【摘要】我國(guó)的大壩變形監(jiān)測(cè)始于20世紀(jì)50年代初，到80年代末實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化遙測(cè)，90年代后大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)飛速發(fā)展，許多老壩完成了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的更新改造，新建大壩具有功能更全的高水平監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，目前大壩變形監(jiān)測(cè)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行變量的數(shù)據(jù)采集、傳輸，數(shù)據(jù)管理，在線分析，綜合成圖，成果預(yù)警的計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)化，并向一體化、自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】水利；檢測(cè)；技術(shù)

1、大壩沉降和水平位移觀測(cè)常用方法

沉降觀測(cè)是工程變形觀測(cè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其目的是要測(cè)定建筑物及其基礎(chǔ)、邊坡、開挖和填方在鉛垂方向的升降變化。水管式沉降儀觀測(cè)壩體沉降量的方法是利用液體在連通管的水面最終會(huì)形成同一水平面的原理，如果大壩內(nèi)部某測(cè)點(diǎn)沒有沉降發(fā)生，則測(cè)量管水位不會(huì)發(fā)生變化，反之如果測(cè)得壩體內(nèi)部的測(cè)點(diǎn)隨壩體下降，則測(cè)量管內(nèi)水位也跟隨下降?；顒?dòng)式測(cè)斜管兼電磁式沉降環(huán)可同時(shí)監(jiān)測(cè)水平位移和豎直位移。它的構(gòu)造為在一根豎管里面安設(shè)測(cè)斜儀，在管的外壁套上可沿管壁滑動(dòng)的環(huán)。隨著壩體的填筑，沉降環(huán)處的壓力增大從而使沉降環(huán)向下移動(dòng)。每次讀數(shù)時(shí)將讀數(shù)探頭置于管內(nèi)，當(dāng)探頭到達(dá)環(huán)的位置時(shí)便停止，從而開始讀數(shù)，然后再讀另外一個(gè)測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)。讀數(shù)之后可將探頭拿出。對(duì)于水平位移的確定則是由測(cè)斜儀測(cè)出，其基本原理與固定式測(cè)斜儀相同，但其測(cè)頭壞了可以提出修理、率定，并可進(jìn)行多點(diǎn)連續(xù)測(cè)量。位移監(jiān)測(cè)主要包括建筑物主體傾斜監(jiān)測(cè)、水平位移監(jiān)測(cè)、裂縫監(jiān)測(cè)、滑坡監(jiān)測(cè)等等。建筑主體傾斜觀測(cè)應(yīng)測(cè)定建筑頂部觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于底部固定點(diǎn)或上層相對(duì)于下層觀測(cè)點(diǎn)的傾斜度、傾斜方向及傾斜速率。剛性建筑的整體傾斜，可通過測(cè)量頂面或基礎(chǔ)的差異沉降來(lái)間接確定。水平位移監(jiān)測(cè)可選用下列幾種基準(zhǔn)線法：①視準(zhǔn)線法（包括小角法和活動(dòng)覘牌法）。②激光準(zhǔn)直法。③測(cè)邊角法。主要用于地下管線的觀測(cè)。④采用基準(zhǔn)線法測(cè)定絕對(duì)位移時(shí)，應(yīng)在基準(zhǔn)線兩端各自向外的延長(zhǎng)線上，埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)或按檢核方向線法埋設(shè)的抽取質(zhì)量。導(dǎo)4～5個(gè)檢核點(diǎn)。測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)任意方向位移時(shí)，可視觀測(cè)點(diǎn)的分布情況，采用前方交會(huì)法或方向差交會(huì)法、線測(cè)量法或近景攝影測(cè)量等方法。單個(gè)建筑物亦可采用直接量測(cè)位移分量的方向線法，在建筑物縱、橫軸線的相鄰延長(zhǎng)線上設(shè)置固定方向線，定期測(cè)出基礎(chǔ)的縱向位移和橫向位移。對(duì)于觀測(cè)內(nèi)容較多的大測(cè)區(qū)或觀測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)離穩(wěn)定地區(qū)的測(cè)區(qū)，宜采用三角、三邊、邊角測(cè)量與基準(zhǔn)線法相結(jié)合的綜合測(cè)量方法或GPS測(cè)量方法。

2、大壩變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析

通過沉降觀測(cè)所得數(shù)據(jù)，首先要剔除異常值，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行去粗取精，去偽存真。而后，在同一高程上，相距單位長(zhǎng)度的兩點(diǎn)，其錯(cuò)動(dòng)的大小，可以近似地用這兩點(diǎn)的沉降差△S來(lái)反映。如果兩點(diǎn)之間的距離為△Y，則可以用這兩點(diǎn)間的傾度△S△Y來(lái)粗略地表示，我們把兩點(diǎn)間水平距離的平均沉降差△S△Y

