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X围对象的定期或不定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。

XX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。

XX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。X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。

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c、

c、 施工过程中不断反馈，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

和施工，为提高和修正水工设计理论提供科学依据。

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2～3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 1950～1959 建成坝数 失事数 漫顶 地基和结构问题 材料问题 坍坡 其它 

顶失事； 

过分乐观）；   

 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；

 11%是由于大坝老化，建筑材料变质（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；

 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

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 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1421 108 42 28 12 2 5 1960～1969 2708 195 49 59 16 5 21 1970～1975 / 72 16 27 3 1 3 1950～1959 858 79 20 14 21 2 12 混凝土坝 1960～1969 868 50 18 18 4 1 11 1970～1975 / 11 6 4 / / 1 从上表看出，1950年以来发生的大坝失事，按成因大致分为：  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

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。地及埋设安装技术要求，各监测项目测定的规定，监测系统的工程概算等。 及监测报告的编写。

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。 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) 2) 3) 4) 5)

1) 工作条件监测：上下游水位、库水温、气温、坝前淤积、下游冲淤

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) 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) 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) 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) 4)

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、

设施有无磨损、冲蚀，下游河床及岸坡冲淤情况等。

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

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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1～2d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2～3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，严格遵守规程规X，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X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

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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大X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）。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X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X、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分艰巨的。

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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。

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X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X》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：

1、设备：基准线是一条一端固定铅直X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分类：

正垂线：垂线的顶端固定在坝顶附近，其下端用重锤X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X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，可将坝体从上向下分成2～3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：①“一点支撑多点观测”，如图所示。适用离，求出各测点的水平位移。

§2-1-1 §2-1-1 水平位移

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。②“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、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。

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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X线法

引X线是一条直径为0.8～1.2mm的不锈钢丝，两端施加X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X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X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，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X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XX用，根据相似三角形

liSAiLiSAB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。

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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，

-7

精读可达到基准线长度的1×10。

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

3

5

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（1.3×10～1.0×10）为湍流，低真空（1.3×10～1.0×10）为层流，高真空（1.3×10～1.0×10）为分子流态。低真空对光束干扰大大减弱，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

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β1，β2…，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…，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

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θi，则相应的位移增量为：

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用于观测土石坝或岩体内部的水平位

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

-1

3

-6

-1

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：

SiLisinini

测斜仪埋设时应注意测斜管的扭曲，周围填土与管壁紧密衔接，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负。

计测量基础内部沿铅直孔轴向位移。

测读大坝的倾角，其中气泡倾斜仪适用于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1～2个水准基点即可，大型水库需布置2～3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50～100m，在每个观测横断面

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SiLisini上布置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Fmm（F为环线长度），故应采用S05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nmm（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1.4nmm。 （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：

HBHAa1-(b1-a2)-b2

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

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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，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。

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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5～7mm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，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2～7个，大多3～4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1～2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。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100～200m，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

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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) 2)

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) 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) 4) 5)

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X围内布置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

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

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力的变化。 若干测点。

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。

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2～3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1～2排测点；

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X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中，要用专门的管口设备加以保护，以防测压管遭受损坏。 2、 2、 孔隙水压力计

孔隙水压力计的品种多样，目前在国内使用较多的是差动电阻式、振弦式和水管式等。

1)

1) 差动电阻式。 由三部分组成：感应部件，包括感应板和外壳；二是电气转换部件，在两根方形铁杆的高频绝缘瓷子上交叉缠绕两根高强电阻丝；三是电缆引出端的止水密封室。

