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1、大坝安全监测第十四章 大坝安全监测教学内容：1、 1、 了解大坝安全监测的目的、内容2、 2、 各阶段的监测工作3、 3、 变形监测、渗流监测等监测仪器讨论问题：1、 1、 大坝失事的后果。2、 2、 各种坝型主要监测目标。教学安排：主要介绍第一节；其余各节为自学内容。第一节 第一节 概述一、大坝安全监测及其目的1、 1、 定义：大坝安全监测（Safety Monitoring of Dams）是通过仪器观测和巡视检查对大坝坝体、坝基、近坝区岸坡及坝周围环境所作的测量及观察。大坝：泛指与大坝有关的各种水工建筑物及设备监测：包括对坝固定测点的仪器观测，也包括对大坝外表及内部大范围对象的定期或不定
2、期的直观检查和仪器探查。2、 2、 目的：a、 a、 监视建筑物在初次蓄水期间及随后长期运行的安全，为判断大坝安全提供信息。水利枢纽运行条件十分复杂，不确定性因素很多，大坝的安全运行关系到上下游广大人民生命财产安全和生态环境保护。大坝蓄水带来显著的经济效益和社会效益，但一旦失事对下游人民生命财产造成巨大损失。尽管设计中采用了一定的安全系数，使大坝能承担各种荷载组合，但由于设计不可能预见所有不利变化，施工质量也不能完美无缺，大坝在运用过程中存在失事的可能。国际大坝委员会（ICOLD）对33个国家统计，1.47万大坝中有1105座有恶化现象，有105座发生破坏。以下是历史上著名的溃坝事件：1928
3、年 美国63m高的St.Francis（圣佛朗西斯）重力坝失事；1976年 美国93m高的Teton（提堂）土坝首次蓄水时溃决，4亿美元的经济损失；1959年 法国Malpasset（马尔巴塞）拱坝垮坝；1963年 意大利的Vajont（瓦依昂）拱坝因库库岸大滑坡导致涌浪翻坝、水库淤满失效；1975年 中国板桥和石漫滩土坝洪水漫坝失事。大量的事实也证明，大坝发生破坏事故，事前是有预兆的，对水库进行系统的观测，就能及时掌握水库的状态变化，在发生不正常情况时，及时采取加固补救措施，把事故消灭在萌芽状态中，从而保证水库的安全运行。河南省南谷洞水库堆石坝，通过检查观测发现水平垂直位移及下游漏水险情，通
4、过观测及分析研究，采取砼防渗墙处理后，使严重的变形及浑水渗漏情况得到了展出改善，转危为安。b、 b、 通过对大坝的系统观测，可根据观测结果推断大坝在各种水位下的安全度，确定安全控制水位，指导大坝的运行，在保证安全的前提下充分发挥工程效益。湖南酒埠江土坝，1960年建成后，因为担心施工质量有问题，一直低水位运行，后来通过系统的观测和资料分析，认为大坝质量是好的，从1981年起抬高水位运行，产生了巨大的经济效益。刘家峡水库主坝，根据系统的观测及资料分析，表明大坝的工作偏于安全，因而决定把水位抬高1.0米运行，在观测、分析、再观测中共抬高水位1.29米，产生了巨大的经济效益。c、 c、 施工过程中不
5、断反馈，提高设计和施工水平；通过实际工作性态的反分析，检验设计和施工，为提高和修正水工设计理论提供科学依据。由于实际情况的复杂性和坝工科技水平的限制，大坝设计理论还不够成熟和完善，一些设计前提都带有很多假定，若干因素只能简化处理，作用于结构上的某些荷载还不能准确算出，对结构破坏机理、发展过程、安全界限等的认识不够清楚和准确，坝体和坝基各部位的物理力学参数更难以精确给定。而大坝监测项目齐全、测定多，观测频次密、跨越时期长，能体现现场复杂的实际条件及反映大坝的真实状态，因此可以作为检验设计方法、计算理论、施工措施、施工质量、材料性能能的有效手段。可改变和加深人民对坝工有关问题的认识，开发更合理的设
6、计准则，概述设计和施工，促进坝工学科的发展。例如：混凝土坝坝基扬压力的存在和分布规律的了解、对帷幕及排水降压作用的验证、对混凝土坝变形与应力受温度变化影响的认识、对地震时坝体加速度分布图形的掌握以及根据应力应变实测值对拱坝试载法的验证等，都是通过监测得到的。如北京官厅水库运用初期，通过观测，发现土坝坝基渗漏严重，采用了灌浆防渗的措施。经过测压管观测资料分析，帷幕前后水位仅差23米，渗流量只减少约15%20%，效果不太显著。因而放弃了灌浆处理，改用了上游抛土，下游打排水孔的措施，效果显著，保证了大坝安全。大坝失事的主要原因土石坝混凝土坝195019591960196919701975195019
