一种测量坝体水平位移的方法
【专利摘要】本申请公开一种测量坝体水平位移的方法，其能够完整、全面地测量包括施工期位移在内的坝体全生命周期水平位移，测量精度高、布置方便、抗干扰性强。这种测量坝体水平位移的方法，其包括步骤：(1)在需要测量水平位移的坝段上沿着观测廊道选择一条与观测廊道平行布置的垂线，并在该垂线上连续布置多个测斜器；(2)通过测量各测点的倾斜度，计算测斜器控制范围内两端的相对位移；(3)沿高度方向累计相对位移得到坝体各个高程的水平位移。
【专利说明】
一种测量坝体水平位移的方法
技术领域
[0001] 本发明属于大坝位移监测的技术领域，具体地涉及一种测量坝体水平位移的方 法，其能够完整、全面地测量坝体水平位移。
【背景技术】
[0002] 目前，大坝水平位移的观测方法包括:视准线法、引张线法和正倒垂线法等。
[0003] 视准线法是我国50年代就采用的一种准直方法，新安江、富春江、梅山、佛子岭、丰 满、西津及其它一些电站，均采用这种准直方法，此法的优点是:方法简单，布置灵活，费用 低廉，如果采用高放大倍率的仪器进行观测，视准距离不是很长，并且掌握好观测时间，仍 然可能获得满意的结果。此法的缺点是受外界影响（主要是水平折光影响)较大，在观测中 很难掌握好最有利的观测时间段，从而极大地影响到观测精度。
[0004] 引张线法是一种机械准直方法。在大坝廊道两端基点之间，水平张拉一根不锈钢 丝作为基准线，在各坝段的测点上用仪器量测各点垂直于此基准线的偏离值。引张线法与 视准线法相比，具有不受大气折光影响、精度高、观测简便、速度快等优点，且设备简单，费 用较低，从60年代后期开始，已在国内许多大坝中应用。
[0005] 60年代中期，垂线(正、倒垂)成为观测坝体挠度(坝体分层水平位移）的重要手段。 引张线是一条水平基准线，垂线则是一条竖直基准线。正垂线的固定点在坝顶，在各测站上 安置坐标仪进行观测。所得的位移值为各测点与悬挂点之间的相对位移。倒垂线的固定点 在基础以下几十米深处应力作用范围以外，所得的位移值即为各测点相对于基岩深处固定 点的绝对位移。由于垂线和引张线一样，不仅观测精度高、设备简单、观测速度快，而且可以 获得测点的绝对位移，因此在大坝变形观测中，都把倒垂线作为各种准直方法的控制;有时 也将垂线作为直接观测水平位移的手段，例如葛洲坝，为了观测坝体水平位移，共设置了 41 条正垂和26条倒垂。
[0006] 传统的方法虽然具有设备简单，测量方便、速度快，精度高，成本低等优点;但亦有 无法观测施工期部分坝体位移、观测坝体位移区域有限等缺点。高拱坝一般分层分仓浇筑， 分期封拱、蓄水，封拱至某一高程，便开始蓄水，此时大坝监测系统正垂、倒垂还未安装完 毕，因此坝体某些部位测出的位移是此次蓄水之后产生的位移，此次蓄水及之前产生的位 移并未计入。而且每条垂线上布置的测点通常有限，以溪洛渡高拱坝(坝高285.5m)工程为 例，全坝总共31个坝段，一共布置了7条正垂线，8条倒垂线，每条倒垂线布置1~2个测点，每 条正垂线布置3~5个测点，每个测点之间的距离40m~70m，可以看出，采用正、倒垂线观测 的坝体位移区域很有限。
【发明内容】
[0007] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种测量坝体水平位移的 方法，其能够完整、全面地测量包括施工期位移在内的坝体全生命周期水平位移，测量精度 高、布置方便、抗干扰性强。
[0008] 本发明的技术解决方案是:这种测量坝体水平位移的方法，其包括以下步骤：
[0009] (1)在需要测量水平位移的坝段上沿着观测廊道选择一条与观测廊道平行布置的 垂线，并在该垂线上连续布置多个测斜器；
[0010] (2)通过测量各测点的倾斜度，计算测斜器控制范围内两端的相对位移；
[0011] (3)沿高度方向累计相对位移得到坝体各个高程的水平位移。
[0012] 目前高精度测斜器具有测量精度高、传输距离长、抗干扰性强以及自动采集数据 等优点，可满足该发明所需要的测斜精度;发明所采用的测斜器可以随着坝体浇筑的同时， 安装到坝体内部，从而保证了监测位移的完整性和监测区域的全面性。
【附图说明】
[0013] 图1是测斜器的构造示意图。
[0014] 图2示出了河床坝段位移监测布置，其中图2a是坝体正垂线和倒垂线法监测布置， 图2b是斜测点布置。
[0015] 图3示出了岸坡坝段位移监测布置，其中图3a是坝体正垂线和倒垂线法监测布置， 图3b是斜测点布置。
[0016] 图4示出了廊道表面测点布置，其中图4a是径向布置（图3b的局部放大），图4b是拱 向布置(图3b的A-A切面）。
[0017]图5示出了混凝土内部测点布置(图3b的A-A切面）。