渗流压力自进水口经透水石作用在感应板上，使两方铁杆产生相对移动引起电阻R1和R2之间的比值发生变化，当

渗流压力增大，使感应板向内移动，若稳定升高，渗压计油室的变压器和空气将因温度升高而膨胀，从而给感应板施加一个与渗流压力方向相反的压力，使电阻比产生相反的变化，因而当仪器受到渗流压力和温度双重作用时，其计算公式为：

pfZbT

式中p——测点处的渗流压力，N/cm；

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2

f——仪器灵敏度，由厂家给定，N/cm/0.01%； b——仪器温度修正系数，计算或标定求出，N/cm/℃；

2

2

ΔZ——观测电阻比相对基准变化量，0.01％，ΔZ＝Z－Z0，Z为观测时电阻比，Z0为计算渗流压力的基准值相应的电阻比；

ΔT——观测时温度相对基准值的变化量，℃，ΔT＝T－T0，T为观测时电阻比，T0为计算渗流压力的基准值相应的电阻比；

测点处的温度可由观测的电阻值按下式计算求出：

T(RTR0)

式中——仪器的温度最小读数，℃/Ω；

R0——仪器0℃的电阻，由厂家给出或标定求出，Ω； RT——测点处的电阻，由观测得出，Ω。

在原型观测中，当仪器投入运行，待工作稳定后选择某一时刻的观测值作为该测点的观测基准2) 2) 振弦式。

振弦式孔隙水压力计是利用钢弦自振频率的变化来反映渗流压力的。仪器主要由：透水石、感应板、线圈和外壳组成。仪器滤头分为圆锥形和平板形两种。

仪器的振弦是由一定X力拉紧的钢丝，若弦的X力σ和线密度ρ均匀一致，钢弦的长度为l，则钢弦的自振频率为：

值Z0和T0。

A//2l

当仪器承受渗流压力时，钢弦的压力和频率都将产生相应的变化，则测点处渗流压力为

pfA2bT

式中 ΔA——观测的钢弦频率平方相对于基准值的变化量，Hz。

采用孔隙水压力计观测渗流压力，对于差动电阻式孔隙水压力计由水工数字比例电桥获得电阻比和电阻值，根据公式计算渗流压力；振弦式孔隙水计由相应读数仪获取自振频率，由公式计算渗流压力。

采用测压管或测压孔观测渗流压力，当测压管中的水位高出管口高程时，一般采用弹簧或标准压力表观测渗流压力。当测压管中的水位低于管口高程时，除了采用测深钟、电测水位仪、气压U型管和示数水位器观测管中水位外，目前还采用遥测水位仪对管中水位进行自动观测。

遥测水位计将水位升降的线性变化转换为角度变换，再将角度变换为电压变换，通过导线输入中转站，其输出电压信号正比于水位变化。 四、 四、 渗流量观测

大坝挡水运行后，在水头作用下，必然产生渗流现象。在渗流处于稳定状态时，其渗流量将与水头的大小保持稳定的相应变化，渗流量在同样水头作用下的显著增加和减少，都意味着渗流稳定的破坏或排水设备的失效。因此，进行渗流量观测，对于判断渗流是否稳定，掌握防渗和排水设施工作是否正常，具有很重要的意义，是保证水库安全运用的重要观测项目之一。 (一)

(一) 观测布置

渗流量观测，根据坝型、地基地质条件、渗漏水的出流和汇集条件不同，其布置方法也不一样。对土石坝来说，通常是将坝体或坝基的排水设备的渗水集中引出，在坝下游能汇集渗流水的地方，设置集水沟，在集水沟出口观测。当渗流水可以分区拦截时，可在坝下游分区设集水沟进行观测，

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2

2

三、 三、 观测方法

并将分区集水沟汇集至总集水沟，同时观测其总渗流量。对混凝土坝，可以在坝下游设集水沟观测总渗流量，也可在坝体内，渗流水由廊道中的排水沟引至排水集水井观测排水量。

集水沟和量水设备应设置在不受泄水建筑物泄水影响和不受坝面及两岸排泄雨水影响的地方，并应结合地形尽量使其平直整齐，便于观测。 (二)