7、591960196919701975建成坝数14212708/858868/失事数10819572795011漫顶42491620186地基和结构问题28592714184材料问题12163214/坍坡25121/其它521312111从上表看出，1950年以来发生的大坝失事，按成因大致分为：l l 30%左右是由于遭遇特大洪水，设计洪水偏低和泄洪设备失灵，引起洪水漫顶失事；l l 27%左右是由于地质条件复杂，基础失稳和意外的结构事故（如假设的荷载过分乐观）；l l 20%是地下渗漏引起的扬压力过高，渗漏量增大，渗透坡降过大引起坝基基础渗透变形等； l l 11%是由于大坝老化，建筑材料变质
8、（如开裂、侵蚀和风化）以及施工质量等原因使材料强度降低，从而引起失事；l l 12%是由于不同的特有原因所致。在失事的515座大坝土坝占的比例较大，而且这些坝缺乏观测设施或设施不完善。总之，大坝安全监测在保障大坝安全经济运行以及提高坝工科学理论有重要作用。二、各阶段的监测工作大坝监测工作贯穿于坝工建设和运行管理的全过程。监测工作包括：观测方法的研究和仪器设备的研制、生产，监测设计，监测设备的埋设安装，数据采集、传输和储存，资料整理和分析，大坝实测性态的研究、评价等。设计阶段：需提出大坝安全监测系统的总统设计方案，监测布置图，仪器设备清单，施工详图及埋设安装技术要求，各监测项目测定的规定，监测系
9、统的工程概算等。施工阶段：做好仪器设备的检验、率定、埋设、安装、调试、维护，施工期的监测，竣工报告及监测报告的编写。运行阶段：需进行日常的及特殊情况下的监测工作，定期采集数据及巡视检查，及时整理、整编和分析监测成果并编写监测报告，建立监测档案，做好监测系统的维护、更新、补充、完善工作。第一次蓄水是大坝安全的一个关键时期，应专门制定监测计划，拟定主要的安全监控指标。地震、大洪水以及大坝工作异常时要作为特殊情况，加强检查和重点部位的监测。三、原型监测工作概况1. 1. 主要监测项目不同级别的大坝要求监测的项目不同。对于一二级大坝，仪器监测主要有以下项目：1) 1) 工作条件监测：上下游水位、库水温
10、、气温、坝前淤积、下游冲淤2) 2) 渗流监测：渗流量、绕坝渗流、渗水透明度及化学分析、混凝土坝的扬压力，土石坝的浸润线、坝基渗水压力、导渗降压等3) 3) 变形监测：水平位移和垂直位移，接缝和裂缝，混凝土坝的挠度和倾斜，土石坝的固结等4) 4) 应力应变及温度监测：混凝土坝的混凝土应力、应变，钢筋应力，钢管、蜗壳的钢板应力，混凝土温度、坝基温度、土石坝的孔隙水压力、土压力5) 5) 其它监测：近坝区岸坡稳定，局部结构的应力、应变，坝体地震反应，水力学监测其中变形和渗流观测是最重要的观测项目。观测物理量分为：荷载集（水压力、泥沙压力、温度、地震荷载）荷载效应集（变形、裂缝开度、应力、应变、扬压
11、力或孔隙水压力、渗流量和水质）2. 2. 主要检查项目在施工期和运行期，除了仪器监测外，还要进行巡视检查。混凝土坝有以下检查项目：1) 1) 坝体：相邻坝段间的错动情况，伸缩缝开合及止水情况，坝面、廊道壁、宽缝内表面的裂缝及漏水情况，混凝土有无破损、溶蚀及侵蚀现象，排水孔工作状态，渗水量和水质有无显著变化等。2) 2) 坝基和坝肩：基础岩体有无挤压、错动、松动、鼓出，坝体与基岩结合处有无错动、开裂漏水，坝肩有无裂缝、滑坡、溶蚀、绕渗，坝基排水设施工作是否正常，渗水水量及浑浊度有无显著变化等。3) 3) 引水和泄水建筑物：进水设施有无淤堵、损坏，泄水建筑物有无裂缝及损伤，消能设施有无磨损、冲蚀，
