小浪底水利枢纽外部变形监测技术分析

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1、第一章绪论1．1安全监测目的及意义第一章绪论新中国成立以来，我国修建了8万5千多座水库Ⅲ，其中30m以上的大坝有近4700多座，居世界第一瞠1，这些工程在国民经济建设中产生了巨大的经济效益。然而由于各种原因，如水文、地质、施工质量、运行管理和坝体老化等原因，造成坝体破损、渗漏以至失事时有发生。部分大坝存在不安全因素，严重影响着这些工程效益的正常发挥，甚至威胁下游人民的生命财产安全。此外，随着我国经济的快速发展，党和政府对水利行业投资力度的加大，水利资源得到了深入的开发。近十多年来，新建大坝坝址的地质条件越来越复杂，大坝的规模也向高坝、大型方向发展，如龙羊峡、乌江渡

2、、李家峡、二滩和黄河小浪底等高坝大坝，正在建设的大坝有三峡、锦屏、瀑布沟、溪洛渡、万家寨等水利枢纽。其安全问题就显得更加突出，引起了政府部门和水利专家的高度重视。由于大坝及坝基工作条件十分复杂，荷载、计算参数、计算模型、计算方法等还难于精确模拟，使目前水工设计还难于做到完全与工程实际相吻合，有时甚至会有较大的出入。因此，利用不同的测量仪器(如GPS、全站仪、智能全站仪、精密测距仪、水准仪等)，采用不同的监测方法(视准线法、交会法、激光准直法、正倒锤法、引张线法、测距法、GPS、自动全站仪法、水准法、三角高程法、静力水准法等)b卜∞1，对大坝及其重要建筑物进行变形监

3、测是十分必要的。变形监测的目的意义主要表现在以下两个方面：(1)实用目的意义：为了保证工程安全，监测工程各种重要建筑物、机器设备以及与工程建设有关的地质构造的变形，及时发现异常变化，对其稳定性、安全性做出科学的判断，以便采取处理措施，防止事故发生。(2)科学上的意义：积累监测资料，分析变形原因，解释变形机理，检验工程质量，验证设计数据，为完善设计、制定设计规范提供科学依据【10]。1．2大坝安全监测研究现状国外大坝变形监测及观测资料的分析起步较早。1955年，意大利的法那林(fanelli)和葡萄牙的罗卡(Rocha)等人应用统计回归方法定量分析了大坝的变形观测资

4、料。在此基河海大学工程硕士学位论文础上法那林等人于1977年提出混凝土坝变形的确定性模型和混合模型，即运用有限元计算，把理论计算值与实测数据有机结合起来，有效地监测大坝的安全状况。在常规资料分析的基础上，前苏联、日本、法国等国家也开展了不同内容的反演分析，主要反演坝体材料的物理力学参数以及施工期的反馈分析。1974年以后，在河海大学陈久宇教授的开创下，应用统计回归法分析大坝原型观测资料，并将分析成果加以物理成因的解释，使其逐渐应用于监测大坝的安全运行和评价大坝的工况‘111o我国的大坝变形监测始于20世纪50年代初，到80年代末实现了自动化遥测，90年代后期大坝安

5、全监测技术飞速发展，许多老坝完成了自动化监测系统的更新“”～[14]p新建大坝具有功能更全的高水平监测系统。我国大坝安全监测技术的发展过程n51见表卜l。表卜i大坝变形监测发展一览表发展阶段数据采集及存储方式数据处理及成图方式决策分析光学、机械仪器采集，手算及简单编程进行数以专业知识、简单分析、50～60年代人工记录方式据处理、人工绘图经验判断光电机械化，激光类仪器70～80年代开始使用，小型计算器储有程序处理限量的数据结合定期的资料分析结果，存数据及成图经验判断传感器、电子、激光类设数据处理软件进一步优90年代至今备自动采集系统、3S应化，GIS数字化成图发展由

6、人机结合向大坝安全评判专家系统发展用，数据库存储到3D图象随着科学技术和坝工理论的发展，国内外对大坝的变形监测和观测资料分析向纵深发展。应用多学科提出多种监测模型对大坝原型观测资料进行整体分析和反馈分析，并将成果逐步应用于大坝的设计、施工和运行。在此基础上，提出了对大坝进行综合评价和决策。河海大学近几年来相继开发了龙羊峡大坝安全评价专家系统、福建省水电站大坝安全专家决策系统、二滩大坝在线分析系统等大型安全评价系统。并在实际工程中运行取得实效。近年来，吴中如院士等人通过引入空间三维坐标，提出了混凝土坝空间位移场的时空分布模型，将单测点模型拓宽到空间三维：蓝悦明等人应

7、用灰色模型理论，提出了位移预报模型；尹辉等人提出了一种实时引入新信息的等维新信息和等维灰数逆补组合的动态预测方法；李珍照等人提出了重力坝位移二维分布模型并推导水压因子的物理含义““。这些都用于监测大坝的原型性态，然后利用仿效系统识别理论，综合应用整体分析成果，通过相应的理论分析，借以反求坝体和坝基材料参数和某些结构特性，寻找某些信息和规律，及时反馈到设计、施工和运行中去，达到优化设计、施工和运行的目的，并提高和完善水2第一章绪论工设计理论‘4卜‘们。大坝外部变形观测是大坝安全监测系统的重要组成部分。目前常用的监测方法主要有：①水平位移监测的视准线法、引张线法、激光

8、准直法、正