(二) 观测方法

根据渗流量的大小和汇集条件，可选用容积法、量水堰法和测流速法。 1、 1、 容积法

适用于：渗流量小于1L/s或无法将渗透水流长期汇集排泄的地方。

观测需计时，计时开始时，将渗流水量全部引入容器内，计时结束时停止。一般要求容器充水时间不小于10s，用秒表测量。渗流流量＝容器内的水量/时间。 2、 2、 量水堰法

适用于：渗流量为1～300L/s的X围内。

设置在集水沟的直线段上，上下游沟底及边坡需加衬砌以免漏水，可建造专门的混凝土或砌石引水槽。集水沟断面尺寸和堰高设计应使堰下水深低于堰口，造成堰口自由溢流。

形式：

1) 1) 三角堰

三角形堰缺口为一等腰三角形，一般采用底角为直角。 适用于：渗流量小于100L/s，堰上水深不超过0.35m，最小不小于0.05m。

直角三角堰自由出流的流量计算公式：

Q1.4H5/2

式中H－堰上水头，m

2) 2) 梯形堰

梯形堰的过水断面为梯形，堰口应严格保持水平，底宽b不

常用边坡为1:0.25。

宜大于三倍堰上水头，最大水深H一般

不宜超过0.3m，适用于流量在10～300L/s。

堰口边坡为1：0.25的梯形堰流量计算公式为：

Q1.86bH3/2

式中b－堰口底宽，m

3) 3) 矩形堰

矩形量水堰堰口应严格保持水平，堰口宽度一般为2～5倍堰上水头，但最小应为0.25m，最大为2.0m，通常适用于渗流量大于50L/s的情况。

矩形堰分为：有侧收缩和无侧收缩。

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有侧向收缩矩形堰，其堰前每侧收缩值T至少应等于两倍最大堰上水头，即

T2Hmax；堰后

每侧收缩值E至少应等于最大堰上水头，即

THmax。其流量计算公式：

Q(0.4050.0027Bb0.030)HBbH2 [10.55()2()b2gH3/2BHP A1A2b2gH3/2

式中A1A2可查表计算。

无侧向收缩矩形堰，在堰后水舌两侧边墙上应设置通气孔。其流量计算公式：

Q(0.4020.054Mb2gH3/23、 3、 测流速法

H)b2gH3/2P

渗流量较大，且能将渗水汇集到比较规则平直的排水沟时，可采用流速仪或浮标等观测渗水流速，并测出排水沟水深和宽度，求得过水断面，即可计算渗流量。 4、 4、 遥测观测仪

对于渗透流量的观测，国内外已经研制并投入使用观测的自动遥控观测设备。把量水堰内装于浮子上的传感器将水位的变化转换成电信号，由电缆传输至观测室，实行遥测、数字显示。

无论采用什么方法测渗流量，在观测渗流量的同时必须与上下游水位、坝址气温以及其它渗流观测项目配合，以便进行综合分析。

§2-3 §2-3 应力应变及温度监测

为保证大坝安全，大坝在设计和运行时必须遵循两项原则：坝体和坝基保持稳定；二是坝体应力控制在材料强度允许的X围内。

应力应变观测的目的：了解坝体应力的实际分布，寻求最大应力（拉、压应力和剪应力）的位置、大小和方向，以便估计大坝的强度安全程度，为大坝的运行和加固维修提供依据。

温度监测的目的：了解混凝土水化热和水温、气温、太阳辐射等的影响而形成的坝体内部温度分布和变化情况，以研究温度对坝体内部和表面的应力及体积变化的影响。对于正在施工的混凝土坝更需要了解坝内散热情况，随时掌握温度变化，改进施工方法，防止产生温度裂缝。

通过温度、应力观测成果可以检验设计计算方法的合理性，提高坝工设计水平。 一、 一、 应力应变观测的布置

大坝应力观测布置必须在工程设计时进行。作布置设计时，一般先选定观测坝段，在观测坝段内选定垂直于坝轴线的横断面作为观测断面，再选定不同高程的水平截面作为观测截面，然后在观测断面和观测截面上布置测点。