12、下游河床及岸坡冲淤情况等。4) 4) 其它：近坝区岸坡地下水露头变化情况，岸坡裂缝变化情况，闸门及门槽、支座、止水情况，起闭设施能否应急启动工作，地区控制系统及备用电源能否正常工作等。土石坝主要检查项目：坝体有无裂缝、滑坡、塌陷、坍坑、表面冲蚀、坡脚凸起，背水坡及坝脚有无漏水、管涌、流土、沼泽化现象，泉眼、减压井、反滤排水沟的渗水有无异常变化，渗水是否浑浊或带色，块石护坡有无松动、翻起、垫层流失，表面排水有无损坏或淤积，有无虫害（白蚁）、鼠兽（獾）活动痕迹等。3. 3. 监测和检查次数仪器监测的次数因项目和阶段而异。第一次蓄水前及第一次蓄水后头五年运行中，一般每旬一次至每月一次；第一次蓄水期一
13、般每天一次至每旬一次；经过第一次蓄水且运行超过五年后，一般每月一次至每季度一次。各时期上下游水位及气温每日均需观测。内部观测的传感器在埋设后头一个月内要加密测次，间隔从4h，8h，24h到5d，以后逐渐转入正常频次。如遇地震、大洪水及其它异常情况，应适当增加测次。自动化监测测次可适当加密。经过长期运行后，可通过鉴定对测次作适当调整。巡视检查分为日常巡查、年度巡查及特殊巡查三类。日常巡查在施工期宜每周一次；水库第一次蓄水或提高水位期间每12d一次，正常运行期间每月不少于一次，汛期特别是高水位期应加密检查次数；年度巡查应每年23次，在汛前、汛后及高水位、低气温时进行；特殊巡查在发生有感地震或大洪水
14、以及其它特殊情况下立即进行。4. 4. 对监测工作的要求：基本要求：全面、准确反映大坝工作性态，及时发现异常迹象，有效地监视大坝安全，为设计、施工和管理提供可靠资料。对监测工作各环节的要求：1) 1) 设计的仪器布置能全面反映大坝工作状况，目的明确、重点突出。监测重点放在坝体机构复杂、承载大或地质条件复杂的部位。2) 2) 仪器设备应精确可靠、稳定耐用、便于观测。自动化监测设备应有自检、自校功能，可长期稳定工作且具备人工观测条件。3) 3) 监测施工必须严按照设计要求精心进行，确保埋设、安装质量，做到竣工图、考证表及施工记录齐全。4) 4) 切实做好施工期及运行期观测数据的采集工作，严格遵守规
15、程规范，做到记录真实、注记齐全、整理上报及时。5) 5) 定期对监测结果作分析研究，对大坝工作状态做出评估（正常、异常、险情）。大坝异常或险情时，应立即向主管部门报告并通告设计单位。四、大坝安全监测发展史第一阶段：早期阶段，从远古到19世纪末。筑坝材料是土石，对坝的监测、了解只是外表观察、感性认识。第二阶段：发展阶段，20世纪初到50年代末。坝工理论逐渐形成体系，混凝土坝大量建成，当地材料坝也有很大发展。为监测混凝土坝的扬压力安设了测压管；为测定水平位移和垂直位移出现了三角量测法、视准线法和精密水准法；以后又出现了观测大坝挠曲的垂线法和观测倾斜的静力水准法；1919年出现了弦式仪器；1932年
16、发明了差动电阻式仪器。此后许多大坝埋设电测仪器，开展坝内温度、应变、应力、接缝张合和孔隙压力等项目。50年代，大坝观测体系已经齐全，光学、机械和电测方法得到普遍应用，各监测项目都有成型的观测仪器。取得了大量监测资料，对实测值和设计值以及实测值与模型试验之间作了比较。一些设计计算方法如拱坝试载法、重力坝坝基扬压力计算方法被观测资料验证而得到肯定和推广。第三阶段：成熟阶段，60年代以来。新建高坝、大库迅速增加，地形、地质条件复杂，新结构和新施工方法出现，坝工建设对监测提出了更高要求。同时马尔巴塞、瓦依昂等坝的失事引起了公众和政府对大坝安全的深切关注。监测对象从坝体和坝基浅部扩展到坝基深处及近坝区更
17、大范围。对坝基、坝肩及岸坡的观测给予了更多重视，出现了观测深部岩体的多点位移计、滑动测斜计等新仪器。观测技术向更高水平发展，自动化和半自动化仪器逐渐代替了手工观测仪器。从单点就地监测发展为遥测、自动成批观测，建立了自动化监测系统。在监测资料分析上普遍应用了数学模型技术，正分析和反分析方法有不少进展，监控指标的建立被深入研究，建立了监测数据库或监测信息系统，基于监测资料的大坝实际性态研究取得丰富成果，有些坝实现了远距离在线实时监控。国外：世界各国政府对大坝的规划、设计、施工、运行、监测及安全管理都高度重视，并颁发有关法令、法规、条例，严格大坝的安全管理（包括安全监测、隐患探测、安全加固、水库调度