定義為兩點(diǎn)間的傾度。如土石壩身同一高程z處，有2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)a、b，兩點(diǎn)間的水平距離為△Y。從壩體填筑上升到此二點(diǎn)的日期TZ至某一計(jì)算日期TJ的累計(jì)沉降量，分別測(cè)得為Sa、Sb。于是，按所給的傾度定義，可寫出a、b兩點(diǎn)間在日期TJ的傾度表達(dá)式。

設(shè)土層a、b處的破壞臨界傾度為γC，如果計(jì)算出的傾度γY>γC，則認(rèn)為該處的土層要發(fā)生錯(cuò)動(dòng)破壞面；如果γY=γC，該處的土層處于產(chǎn)生破壞的極限狀態(tài)；如果γY<γC，則認(rèn)為該處土層將不產(chǎn)生破壞面。關(guān)于γC值得變化范圍，還研究的不多，文中對(duì)幾個(gè)發(fā)生裂縫的土壩用此法計(jì)算后得出，γC值約在1%左右。

所測(cè)4點(diǎn)整體呈增漲趨勢(shì)，但由于使得儀器的讀數(shù)精度等原因其中存在異常點(diǎn)，在進(jìn)行沉降分析中，要對(duì)圖中的那些沉降量隨時(shí)間表現(xiàn)出的下降點(diǎn)進(jìn)行剔除后，再綜合填筑進(jìn)度，土料因素等進(jìn)行綜合分析，并進(jìn)一步分析其相鄰測(cè)點(diǎn)傾度，從而判斷土層是否產(chǎn)生較大的不均勻沉降產(chǎn)生破壞面。

當(dāng)壩體填筑至壩頂高程時(shí)，對(duì)其中一測(cè)點(diǎn)與填筑進(jìn)度關(guān)聯(lián)，可以看出，沉降增長(zhǎng)與上覆土層重量和下部土層厚度有關(guān)。一方面，上覆土重不斷增大，

土體被壓縮，單環(huán)累積沉降量不斷增大，表現(xiàn)出與填筑進(jìn)度明顯的關(guān)聯(lián)性，填筑強(qiáng)度較大時(shí)，沉降速率較快；另一方面，沉降環(huán)下部土層越厚，壓縮空間越大，沉降量越大。

3、激光技術(shù)

近年來(lái)，激光技術(shù)作為一種簡(jiǎn)便、高效的測(cè)量方式成功地用于大壩壩體和廊道。它提高了探測(cè)的靈敏度范圍，減少了作業(yè)條件限制，克服了一定的外界干擾。激光用于水準(zhǔn)儀，減少了讀數(shù)和照準(zhǔn)誤差，提高了精度。試驗(yàn)表明，當(dāng)視線長(zhǎng)度為50m時(shí)，測(cè)站高差中誤差為±0.02mm。而真空管道波帶板激光準(zhǔn)直可進(jìn)行3-D測(cè)量，能在惡劣環(huán)境下進(jìn)行，相對(duì)精度達(dá)10-7左右。已在太平哨、豐滿、葛洲壩等電站使用，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化觀測(cè)。它滿足了大壩變形監(jiān)測(cè)的及時(shí)、迅速、準(zhǔn)確的要求，同時(shí)也有自身的局限性，即激光設(shè)備要求用于直線型、可通視環(huán)境，一般安裝在直線壩的壩面或水平廊道，而對(duì)于拱壩、曲線壩則無(wú)能為力，所以實(shí)現(xiàn)激光轉(zhuǎn)角將極大地拓展其使用范圍。

結(jié)束語(yǔ)：

大壩變形監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)，是內(nèi)外業(yè)一體化、自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化，將多媒體系統(tǒng)和模擬仿真技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在壩體破壞剛開始或?qū)⒁_始時(shí)實(shí)現(xiàn)大壩的安全預(yù)警功能。也就是說(shuō)，在收集了前期的壩體觀測(cè)數(shù)據(jù)后，從物理力學(xué)角度運(yùn)用多學(xué)科相關(guān)知識(shí)分析，輸入模擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行壩體受力后下一時(shí)期的3-D變形結(jié)果預(yù)測(cè)；再不斷地用后期收集的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回代。對(duì)比其可靠性，并加以修正。這樣，仿真技術(shù)成果趨于實(shí)際，并先于實(shí)際得出安全評(píng)判，以確保壩體安全運(yùn)營(yíng)，若發(fā)生故障可以及早補(bǔ)救。

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