观测坝段、断面、截面和测点布置，应满足以下基本要求： 1. 1. 能观测出最大应力的大小和方向 2. 2. 观测成便于与设计和模型试验相验证

3. 3. 各相关因素的观测设备布置要相互配合，以便于全面综合地对建筑物进行分析 4. 4. 为了获得正确的观测成果，对重要测点，仪器的埋设可适当重复，以进行校核 5. 5. 观测设备的布置，应力求便于施工和观测

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6. 6. 对有特殊要求的，可按特殊要求进行布置 （一） （一） 重力坝

对于重力坝，一般是在溢流段和非溢流段各选择一个观测坝段，对于重要的和基础地质情况复杂的工程，还可以增设观测坝段。在每个观测坝段可布置1～2个观测断面。在观测断面上，除靠近基础（距坝基面不小于5m）布置一观测断面外，还可根据坝高、结构形式以及科研要求等条件，在不同高程布置几个截面，通常每个截面可布置3～5组应变计组。测点距观测坝面不得小于3m。在有纵缝的坝体，可以在纵缝的上下游各1.5～2.0m处增设测点。为了观测坝体表面的应力，可在坝体表层不同深处增设测点。

通过长期观测和计算方法的不断完善，目前对重力坝坝体应力的大小和分布有了一定的认识和了解，应力监测布置趋向简化，有些甚至不设应力监测。 （二） （二） 拱坝

对于拱坝，一般可选择拱冠处的悬臂梁和拱座断面作为观测断面。对于重要的拱坝，还可在拱弧1/4处取径向断面作为观测断面。在观测断面上，除了在接近基础（距坝基面不小于5m）处布置一观测截面外，还应根据具体情况，在不同高程布置观测截面。各观测截面上测点的布置，一般是在距上、下游坝面1m左右各布置一个测点，在中心布置一点。为观测温度应力的变化，测点可以加密。对应厚度较大的坝，可以增加测点。

对应重力坝和拱坝，应力观测测点可分别埋设单个应变计、应变计组或应力计。对于需要观测应力在空间的方向和大小的测点，可埋设九向应变计组，如图2-24（a）所示。对应需要观测应力在平面上的方向和大小的测点，可以埋设五向应变计组或四向应变计组，如图2-24（b）、（c）所示。对应应力方向明确，只需观测应力大小的测点，可沿应力方向埋设单个应变计。

在埋设应变计或应变计组的测点附近应同时埋设无应力计。

各种坝型所采用的仪器和埋设方向，一般是： 1) 1) 重力坝的测点，通常埋设五向应变计

组，其中四个方向布置在观测断面上，另

一方向与观测断面垂直。

2) 2) 拱坝的测点，一般埋设九向和五向应变计组。五向应变计组的四个方向布置在悬臂梁

断面上，另一方向垂直于悬臂梁断面。

3) 3) 在重力坝的坝底截面附近，压应力最大的部位，沿垂直方向埋设应力计。拱坝可在拱

冠和拱座沿拱弧切线方向布设应力计。

4) 4) 为观测混凝土坝表层应力，应在距坝面不同深度的测点上埋设三向应力计，一支仪器

平行于坝轴线，一支垂直坝面，另一支与上述二支构成的平面垂直。

5) 5) 在混凝土坝坝踵与基岩接触面，应埋设单向应变计、单个测缝计与钢筋应力计，以校

核混凝土坝设计计算中的坝踵应力。

（三） （三） 土石坝

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土坝应力观测的布置，应根据土坝结构、地质情况等确定。应变可选1～2个土坝横断面作为观测断面，在每个观测断面上，按不同高程布置2～3排测点。每排测点可分别布置在防渗体内、防渗体与坝壳接触面以及下游坝壳内，如图2-25所示。