18、）。特别是马尔巴塞坝失事后各国拟定和修改有关条例和法规。国际大坝委员会第68号会刊刊载各国大坝委员会所撰写的报告，都提到大坝监测的重要性。1972年发表了“关于混凝土坝观测的一般意见”，明确规定了观测工作的范围、类型，根据坝型和目的安装仪器设备以及安装技术等。中国：国家和水利行业颁发了几十种大坝的规划、勘测、设计、施工、监测和运行管理的有关规程、规范、手册、导则，严格执行审批和验收程序，建立政府、业主、监理、施工单位的质量监督体系和质量责任制，确保工程设计、施工质量的安全运行，充分发挥工程的经济、社会和环境效益。1964年出版水工建筑物观测技术手册。1991年国务院发布了水库大坝安全管理条例明
19、确规定：“大坝管理单位必须按照有关技术标准，对大坝进行安全监测和检查；对监测资料应当及时整理分析，随时掌握大坝运行状况。”水利电力部于1985年建立“水电站大坝安全监察中心”，水利部于1988年建立了“水利大坝安全监测中心”。中国已建成8.5万多座水库，基本上做到安全运行，尤其是大中型水库。但由于种种历史原因，各种大坝中也存在不少隐患，其中有的成为病坝、险坝，甚至有的出现溃坝、倒闸、决口等安全事故，造成重大灾害。据初步统计，中国大约有近1/3的大坝存在各种病险隐患，必须引起各级政府和运行主管单位的高度重视。加强安全监测，进行风险评估和安全鉴定，采取切实措施，除险加固，确保大坝安全运行的任务是十
20、分艰巨的。第二节 第二节 变形监测大坝在水压力和温度等因素的影响下发生变形，变形量大小及其变化规律，对分析大坝运行是否安全以及论证坝工设计理论等有重要作用。变形监测内容：水平位移、垂直位移、扰曲、倾斜、裂缝、接缝、土石坝固结等。2-1-1 2-1-1 水平位移水平位移监测方法：设置一条基准线，每次测出坝上测点对于基准线的位置，即可以求出测点的位移。根据基准线不同可以分类：垂线、引张线、视准线、激光准直线大地测量方法：边角网与交会点、导线法对土石坝常在坝体内部埋设相对位移计、测斜仪等。SDJ336-89混凝土大坝安全监测技术规范水平位移正负号规定：向下游和左岸为正，反之为负。一、 一、 垂线法：
21、1、设备：基准线是一条一端固定铅直张紧的不锈钢丝。安装在坝内井、管、空腔内或坝体、坝基钻孔中。原理：通过测沿线不同高程测点对于垂线固定点的水平投影距离，求出各测点的水平位移。分类：正垂线：垂线的顶端固定在坝顶附近，其下端用重锤张紧钢丝。倒垂线：垂线的底端固定在基岩深处，其上端用浮体装置将钢丝张紧。2、布置：通常将垂线布置在坝高最大、地基软弱、典型坝段及位移基点等处，并注意与其它监测项目的配合。垂线的数量应根据工程规模、坝体结构及观测要求决定，一般大型水坝不少于3条，中型不少于2条。根据大坝不同情况，正垂线和倒垂线可单独使用，也可联合使用。同一坝段设置一条垂线即可，对于构造特殊的大坝，可将坝体从
22、上向下分成23段，相应地设多根垂线串联起来。每一条垂线可根据坝高在不同高程布置若干测点，一般沿坝高不少于3个测点。3、观测方式：垂线的观测方法有二种：“一点支撑多点观测”，如图所示。适用于正、倒垂线，但正垂线测得的观测值是坝顶悬挂点不同高程各测点之间的相对水平位移，Sn为测点N处的挠度值（Sn=S0-S）；倒垂线测得的观测值是各测点相对于基岩深处锚固点的绝对水平位移。“多点支撑一点观测”，仅适用于正垂线。在各测点处埋设垂线支撑点，观测时顺次把垂线夹在各支持点上，并将观测仪器安置在垂线最低处进行观测，观测值是各测点与垂线最低点之间的相对水平位移。4、观测仪器：必须采用专用的垂线观测仪器：机械式、
23、光学、遥测垂线仪。采用机械、光学垂线仪，需要观测人员到各测点逐点操作，对于巡回连续观测很不方便。遥测可实现自动化。垂线法设备简单，观测方便，精度高，易实现自动化，因此应用广泛。二、 二、 引张线法引张线是一条直径为0.81.2mm的不锈钢丝，两端施加张力，使之成为一条水平向的直线，用以量测坝上各测点偏于该线的水平位移。引张线常设在坝顶或不同高程的纵向廊道内，两端设立基墩。两岸地形限制布置基墩有困难时，可将基墩布置在坝内，但需要其它观测手段对端点基墩的位移进行量测，以求得绝对水平位移。观测主要设备：基墩、测点、测线钢丝和测线保护管组成。基墩用钢筋混凝土浇筑，墩上有夹线器、滑轮和重锤，测点上装有支
