变形观测--大坝变形观测

第二节  大坝变形观测

大坝建成以及水库蓄水并投入运行后，由于基础及地基本身形状的改变，在外力及坝体内部应力的作用下，大坝将会产生位移及沉降，称为大坝的变形。一般情况下，这种变形较为缓慢，在一定范围内是允许的，如果变形超出某一限度，将影响到大坝的稳定和安全，甚至造成大坝失事。因此，需要对大坝进行经常的、系统的观测，以判断其运行状况是否正常，并根据观测中发现的问题，分析原因，及时采取必要的措施，以保证大坝的安全运行。另外，通过长期的变形观测，可以检验大坝设计理论的准确性，并为设计和科研提供相关资料。大坝变形观测的内容较多，本节主要介绍大坝的水平位移观测及垂直位移观测。大坝水平位移观测的经纬仪一般为DJ07型或DJ1型经纬仪，而大坝垂直位移观测的水准仪一般为DS05型或DS1型水准仪。大坝变形观测的精度根据大坝的类型确定，一般而言，混凝土坝的变形观测精度高于土石坝的变形观测精度，高坝的变形观测精度高低坝的变形观测精度。

一、             大坝水平位移观测

（一）视准线法

用视准线法观测大坝的水平位移（见图15-5）首先要在观测断面两端的山坡上设置工作基点A和B，然后将经纬仪安置在A点（或B点），瞄准B点（或A点），构成视准线AB。由于A、B两点位于观测断面两端的山坡上，不受大坝变形的影响，视准线AB可以认为固定不变，因此可作为观测坝体变形的基准线。沿视准线按设计间隔在大坝上设置水平位移标点a、b、c、d、e、…。随后测出a、b、c、d、e、…各标点到视准线的距离 、 、 、 、 、…，作为观测的初始值。观测时，将经纬仪安置在A点，用盘左的位置瞄准B点上的砚标，构成视准线，固定经纬仪的照准部，瞄准离A点1/2大坝长度范围内的位移标点。观测时，观测者用旗语或对讲机指挥位移标点处的持标者移动活动砚标，使砚标中心线与经纬仪望远镜的竖丝重合，由持标者读取活动砚标上的标尺读数，然后持标者移动活动砚标，再次让观测者指挥持标者移动活动砚标，使砚标中心线与经纬仪望远镜的竖丝重合，持标者再次读取活动砚标上的标尺读数，然后计算两次读数的平均值。再用盘右的位置进行相同的观测，{zh1}取盘左盘右观测的平均值作为{dy}测回的观测值。随后，按同样的方法观测第二个测回，两测回的观测值之差不应大于4mm，若满足要求，取两测回观测值的平均值作为{zh1}结果，{zh1}结果减去初始值即为位移标点沿与视准线垂直方向的水平位移。离A点1/2大坝长度范围内位移标点的水平位移观测完毕后，再将经纬仪安置在B点，瞄准A点上的砚标，按同样的方法观测离B点1/2大坝长度范围内位移标点的水平位移。

（二）   小角法

用小角法观测水平位移（见图15-6），也要在观测断面两端的山坡上设置工作基点A和B，然后分别将经纬仪安置在A点和B点，观测大坝一半长度范围内位移标点的位移量。如图15-6所示，在A点安置经纬仪，瞄准B点，将水平度盘的读数配成 ，构成视准线AB。转动经纬仪的照准部，瞄准位移标点a0，读出Aa0方向线与视准线AB之间的夹角 。由于 较小，因此a0点偏离视准线AB的距离aa0可近似计算为

               (15-11)

式中：Sa为A点距位移标点的距离； 的单位 （秒）；206 265为一个常数，为1弧度的秒值。

当大坝发生变形时，位移标点由a0点移至a1点，则位移标点沿与视准线垂直方向的水平位移为

           （15-12）

式中： 为 Aa1方向线与视准线AB之间的夹角，单位 （秒）。

（三）前方交会法

 当大坝长度超过500m时，用视准线法及小角法观测水平位移其精度较低，而对于曲线形大坝，用视准线法及小角法无法进行水平位移观测，此时可采用前方交会法观测大坝的水平位移。

前方交会法是在大坝下游两岸山坡上选择两个或三个工作基点，工作基点应有足够的稳定性，如图15-7中的A点及B点。A点及B点的坐标可采用假定坐标，其中x方向尽量与水流方向一致。在A点和B点分别安置经纬仪，观测水平角 ，根据A点及B点的坐标即可采用前方交会法计算M点的坐标。假设首次观测的M点的坐标为 、 ，而本次观测的M点的坐标为 、 ，则M点本次相对于首次沿x方向和y方向的位移量分别为

                   （15-13）

                   （15-14）

M点本次相对于首次的水平位移为

                               （15-15）

二、             大坝垂直位移观测

大坝垂直位移观测主要测定大坝沿铅垂方向的变动情况，一般采用精密水准测量的方法进行大坝垂直位移观测。

（一）测点的布设

用于垂直位移观测的测点一般分为水准基点、工作基点（又称起测基点）和垂直位移标点三种。

1.       水准基点

水准基点是垂直位移观测的基准点，一般埋设在大坝以外地基坚实稳固且不受大坝变形影响和便于引测的地方。为了校核水准基点是否发生变动，水准基点一般应埋设三个以上。

2.       工作基点

由于水准基点一般离大坝较远，为方便观测，通常在每排位移标点的延长线上，即大坝两端的山坡上，选择地基坚实的地方埋设工作基点作为施测位移标点垂直位移的依据，工作基点的高程与该排位移标点的高程相差不宜过大。工作基点可按一般水准点的要求进行埋设。

3.       垂直位移标点

为了便于将大坝的水平位移及垂直位移结合起来分析，在水平位移标点上，一般埋设半球形的铜质标志作为垂直位移标点，对于特殊部位，应加设垂直位移标点。

（二）观测方法及精度要求

进行垂直位移观测时，首先应校测工作基点的高程，然后再由工作基点测定各位移标点的高程。将位移标点首次测得的高程与本次测得的高程相比较，其差值即为两次观测时间间隔内位移标点的垂直位移量。一般规定垂直位移向下为正，向上为负。

1.       工作基点的校测

工作基点的校测是由水准基点出发，测定各工作基点的高程，用于校核工作基点是否发生变动。水准基点与工作基点一般应构成水准环线。施测时，对于土石坝按二等水准测量的精度要求施测，其环线闭合差不得超过 （其中L为环线的长度，km）；对于混凝土坝应按一等水准测量的精度要求施测，其环线闭合差不得超过 。

2.       垂直位移标点的观测

    垂直位移标点的观测是从工作基点出发，测定各位位移标点的高程，再附合到另一工作基点上（也可往返施测或构成闭合环形）。对于土石坝，可按二等水准测量的要求施测；对于混凝土坝，应按一等水准测量的精度要求施测。