观测土坝应力通常采用土压力计。在每个

测点处，为测得合力的大小和方向，土压力计应成组埋设（每组2～3个）。每组各测头间距不小于一个测头的尺寸。如与孔隙水压力计配合埋设，则可求得各点总应力。

（四） （四） 混凝土面板堆石坝

混凝土面板是保证混凝土面板堆石坝安全运行的重要构件。为观测面板应力，需选择有代表性的板条作为观测板。如图2-26所示，按板块在河床中对应的位置，宜在中部、1/4处及靠近岸坡三个部位作为观测板。当最大坝高不在中部断面时，应将中部观测移至最大坝高处。靠近岸坡的观测板，一般不选取从岸边数起的第一块和第二块面板。在观测板的正常水位高程以下部分布置应变计测点和钢筋计测点，且沿面板的坡向不必均匀布置，板中部至底端可适当加密测点。

所有测点在观测板中性平面上的位置应沿水平向和坡向按规则的网格状排列。沿坡向应有一列测点在对称线上，对应坝面中部或处于河床最深处的观测板，测点沿不同高程布置，不应少于4个测点。靠近周边缝2m左右的测点布置四向应变计组，且4支应变计在同一平面内依次相差45°角；远离周边缝的测点布置二向应变计组，且2支应变计互相垂直。 （五） （五） 其它特殊部位

除了上述在代表性坝段中选择观测断面和观测截面进行测点布置外，在有些特殊部位，如廊道周围、引水管道周围、闸墩等部位需布置钢筋计观测钢筋应力；在一些承受土壤侧压力的建筑物部位，如水闸的岸墙、翼墙、溢洪道边墙等部位需布置土压力计以观测建筑物的接触土压力。

接触土压力观测应根据土压力作用情况，在建筑物受土压力较大处、地质情况较复杂处，选择观测断面，进行布置。 二、 二、 温度观测的布置

温度观测的测点布置原则是：应符合坝体内部和外部的热传导规律，适应坝体内部温度梯度的变化情况，使观测成果能满足温度分布情况和分析变化规律的要求。

1. 1. 内部温度观测布置

内部温度测点通常布置在应力观测的观测坝段、观测断面和观测截面上，一般应力测点（若埋

设差动电阻式或钢弦式仪器）均可兼作温度测点，不需另设温度观测仪器。温度测点一般按平面温度场布置，对于坝体温度梯度较大的部位，如坝体表面、钢管、廊道和伸缩缝附件，应加密测点。属空间温度场的部位，应布置三向分布的测点。布置坝体温度测点时，要注意配合布置气温、水温、基岩温度等环境温度测点。不同坝型，温度测点的布置不尽相同。

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重力坝温度观测，在观测断面上一般按网格布置测点，网格间距8～15m，边界和孔口附近较密，断面中心较疏。重力坝的引水坝段属空间温度场，需设置垂直于引水管道的观测截面。图2-27为重力坝观测断面温度测点布置示意图，为便于埋设，各排测点应尽可能选在施工浇筑层的表面。

拱坝一般在拱冠梁断面上确定3～7个观测截面，在

每个观测截面上至少应布置3个测点，

坝顶部位加密，拱座应力观测截面上可增坝温度测点布置如图2-28所示。

设必要的测点。拱

2. 2. 边界温度观测布置

坝体边界温度观测，上游坝面可在距

坝面5～10cm的坝1/10～1/15坝高，坝面受日照影响，应平行于坝面埋

体内沿高程布置测点，测点间距常取为死水位以下的测点间距可加大一倍。下游可适当布置若干表面温度计观测，温度计设。

3. 3. 基岩温度观测布置

应在各观测断面内，沿坝体与基岩接触线布置基岩温度测点。

为了解基岩内部的散热情况，还可在接触线的中部，在基岩不同的深处，沿铅直方向布置一排测点，如图2-29所示。 三、 三、 观测设备

对于水工建筑物应力和温度观测所用的应变计、无应力计、钢筋计、应力计和温度计等观测设备，目前，我国使用较多的是差动电阻式和振弦式两种。 （一） （一） 差动电阻式仪器