24、撑钢丝的浮箱和标尺。测线保护管用直径10cm左右的透明塑料管。测读位移时，除标尺外，另用测微计量毫米以下的小数。引张线在重力坝上采用较多，如葛洲坝、丹江口和丰满大坝，可适用遥测。三、 三、 视准线法视准线是在坝体表面建立一条基准线，基准线由设置在坝外两岸岩石上或土基上的两个永久性基墩控制。在一岸的基墩上安置精密经纬仪，令一岸基墩上安装固定表标。用经纬仪观察对岸固定标中心的视线，即为视准线。坝上各测点水平位移的量测，是通过量测各测点对视准线的偏离值来实现的。此偏离值可用测点处的活动标量测，成为活动标法。偏离值也可用经纬仪量测视准线与坝上标点之间的小角求得，称作小角度法。采用经纬仪法观测水平位移，
25、方法简单，但受经纬仪望远镜放大倍率和折光等因素影响，当量测距离较长时，误差较大，精度难以满足要求。在混凝土坝上视准线有可能逐渐被精度较高的垂线和引张线代替。四、 四、 激光准直法激光方向性强，亮度高，单色性和相干性好，用于大坝变形观测中，可提高观测精读和效率。分类： 激光束直接准直法大气激光准直法 具有衍射效应和投影成象的激光准直法 波带板激光准直法真空激光准直法目前使用较多的是波带板激光准直法和真空激光准直法。1、 1、 波带板激光准直法（三点准直法）主要由激光器点光源、波带板和接受靶三部分组成。激光器和接受靶安置在两端固定的工作基点上，波带板安置在位移标点上。波带板起聚焦作用，根据相似三角
26、形可决定位移点的偏离值。其中SAi和SAB为A至i点和A至B点的距离，li是波带板的偏离值，Li是位移点的位移。2、真空激光准直法将波带板和激光束放在一个管道系统中，管道抽真空后观测，可削减空气的折光和湍流的影响，精读可达到基准线长度的110-7。观测方法与波带板激光准直法相同。关键问题是合理确定真空管道中真空度。管道真空度关键大气折光原理确定。大气对激光束扰动影响：由于大气折射率梯度造成折光，由于大气湍流和折射率梯度瞬间变化引起的光束漂移及光斑抖动。粗真空（1.31031.0105）为湍流，低真空（1.310-11.0103）为层流，高真空（1.310-61.010-1）为分子流态。低真空对
27、光束干扰大大减弱，高真空代价太大，大坝变形监测所需真空度以低真空为宜。可以采用简单的机械式真空泵获得。丰满大坝于1978年12月建成国内第一套长194米的有4个激光真空管道准直相同。三峡高程将采用长2000多米的真空激光准直系统。五、 五、 边角网交会点边角网与交会点，在坝址下游区根据地形特点布置一控制网，E、F、G、H四边形，其中G和H为校核基点，E和F为工作基点。观测方法：由校核基点G和H，采用测边或测角方法，校核工作基点E、F的位移变化情况，然后通过E、F观测坝上各点的方向（角），计算位移。用途：比视准线法复杂，多用于解决某些特殊问题，或与视准线配合使用。如图所示，视准线AB只能测拱冠一
28、点的水平位移，其它点用视准线无法观测，拱坝下游坝面观测人员无法到达；另外其它方向的位移，可以采用边角网或交会点观测。六、 六、 导线法拱坝水平位移观测，除了采用视准线、激光准直法或交会点观测坝顶变形，坝内廊道或基础廊道内布设导线测定拱坝的径向和切向位移。布置：坝体廊道内，每坝段设一点，导线观测墩采用槽钢插入坝体墙内。为减少方位角的传递误差，提高测角效率，采用隔点设站，分为测点站和中间站。测点站上有强制对中底盘、微型頕标和轴杆头。在导线两端径向方向设倒垂点，用于测定两端的绝对位移。观测方法：用精密经纬仪定期测定各点转折角1，2，和投影角C1，C2，用标准因瓦尺或带尺测定各导线间的长度b1，b2，
29、分别测定导线两端点A、B至倒垂线的径向和切向值，推算各导线点的径向和切向位移。七、 七、 测斜仪用于观测土石坝或岩体内部的水平位移，可预埋在填土中，亦可采用钻孔埋设。分类：滑动式和固定式。固定式：固定埋在结构物件内的固定点上。滑动式须配测斜管使用。测斜管是四个相互垂直导槽的铝合金管或硬质塑料管。测斜仪由：测头、测斜管、电缆和测尺、测读表四个部分组成。当土体产生位移时，测斜管同土体一起位移，管道的位移量（测斜管产生倾斜）即为坝体的位移量。向管道内放入测头，测出各个不同分段点处的倾角i，则相应的位移增量为：若测斜管底作为不动点时，则自管底以上任一测深总位移为：测斜仪埋设时应注意测斜管的扭曲，周围填
