2010年-2011年工程變形監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理-教案21-

教案主講教師夏小裕 課程名稱工程變形監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理課程類別專業(yè)選修課 授課班級(jí)測(cè)繪071~073使用教材《變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理》 教研室(實(shí)驗(yàn)室)測(cè)繪工程教研室 課時(shí)授課計(jì)劃水利工程變形監(jiān)測(cè)概述；水利工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及要求；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；案例-選修課要求學(xué)生掌握水利工程變形監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容及常用方法；水利工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目重點(diǎn)：水利工程變形監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容及常用方法；水利工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的要求；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。[1]黃聲亨等編，《變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理》，武漢大學(xué)出版社，2003年第1等編，《變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理》，測(cè)繪出版社，1998[3]吳子安等編，《工程建筑物變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理》測(cè)繪出版社1989[4]李青岳，陳永奇，《工程測(cè)量學(xué)》，測(cè)繪出版社1984[5]白迪謀，《工程建筑物變形觀測(cè)和變形分析》，西南交通大學(xué)出版社，通過聽講學(xué)生基本掌握水利工程變形監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容及常用方法；并對(duì)水利工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的要求和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有所了解，教學(xué)效果良好。十、教學(xué)進(jìn)程(教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)及時(shí)間分配等)講稿(水利工程變形監(jiān)測(cè))?概述?監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及要求?監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)?小浪底大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)?大壩安全評(píng)判專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、概述測(cè)工作的重要性：上大壩有近3000座，這些工程在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮了巨大的作用。然而，相當(dāng)一部分大壩存在著某些不安全因素，這些因素不同程度地影響工程效益的發(fā)揮，甚至威脅著下游千百萬人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。?世界范圍內(nèi)的最新統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，本世紀(jì)已建壩總的失事比例約為1%，一旦大壩，這已引起各國政府和人民的普遍關(guān)注。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究進(jìn)展：?監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集?監(jiān)測(cè)信息處理系統(tǒng)的研究開發(fā)?綜合評(píng)判專家系統(tǒng)的開發(fā)研究二、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及要求工作原則：(1)監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)施的布置，應(yīng)明確監(jiān)測(cè)目的，緊密結(jié)合工程實(shí)際，突出重點(diǎn)，兼顧全面，相關(guān)項(xiàng)目統(tǒng)籌安排，配合布置。應(yīng)保證具有在惡劣氣候條件下仍能進(jìn)行重要項(xiàng)目的監(jiān)(2)儀器設(shè)備要耐久、可靠、實(shí)用、有效，力求先進(jìn)和便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。