差动电阻式仪器是利用X紧在仪器内部的弹性钢丝作为传感部件将仪器受到的物理量变换为模拟量。

一般金属丝的电阻与其截面积、长度有关，如导线截面积不变，导线长度变换和导线电阻变换呈线性关系。只要测定导线电阻的变化，就可求得导线长度变化。另外导线电阻和温度之间也存在函数关系，测出导线的电阻就可算出导线的温度。

仪器内部有两根经预X拉的钢丝，X紧并固定在支杆上。当仪器受到外界的拉压而变形时，一根钢丝受拉，电阻增大，另一根受压，电阻减小，测量二根钢丝电阻的比值Z，就可求出仪器的变形。这样的结构，使两根钢丝的电阻在承受变形时差动地变化，是提高仪器的灵敏度，并使变形引起的电阻变化不影响温度的测量。

温度引起两根钢丝的电阻变化是同方向的，温度升高，两根钢丝的电阻都增大，否则都减小。通过测量两根钢丝串联电阻，就可算出仪器所感受的外界温度。

（二） （二） 振弦式

振弦式仪器是利用钢弦的振动频率作为测量变形的变换手段。

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在仪器中有一块电磁铁，向电磁铁输入直流脉冲电流时，电磁铁成为激振器使钢弦振动。测量钢弦振动频率就可以求得仪器承受的变形。因为钢弦式仪器承受外部变形后，钢弦内的应力增加，钢弦的自振频率发生变化。温度变化对钢弦式仪器的测值有影响，因此必须消除温度变对测量结果造成的误差。

钢弦式仪器利用电磁线圈的电阻值随温度变化的特性也可以进行温度测量。 （三） （三） 观测系统

对于大中型工程，在大坝内须设置应力、应变、温度、缝的开合度等较完整的内部观测系统，才能实现预期的观测目的。由内部观测仪器构成的观测系统如图2-32所示。一般由人工进行数据采集的观测系统为手动观测系统；由自动监测装置进行数据采集的观测系统为自动化观测系统。 1、 1、 手动观测系统

手动观测系统由观测传感器、集线箱和接受仪表三部分组成。

观测传感器是按观测布置要求，在施工时埋设在坝体或基岩内部的仪器，有时称为测头或一次仪表，如应变计、应力计、温度计等。用途是通过仪器内部传感部件将所需观测的物理量变换为电模拟量传递到接受仪表。

内部测点布置较多的大坝，一般设置集线箱，将分散在大坝和基岩中的观测传感器通过电缆和集线箱连接，利用安装在集线箱内的切换开关可以逐个接通或切断观测传感器和接收仪表的连接电路，以便对每支仪器进行读数。

接收仪表是将观测传感器输出的电模拟量转变为可以测读的数字量。 2、 2、 自动观测系统

自动观测系统由观测传感器、遥控集线箱、自动检测装置和电子计算机组成。

观测传感器与手动观测系统相同。遥控集线箱是自动化观测系统中的重要部分，可以不通过人工切换测点，通过计算机或自动检测装置进行自动切换。自动检测装置相当于手动系统中的接收仪表部分，能自动切换测点，将传感器传输来的电模拟量变为数字量。电子计算机控制自动检测装置，并对监测数据进行实时处理。