30、土与管壁紧密衔接，否则会产生很大误差。2-1-2 2-1-2 垂直位移及倾斜监测垂直位移是大坝变形监测中的主要项目之一。大坝在外界因素作用下，沿铅直方向产生位移，坝体沿某一铅直线或水平面还会产生转动变形。为掌握大坝及基础变形情况，一般大中型水库的大坝，垂直位移及倾斜是必测项目。SDJ336-89规定：测点垂直向下为正，向上为负；向下游转动为正，向左岸转动为正，反之为负。垂直位移监测方法：几何水准和流体静力水准。在基础垂直位移观测中，多采用多点基岩位移计测量基础内部沿铅直孔轴向位移。倾斜位移监测方法：直接观测法和间接观测法。直接观测法采用气泡倾斜仪或遥测仪直接测读大坝的倾角，其中气泡倾斜仪适用于
31、倾斜变化较大或局部区域的变形，宜用以坝体中、上部的倾斜观测；间接观测法是通过观测相对垂直位移确定大坝的倾斜，采用的观测方法与坝体垂直位移观测相同。一、 一、 几何水准测量法1、 1、 测点布置（1） （1） 水准基点水准基点是垂直位移观测以及其它高程测量依据的标准，为此必须布置适当，埋设可靠。通常选择离坝适当距离，不受坝体变形影响、地基坚实稳固且便于引测的地点进行埋设。对于中型以下的水库，一般布置12个水准基点即可，大型水库需布置23个，对规模较大的大型水库，特别是自重较大的坝常需要建立精密水准网系统。精密水准网可包括所有水准基点和起测基点，并力求构成闭合环线，以提高观测精度。水准基点一般采用
32、深埋钢管标、深埋双管标和混凝土水准基点。（2） （2） 起测基点由于一般水库水准基点离坝较远，与垂直位移标点的高差也较大，每次观测垂直位移都从水准基点起测很不方便。为此，可在每纵排的垂直位移标点的延长线两端岸坡上，选择可靠的地点，各布置一个起测基点。起测基点的埋设高程与该排垂直位移标点的高程不要相差太大。（3） （3） 垂直位移标点对于混凝土坝应在基础廊道和坝顶各设一排垂直位移测点，高坝还应在中间廊道内设一排测点，各排测点的分布，一般每一坝段一个测点，在重要部位则增加测点。对于土石坝，应在有代表性而且能控制主要变位情况的地段上选择观测横断面，横断面间距一般为50100m，在每个观测横断面上布置
33、4个以上标点。2、 2、 观测仪器在采用几何水准法观测大坝垂直位移或倾斜位移时，对于混凝土坝和大中型土石坝，由于观测精度要求较高，往往采用精密水准仪。对于小型土石坝可采用普通水准测量法，其观测仪器常用S1水准仪或N2水准仪等。3、 3、 观测方法垂直位移观测一般分为两大步骤：一是由水准基点校测各起测基点是否变动；二是利用起测基点测定各垂直位移标点的位移值。（1） （1） 起测基点的校测施测前，首先应校核水准基点是否有变动，然后将水准基点与起测基点组成的水准环线（或水准网）进行联测。观测精度一般要求每千米水准测量高差中数的中误差不大于0.5mm，环闭合差不大于mm（F为环线长度），故应采用S05
34、精密水准仪或因瓦尺按国家一等水准测量的要求进行观测。（2） （2） 垂直位移标点的观测垂直位移标点的观测是从起测基点开始，测定相应的垂直位移标点后附和至另一起测基点，构成附和水准路线。对于混凝土坝，采用紧密水准仪和因瓦尺按二类水准测量的要求进行观测。精度要求其最弱点位移值观测中误差一般要求不大于1mm，闭合差不得大于mm（F为环线长度），对于土石坝可采用国家三等水准测量方法进行，其闭合差不得大于mm。（3） （3） 高程传递有的混凝土坝，从坝外至坝内的廊道，坡度陡峭，不便架设仪器，或视距较短，望远镜无法看清水准尺，所以观测时欲将高程传至廊道发生困难。在这种情况先，如大坝具有安设正、倒垂线的竖井
35、或竖向廊道，则可利用竖井或竖向廊道进行高程传递。A为坝上的已知高程点，设其高程为HA，为测定廊道内B点的高程，沿竖井悬挂因瓦尺，带尺下端挂以重锤，重锤放在盛有锭子油或变压器油的油桶内，使尺子稳定。观测时在坝上及廊道内各安置一架水准仪，并分别在A及B点竖立水准尺，按二等水准测量要求分别读取水准尺及因瓦尺上的读书a1，b1，a2，b2。也可采用竖直传高测微仪获得上述数据，则B点的高程为：其中因瓦尺上的读数b1和a2应施以尺长和温度改正。二、 二、 静力水准观测法静力水准也成为连通管法。利用连通管液压相等的原理，将起测点和各垂直位移标点用连通管连接，灌水后即可获得一条水平的水面线，量出水面线与起测基
