[实用新型]水库坝体沉陷与水平位移监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水库坝体监测装置，具体地说是一种水库坝体沉陷与水平位移监测装置。

背景技术

大坝作为重大水利工程的关键枢纽工程，其稳定安全与否直接关系到整个水利工程其它辅助工程正常运行，并直接影响和决定着重大水利工程整体的安全性与设计效益的发挥，更重要的是其稳定性和安全直接关系下游区域人民群众的生命财产安全、社会经济建设和生态环境安全等。

混凝土坝和砌石坝建成蓄水水库运用后，在水压力、泥沙压力、浪压力、扬压力以及温度变化等作用下，坝体必然发生变形。坝体的变形与各种荷载作用和影响因素的变化具有相应的规律性变化，并在允许的范围之内，这是正常的现象。然而，坝体的异常变形则往往是大坝破坏事故的先兆。如1959年法国马尔巴塞拱坝失事前，拱座发生了异常变形，如果该坝在运行期间进行了系统的变形观测，及时掌握拱座的变形情况，采取有效措施，是有可能避免垮坝失事的。因此，为保证混凝土坝和砌石坝的安全运行，必须对坝体进行变形观测，以随时掌握大坝在各种荷载作用和有关因素影响下变形是否正常。混凝土坝和砌石坝受水压力等水平方向的推力和坝底受向上的扬压力作用，有向下游滑动和倾覆的趋势，因此要进行水平位移观测。混凝土和砌石均属弹性体，在水平荷载作用下，坝体将发生挠度，因此还需要进行挠度观测。坝体受温度影响和自重等荷载作用，将发生体积变化，地基亦将发生沉陷，需要进行垂直位移（沉陷）观测。我国从20世纪80年代开始在大坝上进行大规模布置监测装置。

坝体位移监测的主要分类方法有:1)根据测点的位置,分为坝体表面和内部位移监测；2)根据测量功能,分为水平位移监测、垂直位移监测和三维位移监测；3)根据监测的连续性,分为人工周期性监测和在线连续监测。坝体表面位移监测方法包括两大类:1)根据基点高程和位置,使用经纬仪、水准仪、电子测距仪或激光准直仪、GPS、智能全站仪等来测量坝体表面标点、觇标处高程和位置变化，这种方式可以实现测点的三维位移数据测量；2)在坝体表面安装或埋设一些监测位移的仪器,这种方式通常只能测量测点的单项位移数据。坝体内部位移监测主要通过安装埋设仪器来实现,通常只能监测测点的单项位移数据(水平位移或垂直位移)。常用的位移监测仪器有位移计、测缝计、倾斜仪、沉降仪、垂线坐标仪、引张线仪、多点位移计和应变计等。

目前国内外在线检测研究情况如下。

1、水平位移在线监测技术

坝体水平位移监测技术与表面变形监测、坝体垂直位移监测等进行配套布置和相互验证。常用技术有测斜仪技术,引张线技术,正、倒垂线技术等。

1.1测斜仪技术

测斜仪技术主要用于测量坝体内部水平位移,工作原理是测量测斜管轴线与铅垂线之间的夹角变化量,从而计算出土层各点的水平位移大小。测斜仪有活动测斜仪和固定测斜仪之分。活动测斜仪用于人工测量,固定测斜仪可以实现自动在线测量。其测量方法是由若干固定式测斜仪按一定间距组成传感器串,根据传感器间距(标距)和所测得倾角计算每个传感器对应的测斜管段位移,形成测斜管的水平变形曲线。根据传感器不同，固定测斜仪分为伺服加速度计式、电解质式、电阻应变片式等。该方法施工干扰较小、测量原理理论依据充分、性能稳定、操作简单、可以在线监测。测量孔深不大时测量精度满足要求；但在孔深较大时,内部布设传感器较多,成本较高,同时测量精度受到影响。

1.2引张线技术

引张线式水平位移计是利用线膨胀系数很小的不锈钢钢丝将坝体内部监测点的水平位移传递到坝外的观测房,通过测量钢丝对固定标点的相对位移实现坝体内部水平位移的观测。通过导向滑轮,在其观测房端加一固定砝码或重锤,当坝体内水平测点移动时,带动钢丝移动,在固定标点处钢丝的位移加上自身的位移即为坝体内水平测点的位移量。该方法测量结果的重复性好、精度高,并且测量结果不受大气压力和温度等环境因素影响,不需要进行大气压力补偿和温度修正,长期稳定性好。但该方法施工复杂、维护不便。引张线技术也可以用于监测坝体表面水平位移,原理是采用一条不锈钢钢丝在两端点处施加张力,使其在水平面的投影为直线从而测出被测点相对于该直线的偏距。同视准线法相比,该法的基准线是一条物理的直线。引张线法的特点是:受外界影响小,在大坝监测中应用普遍。其测量精度主要取决于读数精度,采用线阵CCD传感器的引张线测量系统实现自动读数,其量程为几厘米,精度优于±0.1mm。但引张线的两端一般要设有正倒垂线,以提供测量的基准,客观上增加了系统的安装和维护使用成本。引张线技术的发展趋势是双向引张线,能够同时观测水平和垂直方向的位移,提高了观测率。

1.3正、倒垂线技术