[0018]图6是测点和位移示意图，其中图6a是测点的示意图，图6b是位移的示意图。
[0019] 图7是根据本发明的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020] 如图7所示，这种测量坝体水平位移的方法，其包括以下步骤：
[0021] (1)在需要测量水平位移的坝段上沿着观测廊道选择一条与观测廊道平行布置的 垂线，并在该垂线上连续布置多个测斜器；
[0022] (2)通过测量各测点的倾斜度，计算测斜器控制范围内两端的相对位移；
[0023] (3)沿高度方向累计相对位移得到坝体各个高程的水平位移。
[0024] 目前高精度测斜器具有测量精度高、传输距离长、抗干扰性强以及自动采集数据 等优点，可满足该发明所需要的测斜精度;发明所采用的测斜器可以随着坝体浇筑的同时， 安装到坝体内部，从而保证了监测位移的完整性和监测区域的全面性。
[0025] 优选地，所述步骤(1)中这条垂线布置多个测点，并按测点高程将测点编号为1，2， 3···η，η是大于等于2的整数;所述步骤(2)、（3)中，忽略混凝土浇筑15天以内各个水平布置 测点所测的转角，建立坝体位移与各测点倾斜度的关系。
[0026]优选地，所述步骤（1)中每个测点布置三个测斜器，建立三个测斜器测量数据之间 的对应关系，从而检验测量数据的可靠性。
[0027]优选地，所述三个测斜器，朝向分别为径向、拱向和垂直方向，从而同时监测径向、 拱向位移。
[0028]优选地，所述步骤(1)中观测廊道布置一个测点，观测廊道之间平均布置3个测点； 廊道处测点布置在廊道底板表面位置，混凝土处测点布置在浇筑层的中间位置;测斜器平 行布置在正垂线、倒垂线钻孔附近，距离钻孔5m。
[0029] 优选地，所述步骤（2)中，监测时间为：测点所辖混凝土龄期小于1个月、坝体初期 蓄水或坝体水位发生较大幅度变化时，测量周期应小于5天；其余时期测量周期为30~90 天。
[0030] 优选地，所述步骤(3)中根据公式(1)-(4)得到总位移Sn*:
[0031]
(1 )
[0032] Asi=(0(i,T)-0(i,15))hi i>2,i<n-l (2)
[0033] Asi = O.5(0(l,T)-0(l,15))hi (3)
[0034] Δ Sn=O ·5(θ(η，τ)-θ(η，15) )hn (4)
[0035] 其中基础位移so由倒垂线法所测；θ (i，τ)表示龄期为τ的i号测点的总转角，θ (i， 15))表示龄期为15d时的i号测点的转角，!^表示测点i和测点i+1中间位置点与测点i和测 点i-Ι中间位置点的距离差值;Iu表示测点1和测点2的距离;匕表示测点η和测点n-1的距离。
[0036] 优诜地，所沭二个测斜器测量数据之间的对应关系为公式（5):
[0037]
(5)
[0038] 其中Q1为垂直放置测点旋转角度，水平放置测点的径向和法向旋转角度分别为θ2 和03〇
[0039] 以下更详细地说明本发明：
[0040] 本发明需要用到的测量仪器为测斜器，测斜点需布置在观测廊道底板表面和正垂 线以及倒垂线附近区域。测斜器的工作原理是利用重力摆锤始终保持铅直方向的性质，测 得仪器中轴线与摆锤垂直线间的倾角，倾角的变化可由电信号转换而得，从而可以知道被 测结构的位移，测斜器的构造如图1所示。考虑到测量精度问题，本发明需要应用分辨率达 到0.1秒电子测斜器。
[0041 ]本发明测点和测斜器说明见以下两点：
[0042] (1)测点的布置要求:高拱坝在浇筑过程中一般预留观测廊道和基础排水廊道，坝 体浇筑结束后将在观测廊道和基础排水廊道钻垂直孔并布置正垂线和倒垂线（图2a和图3a 所示）），测斜器沿高度方向应和传统的正垂线和倒垂线钻孔平行并布置在钻孔附近，建议 距离钻孔5m;每个观测廊道底板布置一个测点，观测廊道之间混凝土内按均分距离布置3个 测点（图2b和图3b所示）。
[0043] (2)廊道内的测点布置在廊道底板表面位置，混凝土内的埋置测点布置在浇筑层 的中间位置(如图4、图5所示）；为同时监测径向、拱向位移，每个测点需要布置三个测斜器， 测斜器的朝向分别为径向、拱向和垂直方向（如图4所示）。
[0044] 本发明测点监测的要求如下：
[0045] (1)廊道内的测斜器可人工测量或电子信号传递数据，埋置在混凝土内的测点数 据需要用牵引线的方式传递。
[0046] (2)廊道内或采用牵引线方式布置的测斜器的观测应在廊道底板混凝土浇筑结束 时开始，测量过程应包含坝体的施工期和运行期在内的整个坝体生命周期。
[0047] (3)测点所在混凝土龄期小于1个月时、坝体初期蓄水或坝体水位发生较大幅度变 化时，测量周期应小于5天;其余时期测量周期可以为30d~90d。