36、点的高差，计算出水面线的高程，然后依次量出各垂直位移标点与水面线的高差，即可求得各标点的高程。该次观测时测点高程与初测高程的差值即为该测点的累计垂直位移。连通管有活动式和固定式两种。以前多用人工观测，目前逐步采用自动水准仪。根据连通管内液面保持水平的原理，用传感器量测液面高度的变化，从而自动测出两个或多个测点之间的沉陷和倾斜变化，仪器输出为电压信号，可直接进行遥测、数字显示，可与数据采集器连接，自动打印和储存，可与计算机联网。2-1-3 2-1-3 土石坝固结为了解土坝，特别是水中填土坝在施工和运行期的固结情况，以判断工程的稳定性，并为科研、工程设计提供资料，应进行固结观测。土坝固结观测：观测
37、土坝坝体的沉降量。一般在土坝表面布设若干垂直位移标点，用几何水准或静力水准测量法测定其垂直位移值。坝面标点的垂直位移值是坝体和坝基垂直位移之和。土石坝坝体内部的固结和沉降，一般采用在坝体内部逐层埋设横梁管式沉降仪、电磁式沉降仪、干簧管式沉降仪、水管式沉降仪和深式标点的方法，量测各高程点的高程变化，从而计算出坝体的固结度和沉降量。坝体内固结测点布置，应根据工程重要性、结构型式、地形、地质及施工方法等情况定。一般应在原河床、最大坝高、合龙段及进行过固结计算的断面内分布安设。2-1-4 2-1-4 裂缝、接缝观测一、 一、 裂缝观测大坝发生裂缝时，需要监测裂缝的发展情况，分析产生的原因和对大坝安全的
38、影响，以便进行处理。大坝裂缝观测的内容包括：裂缝的分布、长度、宽度及是否形成贯穿缝等，有漏水的裂缝，应同时观测漏水情况，观测大坝裂缝的同时，如有条件应同时对坝址处的气温、水温、上游水位及混凝土温度等相关因素进行观测。裂缝位置和长度的观测，可在裂缝两端用油漆画线作标志，或绘制方格坐标丈量。裂缝的观测可借助放大镜测定，重要的裂缝还可在缝两侧各埋设一金属标点，用游标卡尺测定缝宽的变化。裂缝的深度可用金属丝探测或用超声波探伤仪测定。二、 二、 接缝观测混凝土大坝为适应温度变化和地基不均匀沉降以及满足施工要求，一般均设有接缝。接缝的开合度与坝体温度、水温、气温、上下游水位等因素有关。为了解接缝的开合情况
39、，掌握其变化规律及灌浆效果，以综合分析大坝运行状态，应进行接缝观测，同时还应对温度、水位等相关引子进行观测。接缝测点通常布置在最大坝高、地质复杂、地形变化较大、施工质量较差或进行应力应变观测的坝段上，测点可设在坝顶、下游坝面、廊道内或坝体内部某一部位。另外，根据需要，可选择其它具有代表性的纵、横缝埋设测点，以观测接缝灌浆后的变化情况。大坝接缝观测，是在接缝的测点处埋设金属标点、差动电阻式测缝计或弦式测缝计，以测量缝的变化。1. 1. 差动电阻式测缝计或弦式测缝计。差动电阻式测缝计的工作原理及计算方法与差动电阻应变计同。弦式测缝计的工作原理与计算方法.2. 2. 单向测缝标点。在接缝的两侧埋设一
40、对金属标点，用游标卡尺或千分尺进行测量。3. 3. 三点式金属标点。三点式金属标点用以观测接缝的空间变化，由大致在同一平面上的三个金属标点组成，其中二个标点埋设在接缝的一侧，其连线平行于接缝，并与在缝的另一侧的一个标点构成三边大致相等的三角形。4. 4. 型板式三向标点。型板式三向标点也是用以观测接缝的空间变化。将二块宽约30mm，厚约57mm的金属板，作成相互垂直的三个方向的拐角，并在型板上焊三对不锈钢或铜质的标点，用以观测三个方向的变化。2-2 2-2 渗流监测水库蓄水后，在上、下游水位作用下，坝体和坝基出现渗流。渗流对坝体和坝基稳定有重要影响，影响水库蓄水效益，设计中把渗流作为重要内容，