(3)儀器的安裝和埋設(shè)必須及時(shí)，必須按設(shè)計(jì)要求精心施工，應(yīng)保證第一次蓄水期能夠獲得必要的監(jiān)測(cè)成果，并應(yīng)做好儀器的保護(hù)；埋設(shè)完工后，及時(shí)作好初期測(cè)讀工作，并繪制竣工圖、填寫考證表，存檔備查。(4)儀器監(jiān)測(cè)嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，相關(guān)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目力求同時(shí)監(jiān)測(cè)；針對(duì)不同監(jiān)測(cè)階段，突出重點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；發(fā)現(xiàn)異常，立即復(fù)測(cè)；做到監(jiān)測(cè)連續(xù)、數(shù)據(jù)可靠、記錄(5)儀器監(jiān)測(cè)應(yīng)與巡視檢查相結(jié)合。(1)可行性研究階段。提出安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)專題、監(jiān)測(cè)儀器及設(shè)備的數(shù)量；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工程概算。(2)招標(biāo)設(shè)計(jì)階段。提出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件，包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置圖、儀器設(shè)備清單、各監(jiān)測(cè)儀器設(shè)施的安裝技術(shù)要求、測(cè)次要求及工程預(yù)算等。(3)施工階段。提出施工詳圖，應(yīng)做好儀器設(shè)備的檢驗(yàn)、埋設(shè)、安裝、調(diào)試和保護(hù)，應(yīng)繪制竣工圖，編寫埋設(shè)記錄和竣工報(bào)告；應(yīng)固定專人進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，保證監(jiān)測(cè)設(shè)施完好和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)、可靠、完整，應(yīng)按時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)資料分析，評(píng)價(jià)施工期大壩安全狀況，為施(4)首次蓄水階段。應(yīng)制定首次蓄水的監(jiān)測(cè)工作計(jì)劃和主要的設(shè)計(jì)監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)；按計(jì)劃要求做好儀器監(jiān)測(cè)和巡視檢查；擬定基準(zhǔn)值，定時(shí)對(duì)大壩安全狀態(tài)作出評(píng)價(jià)并為蓄水提(5)運(yùn)行階段。應(yīng)進(jìn)行經(jīng)常的和特殊情況下的監(jiān)測(cè)工作；定期對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行檢查、維護(hù)和鑒定，以確定是否應(yīng)報(bào)廢、封存或繼續(xù)觀測(cè)、補(bǔ)充、完善和更新，定期對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)工作狀態(tài)劃分：應(yīng)定期對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析研究，并按下列類型對(duì)大壩的工作狀態(tài)作出評(píng)估：(1)正常狀態(tài)，指大壩(或監(jiān)測(cè)的對(duì)象)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的功能，不存在影響正常使用的缺陷，且各主要監(jiān)測(cè)量的變化處于正常情況下的狀態(tài)。(2)異常狀態(tài)，指大壩(或監(jiān)測(cè)的對(duì)象)的某項(xiàng)功能已不能完全滿足設(shè)計(jì)要求，或主(3)險(xiǎn)情狀態(tài)，指大壩(或監(jiān)測(cè)的對(duì)象)出現(xiàn)危及安全的嚴(yán)重缺陷，或環(huán)境中某些危及安全的因素正在加劇，或主要監(jiān)測(cè)量出現(xiàn)較大異常，若按設(shè)計(jì)條件繼續(xù)運(yùn)行將出現(xiàn)大事變形監(jiān)測(cè)符號(hào)正負(fù)向下游、向左岸向上游、向右岸直撓度向下游、向左岸向上游、向右岸傾斜向下游轉(zhuǎn)動(dòng)、向左岸轉(zhuǎn)動(dòng)向上游轉(zhuǎn)動(dòng)、向右岸轉(zhuǎn)動(dòng)坡向坡上、向右岸裂縫接縫背閘室中心水工建筑物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目按工程分類按工程分類土石堆石混凝水閘、壩√√√壩√√壩√√√溢洪道√√√按級(jí)別分類123√√√√√降水波浪沖淤類別4變形溫表面地基裂縫接縫邊坡√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√壩壩體壩基繞滲滲流量地下水水質(zhì)土壤混凝土鋼筋鋼板接觸面溫度壓強(qiáng)流速摻氣消能振動(dòng)滲流應(yīng)力流地震安全監(jiān)測(cè)次數(shù)施工期運(yùn)行期表面流應(yīng)力類別變形流應(yīng)力三、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)斷面布置(土石壩)：(1)觀測(cè)橫斷面。