土石坝安全监测综述

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1、土石坝工程’2002年第1期土石坝安全监测综述方卫华(水利部南京水利水文自动化研究所210008)[摘要]根据近年来监测技术的发展，对土石坝安全监测的监测方法和仪器进行说明和探讨，并列举了相关工程事例。指出作好监测设计必须注意的几个问题。对土石坝安全监测中的几个关键问题，包括渗流监测、自动监测系统防雷、人工巡视检查、资料分析等进行了全面论述。[关键词]土石坝安全监测监测项目资料分析众所周知，在我国已修建的水库大坝中，土石坝占大多数。在以往的水库大坝失事数量中，土石坝也占大多数。土石坝由于存在结构类型(如心墙坝、面板坝、均质坝等)的

2、多样性，材料的非均质非线性和不连续性(裂缝、不同材料交界面)、本构关系的不确定性以及各向异性、荷载类型、组合以及施加方式等的多样性和随机性，大坝施工、扩建、加固、运行、管理以及环境对结构和材料参数影响的复杂性等使土石坝安全监测比混凝土坝更加复杂。同时由于表面不能过水以及破坏机理有所不同等原因使土石坝对安全监测的要求更高。1．仪器监测项目与监测方法[1]随着科技的进步，近年来监测方法和监测仪器得到了较大程度的发展，现根据规范的仪器监测项目分类和具体工程应用分别说明如下。1.1变形监测(1)表面变形人工观测仍采用经纬仪和水准仪，自动监

3、测可以采用全站仪和引张线—倒垂线法实现。天荒坪抽水蓄能电站的表面变形采用leicaTCA2300全站仪结合相关配套软件实现了表面变形监测的半自动化。相对人工三角网观测而言，采用全站仪具有精度高、测量和数据处理时间短的优点。在小浪底工程外部变形监测中形成了TCA2003型全站仪及DINl2数字水准仪实现野外数据采集、业内数据处理和建立变形测值数据库，实现了变形测值采集和数据分析于一体的自动监测系统。采用全站仪实现全自动数据采集和处理要求两个稳定的用于安装全站仪的固定墩，测点墩上需配备相应棱镜。为减少复位误差，全站仪和棱镜最好固定在观

4、测墩上(或采用强制对中底盘)。监测数据需用配套的数据平差处理分析软件进行处理。一般[1]认为采用全站仪进行表面变形监测，垂直位移精度难以满足规范要求，因此在选用全站仪监测时，首先要进行精度论证。采用引张线—倒垂线系统实现表面(坝顶)变形监测自动化的例子有碧口和百丈漈土石坝，两者引张线长分别为260m和240m。前者于1996年1月投运，后者于1997年l0月投运，两套系统至今运行稳定，测值可靠。真空激光准直系统在北方实现混凝土大坝坝顶变形监测自动化已获得成功。在北方寒冷地区和坝顶较长情况下，真空激光相对引张线而言具有较多的成功事例

5、，但在南方地区(存在高温潮湿)和坝长较短的情况下，引张线具有安装维护方便、费用低廉等优点。GPS在隔河岩混凝土坝上已获应用，实际上高土石坝往往由于对天比较开阔，跟踪卫星59土石坝安全监测综述较为方便，另外由于高土石坝变形量较大，精确度要求可以低一点，因而可以缩短跟踪卫星的时间和加快解算速度。根据有关资料，LEICASR530型实时差分GPS测量系统水平精度可达3mm，结合在混凝土坝上的应用情况，真空激光和GPS都可以测量垂直位移(沉降)，因而都可以考虑在高土石坝上应用。(2)内部变形内部包括分层及界面位移和深层应变观测。常用监测仪

6、器包括电磁式沉降仪、测斜仪、引张线式水平位移计、水管式沉降仪等，鲁布革电厂大坝已采用TS位移计实现了引张线式水平位移计的测量自动化，该系统与1998年7月投运，至今运行稳定。用于倾斜监测的测斜仪有钢弦式和伺服加速度式，钢弦式测斜仪具有稳定性好、分辨率高、价格低等优点，但精度低。伺服加速度式测斜仪具有稳定性好、精度高等优点，但价格较贵。裂缝及接缝监测主要针对面板堆石坝以及坝体软性材料与韧性材料交界处裂缝的监测。仪器有差阻式、振弦式、电位器式等，上述仪器实现测量自动化都比较方便。混凝土面板变形监测主要是挠度监测，主要采用测斜仪和多点变

7、位计进行监测。高边坡或不稳定的岸坡都需监测，监测项目包括变形和地下水位监测等。1.2渗流监测渗流监测包括坝体渗流压力、坝基渗流压力、绕坝渗流和渗流量监测。对于土石坝而言由于存在渗透变形，同时渗流压力也影响上下游坝坡稳定性。据有关资料分析统计，土石坝由于渗流问题引起事故的占总失事事故数的30%—40%，可见土石坝渗流监测的重要性。渗流压力监测一般采用振弦式渗压计，根据国内外的工程经验，进口Geokon公司振弦式仪器在精确性和长期稳定性方面具有一定的优势，但在具体使用中要考虑到低水位变幅下的精度要求和仪器技术指标(量程与精度)问题，以

8、满足安全监测对精度的要求。许多大坝的渗流量监测都是通过测量量水堰堰上水头进行计算得到的，由于中间过程的累积误差，要求测量堰上水头的精确性较高。为此，采用压力式水位计进行堰上水头测量时要考虑到温度和大气压修正。由于带通气孔的振弦式仪器可能会因为通气孔