41、渗流计算和防渗导渗措施不十分完善。据统计，由于渗流问题而失事的大坝占事故的40%。大坝渗流观测项目：混凝土坝扬压力、土石坝坝体和坝基渗流压力观测、绕坝渗流观测、渗流量观测、渗流水质观测等。一、 一、 渗流监测的测点布置1、混凝土坝扬压力观测布置：扬压力的测点应根据大坝的重要性和规模大小、建筑物类型、断面大小、坝基地质情况以及防渗、排水结构等布置。可选择若干垂直于大坝轴线的横断面，作为扬压力观测横断面，通常选在最大坝高、主河床、基础较差以及设计时进行稳定计算的断面，一般选择27个，大多34个。每个测压横断面测点的布置，应该根据断面大小、结构形式、地下轮廓线及基础的地质情况等因素，以测出扬压力分布
42、及其变化为原则。可参考下列原则进行布置：a、 a、 理解坝基防渗设施的效果，应在灌浆帷幕、防渗墙、铺盖齿墙、板桩等下游处布置测点。b、 b、 理解排水体的工作情况，应在坝基排水孔、溢洪道护坦排水孔的下游布设测点。c、 c、 建筑物底面紧靠下游端布设测点。d、 d、 每个测压断面测点不少于3个。混凝土坝，一般在横向廊道中布置测压断面，以便于观测。通常选一个纵断面进行观测，沿坝轴线方向布置测点，每坝段布置12个，测点轴线位于第一道排水幕线上，横断面靠上游的测点最好包括在纵断面内。2、土石坝坝体渗透压力观测布置：根据水库的重要性和规模大小、土坝坝型、断面尺寸、坝基土质情况以及防渗、排水结构等进行布置
43、。选最重要、最有代表性，而且能控制主要渗流情况以及预计有可能出现异常渗流的横断面，作为坝体渗流压力观测布置测压管或孔隙水压力计。Eg.选择最大坝高、老河床、合龙段以及地质情况复杂处，设计时进行浸润线计算的断面。布置测点的横断面间距一般为100200m，如坝体较长，断面情况大致相同，可适当增大断面间距，在有特殊需要的坝段增设断面。对于中等高度的大坝观测断面应不少于3个，一般大坝不少于2个。测点的数量和位置应使观测成果如实反映出断面内浸润线的几何形状及其变化，并充分描绘出坝体各组成部分（防渗体、排水体、反滤层等）在渗流作用下的工作状况为原则进行布置。3、土坝坝基渗流压力观测坝基渗流压力通常也是在坝
44、基内埋设孔隙水压力计或测压管来进行观测的。测点的布置应根据地基土层情况，防渗设施的结构和排水设备形式，以及有可能发生渗透变形的部位而定。一般要求如下：1) 1) 坝基渗流压力测点应沿渗流方向布置，每一观测横断面不少于3个。2) 2) 渗流压力测点一般应设在强透水层中。如是双层地基（表面是相对弱透水层，下层是强透水层）或多层地基，应在强透水层中布置测点，但在靠近下游坝址及出口附近的相对弱透水层也要适当布置测点。3) 3) 为检验防渗和排水设备的作用，在这些设施的上下游都要布设测点，以了解渗流压力的变化。4) 4) 为获得坝址出逸段的出逸坡降及承压水的作用情况，需在坝址下游一定范围内布置若干测点。
45、5) 5) 在已经发生渗流变形的地方应在其四周临时增设测点进行观测。当采取工程措施进行处理后，应有计划保留一部分测点观测处理前后渗流压力的变化，以评价处理措施的效能。4、绕坝渗流与近坝区地下水位观测水库蓄水后，库水绕过坝两端的防渗设备或坝与岸坡的接触面渗透到下游，成为绕坝渗流。一般埋设孔隙水压力计或测压管进行绕坝渗流观测，测点的布置以能使观测成果绘出绕渗等水位线为原则。其具体要求为：1) 1) 两岸绕渗测点可沿绕流线布置，一般至少埋设二排，每排至少3个测点；2) 2) 在河槽两侧台地的绕渗区，可垂直流线布置23排测点，每排至少3个测点；3) 3) 沿着渗流可能有比较集中的透水层布置12排测点；
46、4) 4) 对于观测自由水面的绕渗测点，其测点的埋设深度应视地下水情况而定，至少应深入到筑坝前的地下水位以下。对于观测不同透水层水压的测点应深入到透水层中。二、 二、 观测设备主要设备：测压管、孔隙水压力计，由于设备长期埋设在坝体内或坝基中，要求设备不易变质和腐烂，经久耐用。1、 1、 测压管测压管最常用的是金属管，也可采用塑料管或无沙混凝土管。测压管主要由：进水管段、导管和管口保护装置三部分组成。进水管段若采用金属管或塑料管时，其常用的进水管外径为50mm，下端封口，管壁上需钻有足够数量的进水孔，进水孔呈梅花形排列，在管壁外面包扎过滤材料。进水管长度视观测对象而定，用以土坝浸润线观测时，一般应由最高、最低浸润线范围来确定，用于坝基扬压力观测时一般为0.5m。导管接在进水管的上面，一直引出坝面或观测廊道中，以测量管中水位。导管引伸到坝面或廊道
