制由起测基点观测垂直位移标点、再由水准基点校测起测基点。 水准仪观测: ZiZ0Zi Zi为第i次测得测点的累计垂直位移;Z0、Zi为测点的始测高程和第i次测得的高程。 ZjiZiZi1Zi1Zi 式中,Zji为第i次测得的间隔垂直位移。,静力水准测量法 用充水连通管连接起测基点和各位移标点,以连通管中水面线与起测基点高差确定水面线高程,通过测量各位移标点同水面线的高差获得各位移标点高程,各位移标点高程与其始测高程的差值即为该位移标点的累计垂直位移。,垂直位移观测,任务五
13、土石坝的变形监测,垂直位移观测点布置 土石坝垂直位移观测的测点布置要求与水平位移测点布置要求一样。因此,垂直位移测点与水平位移测点常结合在一起,只须在水平位移标点顶部的观测盘上加制一个圆顶的金属标点头。,垂直位移观测,任务五 土石坝的变形监测,裂缝观测,对已建坝的表面裂缝(非干缩、冰冻缝),凡缝宽大于5mm,缝长大于5m,缝深大于2m的纵、横向裂缝,以及危及大坝安全的裂缝,均应横跨裂缝布置表面测点进行裂缝开合度监测。裂缝的观测内容包括裂缝的位置、走向、长度、宽度和深度等。 观测裂缝位置时,方格网,并绘制裂缝平面图。 裂缝长度可用皮尺沿缝迹测量。 对于缝宽,打一排小木桩,木桩间距以50cm为宜。木桩顶部各打一小铁钉。用钢尺量测两铁钉距离其距离的变化量即为缝宽变化量。也可在测点处撤石灰水,直接用尺量测缝宽。 裂缝深度观测,可在裂缝中灌人石灰水,然后挖坑或钻孔探测,深度以挖至裂缝尽头为准,可量测缝深和走向。,任务五 土石坝的变形监测,年度裂缝分布统计表,任务五 土石坝的变形监测,小 结,本任务主要介绍土石坝水平位移、垂直位移和裂缝的监测方法。 通过本项目的学习,要求同学们掌握土石坝水平位移和垂直位移监测点的布设,水平位移和垂直位移的监测仪器设备、监测原理、监测方法及要求等;掌握裂缝开合度的监测仪器、监测方法和要求。,The End,Thank You!,
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