[0048] (4)测点信息应包括测点序号，测点所在的坝段，测点所在的浇筑层，测点在测点 所在浇筑层的序号，测点龄期，测点对应龄期的观测值。
[0049] 本发明测点数据和坝体的位移关系：
[0050] 单坝段内，按高程将测点编号为1，2，3···η，忽略龄期15d以内测点的转角，那么测 点i-Ι和测点i的中间位置点相对于测点i和测点i-Ι的中间位置点的位移(见图6)为：
[0051] Asi=(0(i,T)-0(i,15))hi i>2
[0052] 其中：θ (i，τ)表示龄期为τ的i号测点的总转角，θ (i，15))表示龄期为15d时的i号 测点的转角，!^表示测点i和测点i+Ι中间位置点与测点i和测点i-Ι中间位置点的距离差 值(见图6)。
[0053]测点1和测点2的相对位移为：
[0054] Asi = O.5(9(1,T)-0(l,15))hi
[0055] 其中：h表示测点1和测点2的距离
[0056] 测点η和测点η-I的相对位移为：
[0057] Δ Sn=O ·5(θ(η，τ)-θ(η，15) )hn
[0058] 其中：匕表示测点η和测点n-1的距离
[0059] 设由倒垂线法所测的基础位移为SQ，那么总位移为：
[0060]
[0061 ]本发明水平放置测点旋转角度和垂直放置测点旋转角度的关系
[0062] 如果水平放置测点的径向和法向旋转角度分别为02和03,垂直放置测点旋转角度
[0063]
[0064]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依 据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明 技术方案的保护范围。
【主权项】
1. 一种测量巧体水平位移的方法，其特征在于:其包括W下步骤： (1) 在需要测量水平位移的巧段上沿着观测廊道选择一条与观测廊道平行布置的垂 线，并在该垂线上连续布置多个测斜器； (2) 通过测量各测点的倾斜度，计算测斜器控制范围内两端的相对位移； (3) 沿高度方向累计相对位移得到巧体各个高程的水平位移。2. 根据权利要求1所述的测量巧体水平位移的方法，其特征在于:所述步骤（1)中运条 垂线上分为多个测点，并按测点高程将测点编号为1，2,3···η，η是大于等于2的整数;所述步 骤(2)、（3)中，忽略混凝±诱筑15天W内各个水平布置测点所测的转角，建立巧体位移与各 测点倾斜度的关系。3. 根据权利2要求的测量巧体水平位移的方法，其特征在于:所述步骤（1)中每个测点 布置Ξ个测斜器，建立Ξ个测斜器测量数据之间的对应关系，从而检验测量数据的可靠性。4. 根据权利3要求的测量巧体水平位移的方法，其特征在于:所述Ξ个测斜器，朝向分 别为径向、拱向和垂直方向，从而同时监测径向、拱向位移。5. 根据权利4要求的测量巧体水平位移的方法，其特征在于:所述步骤（1)中观测廊道 布置一个测点，观测廊道之间平均布置3个测点；廊道处测点布置在廊道底板表面位置，混 凝±处测点布置在诱筑层的中间位置;测斜器平行布置在正垂线、倒垂线钻孔附近，距离钻 孔5m。6. 根据权利5要求的测量巧体水平位移的方法，其特征在于:所述步骤(2)中，监测时间 为:测点所辖混凝±龄期小于1个月、巧体初期蓄水或巧体水位发生较大幅度变化时，测量 周期应小于5天;其余时期测量周期为30~90天。7. 根据权利6要求的测量巧体水平位移的方法，其特征在于:所述步骤(3)中根据公式 (1)-(4)得到总位移Sn为：(：1) Asi=(白α，τ)-白（i，15))hi i>2，i<n-l (2) Δ3? = 0.5(θ(1，τ)-θ(1，15)Αι (3) Δ3η = 0.5(θ(η，τ)-θ(η，15)Αη (4) 其中基础位移so由倒垂线法所测；θα，τ)表示龄期为τ的i号测点的总转角，θα, 15))表 示龄期为15加寸的i号测点的转角山表示测点i和测点i+1中间位置点与测点i和测点i-1中 间位置点的距离差值血表示测点巧日测点2的距离;hn表示测点η和测点n-1的距离。8. 根据权利4要求的测量巧体水平位移的方法，其特征在于:所述Ξ个测斜器测量数据 之间的对应关系为公式(5):(5) 其中θι为垂直放置测点旋转角度，水平放置测点的径向和径向旋转角度分别为θ2和03。
【文档编号】G01B21/02GK105841653SQ201610197186
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】张国新, 朱振泱, 刘毅, 卢正超, 沙莎
【申请人】中国水利水电科学研究院