四、 四、 差动电阻式仪器观测资料的计算方法 1、

1、 基准值的选择

差动电阻式仪器都是相对计算，所以每支仪器必须有基准值。基准值就是观测传感器与周围混凝土开始共同作用时的观测值。

基准值的选择影响着资料分析的正确性，必须根据埋设的位置、混凝土的特性、仪器的性能及周围的温度等，从初期观测值中并考虑以后一系列的变化后，才能确定。 2、

2、 温度计的计算方法

根据出厂标定的0℃时的电阻R0和温度灵敏度以及仪表所测传感器电阻，可计算温度值。

T(RTR0) 3、

式中——仪器的温度最小读数，℃/Ω；

R0——仪器0℃的电阻，由厂家给出或标定求出，Ω； RT——测点处的电阻，由观测得出，Ω。

3、 钢筋计和应力计的计算方法

式中σi——第i次测量的应力，MPa；

f——修正灵敏系数，由厂家给定，MPa/0.01%；

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if(ZiZ0)b(TiT0) 4、

Zi——电阻比，0.01％； Z0——电阻比基准值，0.01％； b——温度补偿系数，MPa/℃； Ti——温度，℃； T0——温度基准值，℃。

4、 应变计的计算方法 1)单个应变计的计算 首先计算应变计的实测应变：

mf(ZiZ0)b(TiT0)

－6

式中m——应变计实测应变；

f——修正灵敏系数，由厂家给定，10/0.01%； Zi——电阻比，0.01％； Z0——电阻比基准值，0.01％； b——温度补偿系数，10/℃； Ti——温度，℃； T0——温度基准值，℃。

算得实测应变m后，扣除混凝土温度、湿度以及自生体积变形引起的非应力应变应力所产生的应力应变，即

式中

－6

0,即可得出

＝m－0。

0——测点附件无应力计测得变形值。

无应力计是一种在混凝土坝体内部施测自由体积变形的仪器。有一个埋入坝体的锥形双层套筒，在锥形套筒内浇筑混凝土并埋设一支应变计，可测得内筒中的混凝土由于温度、湿度和自身的原因引起的变形值，而不是应力引起的变形，所以称为无应力计。

2)应变计组的计算

a、按单支应变计的计算方法求出应变计组的实测应变。 b、将各应变计的实测应变进行平衡。 c、根据广义虎克定律计算单轴应变。 3)应力的计算

如果混凝土为完全弹性体，由式＝E可求出轴向应力。式中，为单轴应变，E为弹性模量。

混凝土并非为完全弹性体，在长期荷载持续作用下，变形不断增长，这种随加荷时间持续增长的变形称为徐变变形。混凝土在应力作用下的总变形包括加荷瞬时产生的弹性变形和持续加荷后的徐变变形。

考虑徐变的方法有变形法、松弛系数法和有效弹模法。

§2-4 §2-4 大坝监测自动化

80年代以来，随着现代科技特别是微电子技术和通信技术的巨大进展，世界各国均着力发展遥测仪器，逐步推广监测自动化。

一、 一、 大坝监测自动化仪器的发展

1、

1、 变形监测仪器的自动化：

变形监测的遥测装置：步进电机式、光电式、感应式和激光式。

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步进电机式垂线坐标仪利用步进电机带动红外探头跟踪垂线，通过对驱动步进电机的电压脉冲计数而获得垂线的位移；光电式坐标仪是利用物镜将垂线图形投射在一光电二极管集成块上，通过电子线路转换成垂线位移。

感应式仪器是利用电感原理或电容感应原理研制。 激光式仪器是利用激光进行监测的仪器。 2、 3、

2、 渗流监测仪器：电测仪器进行渗压和渗流量的自动遥测 3、 内部观测仪器：仪器类型变换不大，数据采集发生较大发展。

二、 二、 自动化监测系统

自动化监测系统的布置，根据不同工程情况朝多元化方向发展。监测的自动化沿三种方式发展：资料处理自动化（法国）、资料处理自动化加部分采集自动化（西班牙）和全过程自动化（意大利）。

自动化系统按数据采集方式可分为：

在大坝内设一专门的监测室，放置采集装置，通过电缆连接坝内各处的仪器，仪器信号通过采集装置转换为数字信号传到坝外的微机监控室中。 2、 2、 分布式

将采集装置分散布置在靠近仪器的地方，称为测量控制单元。测量控制单元采集模拟量转换成数字量，并且有一定的存储、数据处理以及网络通信功能。该方式优点：布置灵活，可靠性高适应能力强，节省电缆。 3、 3、 混合式

介于上述两种方式之间，具有分布式布置的外形，采用集中式进行采集。

1、 1、 集中式

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