布置在最大壩高、原河床處、合龍段、地形突變處、地質(zhì)條件復(fù)雜(2)觀測(cè)縱斷面。在壩頂?shù)纳嫌位蛳掠蝹?cè)布設(shè)1~2個(gè)，在上游壩坡正常蓄水位以上1(3)內(nèi)部斷面。一般布置在最大斷面及其它特征斷面處，可視需要布設(shè)1~3個(gè)，每個(gè)斷界面位移一般布設(shè)在壩體與岸坡連接處，不同壩料的組合壩型交界處及土壩與混凝土建監(jiān)測(cè)斷面布置(混凝土壩)：(1)觀測(cè)縱斷面。通常平行壩軸線在壩頂及壩基廊道設(shè)置觀測(cè)縱斷面，當(dāng)壩體較高時(shí)，可在中間適當(dāng)增加1~2個(gè)縱斷面。當(dāng)缺少縱向廊道時(shí)，也可布設(shè)在平行壩軸線的下游壩面(2)內(nèi)部斷面。布置在最大壩高壩段或地質(zhì)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜壩段，并視壩長情況布設(shè)1~3個(gè)斷面。應(yīng)將壩體和地基作為一個(gè)整體進(jìn)行布設(shè)。拱壩的拱冠和拱端一般宜布設(shè)斷面，必要監(jiān)測(cè)斷面布置(滑坡體)：(1)兩壩肩附近的近壩區(qū)巖體。垂直壩軸線方向各布設(shè)1~2個(gè)觀測(cè)橫斷面。(2)滑坡體順滑移方向布設(shè)1~3個(gè)觀測(cè)斷面，包括主滑線斷面及其兩側(cè)特征斷面。(3)必要時(shí)可大致按網(wǎng)格法布置。水平位移觀測(cè)點(diǎn)布置(位移標(biāo)點(diǎn))：(1)土石壩。在每個(gè)橫斷面和縱斷面交點(diǎn)等處布設(shè)位移標(biāo)點(diǎn)，一般每個(gè)橫斷面不少于3個(gè)。位移標(biāo)點(diǎn)的縱向間距，當(dāng)壩長小于300m時(shí)取30~50m，壩長大于300m時(shí)，一般取(2)混凝土壩。在觀測(cè)縱斷面上的每個(gè)壩段、每個(gè)垛墻或每個(gè)閘墩布設(shè)一個(gè)標(biāo)點(diǎn)，對(duì)于重要工:程也可在伸縮縫兩側(cè)各布設(shè)一個(gè)標(biāo)點(diǎn)。(3)近壩區(qū)巖體及滑坡體。在近壩區(qū)巖體每個(gè)斷面上至少布設(shè)3個(gè)標(biāo)點(diǎn)，重點(diǎn)布設(shè)在靠壩肩下游面。在滑坡體每個(gè)觀測(cè)斷面上的位移標(biāo)點(diǎn)一般不少于3個(gè)，重點(diǎn)布設(shè)在滑坡體后緣起至正常蓄水位之間。水平位移觀測(cè)點(diǎn)布置(工作基點(diǎn))：(1)土石壩。在兩岸每一縱排標(biāo)點(diǎn)的延長線上各布設(shè)一個(gè)工作基點(diǎn)。當(dāng)壩軸線為折線或壩長超過500m時(shí)，可在壩身每一縱排標(biāo)點(diǎn)中部增設(shè)工作基點(diǎn)兼作標(biāo)點(diǎn)，工作基點(diǎn)的間距取決于采用的測(cè)量儀器。(2)混凝土壩?？蓪⒐ぷ骰c(diǎn)布設(shè)在兩岸山體的巖洞內(nèi)或位移測(cè)線延長線的穩(wěn)定巖體(3)近壩區(qū)巖體及滑坡體。選擇距觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)較近的穩(wěn)定巖體建立工作基點(diǎn)。水平位移觀測(cè)點(diǎn)布置(校核基點(diǎn))：(1)土石壩。一般仍采用延長方向線法，即在兩岸同排工作基點(diǎn)連線的延長線.上各設(shè)~2個(gè)校核基點(diǎn)，必要時(shí)可設(shè)置倒垂線或采用邊角網(wǎng)定位。(2)混凝土壩。校核基點(diǎn)可布設(shè)在兩岸灌漿廊道內(nèi)，也可采用倒垂線作為校核基點(diǎn)，此時(shí)校核基點(diǎn)與倒垂線的觀測(cè)墩宜合二為一。(3)近壩區(qū)巖體及滑坡體?？蓪⒐ぷ骰c(diǎn)和校核基點(diǎn)組成邊角網(wǎng)或交會(huì)法進(jìn)行觀測(cè)。有條件時(shí)也可設(shè)置倒垂線。?在通常情況下，垂直位移采用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法觀測(cè)。?水準(zhǔn)測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)工程建筑物的規(guī)模、受力區(qū)范圍、地形地質(zhì)條件及觀測(cè)精度要求等綜合考慮，原則上要求這種類型的點(diǎn)能長期穩(wěn)定，且變形值小于觀測(cè)誤?水準(zhǔn)基點(diǎn)的形式可采用土基標(biāo)、地表巖石標(biāo)、深埋鋼管標(biāo)、雙金屬管標(biāo)等，具體形情況確定。?一般分別在壩頂及壩基處各布設(shè)一排沉降監(jiān)測(cè)標(biāo)點(diǎn)，在高混凝土壩中間高程廊道內(nèi)和高土石壩的下游馬道上，也應(yīng)適當(dāng)布置觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)。?沉降標(biāo)點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際需要采用綜合標(biāo)、混凝土標(biāo)、鋼管標(biāo)、墻上標(biāo)等形式。水平位移監(jiān)測(cè)方法一般壩體、壩基均適用壩體較短時(shí)用包括大氣和真空激光，壩體較長時(shí)用真空激光重要測(cè)點(diǎn)用一般均適用，可用光電測(cè)距儀測(cè)量導(dǎo)線邊長交會(huì)邊較短、交會(huì)角較好時(shí)用壩體較短時(shí)用有條件時(shí)用，可布設(shè)管道壩體較長時(shí)用測(cè)量內(nèi)部分層及界面位移用交會(huì)邊較短、交會(huì)角較好時(shí)用一般均適用交會(huì)邊較短、交會(huì)角較好時(shí)用范圍較大時(shí)用也可用于滑坡體和壩基法視準(zhǔn)線激光準(zhǔn)直視準(zhǔn)線會(huì)法視準(zhǔn)線大氣激光衛(wèi)星定位測(cè)斜儀或位移計(jì)會(huì)法測(cè)斜儀會(huì)法衛(wèi)星定位多點(diǎn)位移計(jì)重力壩土石壩近壩區(qū)巖體一一般均適用范圍較大時(shí)用一般均適用，包括三角網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)和測(cè)邊測(cè)角網(wǎng)可測(cè)定位移深度、速率及滑動(dòng)面位置可測(cè)斷層的三維位移可測(cè)層面水平及垂直位移一般均適用必要時(shí)用也可精密量距和測(cè)角一般均適用有條件時(shí)用有條件時(shí)用用于基準(zhǔn)點(diǎn)傳遞和水平位移觀測(cè)視準(zhǔn)線衛(wèi)星定位體校核基點(diǎn)邊角網(wǎng)斷層監(jiān)測(cè)儀變位計(jì)測(cè)斜儀倒垂線巖洞穩(wěn)定點(diǎn)倒垂線邊角網(wǎng)延長方向線伸縮儀垂直位移監(jiān)測(cè)方法方法說明一等或二等水準(zhǔn)壩體、壩基均適用混凝土壩三角高程激光準(zhǔn)直可用于薄拱壩兩端應(yīng)設(shè)垂直位移工作基點(diǎn)壩體、壩基均適用壩體、壩基均適用一般采用全站儀觀測(cè)兩端應(yīng)設(shè)垂直位移工作基點(diǎn)觀測(cè)表面、山洞內(nèi)及地基回彈位移觀測(cè)表面位移觀測(cè)表面及山洞內(nèi)位移一般利用全站儀觀測(cè)范圍較大時(shí)用固定式，觀測(cè)地基和分層位移活動(dòng)式或固定式，可測(cè)分層位移固定式，可測(cè)各種方向及深層位移觀測(cè)淺層位移一般均適用需利用豎井需利用旋轉(zhuǎn)鏡和反射鏡可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，但維護(hù)較困難二等或三等水準(zhǔn)三角高程激光準(zhǔn)直一等或二等水準(zhǔn)三角高程二等水準(zhǔn)三角高程衛(wèi)星定位沉降板沉降儀多點(diǎn)位移計(jì)變形計(jì)線銦鋼帶尺光電測(cè)距儀豎直傳高儀土石壩近壩區(qū)巖體體高程傳遞工程案例--小浪底大壩安全監(jiān)測(cè)小浪底水利樞紐是我國目前在建的最大水利樞紐工程之一，工程位于河南省洛陽市以北約40km的黃河干流上，是一座以防洪、防凌、減淤為主，兼顧發(fā)電、灌溉、供水等綜合利用的水利樞紐工程。樞紐由大壩、泄洪排沙建筑物、水電站等組成。大壩為壤土斜心墻明流泄洪洞、三條排沙洞和正常溢洪道及非常溢洪道組成，水電站系統(tǒng)由六條引水洞發(fā)電、地下廠房和三條尾水洞組成，電站裝機(jī)6臺(tái)，總?cè)萘?800MW，地下廠房長250.小浪底水利樞紐工程?大壩觀測(cè)儀器主要布置在三個(gè)橫斷面和兩個(gè)縱斷面上；?A—A觀測(cè)斷面位于F1斷層破碎帶處，F(xiàn)1斷層對(duì)大壩的影響較大，是重點(diǎn)觀測(cè)部?B—B觀測(cè)斷面位于最大壩高處，而且覆蓋層最深(70多米)，是壩體的典型觀測(cè)斷?C—C觀測(cè)斷面位于左岸，該斷面防滲體基本上處于巖石基礎(chǔ)和河床覆蓋層的交界部位，同時(shí)斷面下游壩軸線上有一基巖陡坎，使其變形比較復(fù)雜，有引起裂縫的可DEE小浪底大壩外部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置?大壩的外部變形觀測(cè)分為水平變形和豎直變形兩部分。壩體表面的觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)既可作為水平變形測(cè)量的標(biāo)點(diǎn)又可當(dāng)作豎直變形測(cè)量的標(biāo)點(diǎn)。大壩外部變形共布設(shè)測(cè)線8條，156個(gè)測(cè)點(diǎn)，順河流方向的水平位移采用視準(zhǔn)線法或小角度法觀測(cè)；沿壩軸線方向的水平位移采用量距法進(jìn)行觀測(cè)；壩體的沉陷采用二等精密水準(zhǔn)進(jìn)行施測(cè)。?壩體內(nèi)部變形觀測(cè)主要有水平位移觀測(cè)、垂直位移觀測(cè)及界面相對(duì)錯(cuò)動(dòng)觀測(cè)，主要采用四種方法進(jìn)行觀測(cè)，分別是：測(cè)斜儀、堤應(yīng)變計(jì)、界面應(yīng)變計(jì)及鋼弦式沉降?大壩共設(shè)有17支測(cè)斜管，分別以垂直向、傾斜向及水平向三種方式埋設(shè)，并在一定的間距安裝有沉降環(huán)，以測(cè)量壩體三個(gè)方向的變形。?壩基滲流是該工程的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)部位是沿整個(gè)大壩防滲線及斜心墻基礎(chǔ)面的滲壓力。?監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括繞壩滲流、壩體內(nèi)的孔隙水壓力和浸潤線分布。對(duì)F1斷層兩側(cè)及右岸灘地也需要監(jiān)測(cè)其滲流穩(wěn)定性。?壩體滲壓監(jiān)測(cè)儀器主要布置在三個(gè)橫向觀測(cè)斷面內(nèi)，另外，在B—B觀測(cè)斷面上游?為了