闸坝变形观测

用于观测仪器和观测设备进行的测量的设备

闸坝变形观测是运用观测仪器和观测设备对闸坝在内、外部荷载和各种影响因素作用下产生的位置和形状变化所进行的测量。特点是观测仪器和设备主要安装在闸坝及其廊道的表面，用以观测闸坝的外部变形。

运用观测仪器和观测设备对闸坝在内、外部荷载和各种影响因素作用下产生的位置和形状变化所进行的测量。闸坝变形观测值的大小及其发展趋势反映了闸坝的实际工作性态，较大的变形有可能是闸坝出现事故的先兆。因此，对闸坝变形进行定期观测并及时分析观测资料是保证闸坝安全运行的重要工作。闸坝变形观测分为外部和内部两个方面。

外部变形观测特点是观测仪器和设备主要安装在闸坝及其廊道的表面，用以观测闸坝的外部变形，观测项目如下。

水平位移观测对闸坝及其地基的重要点位进行水平方向位移量的测量。如果闸坝或其地基滑动，坝坡失稳，坝缝张开或其他局部破坏都有可能导致水平位移异常。因此，水平位移观测是闸坝安全运行的重要监测项目。常用的观测方法有六种。①视准线法：通过视准线或经纬仪建立一个平行或通过坝轴线的铅直平面作为基准面，定期观测坝上测点与基准面之间偏离值的大小即为该点的水平位移，适用于直线形混凝土闸坝顶部和土石坝坝面的水平位移观测（图1）。②引张线法：利用张紧在两工作基点之间的不锈钢丝作为基准线，测量沿线测点和钢丝之间的相对位移，以确定该点的水平位移，适用于大型直线形混凝土的廊道内测点的水平位移观测。③激光准直法：利用激光束代替视线进行照准的准直方法，使用的仪器有激光准直仪，波带板激光准直系统和真空管道激光准直系统等,适用于大型直线形混凝土坝观测。④垂线法:以坝体或坝基的铅垂线作为基准线，采用坐标仪测定沿线点位和铅垂线之间的相对水平位移。这种方法适用于各种形式的混凝土坝。垂线由不锈钢丝制成，钢丝下部吊重锤,悬挂点在上部的称为正垂线(见彩图)；锚固点在基岩深处,依靠顶部浮筒的浮力将钢丝张紧的称为倒垂线。前者可测相对于悬挂点的相对水平位移，后者可测相对于锚固点的绝对水平位移，⑤交会法：利用三角网或导线测定两个或三个固定基点的坐标，通过基点测定闸坝上位移标点的水平位移，适用于长度超过500m的混凝土重力坝和土石坝的水平位移观测，也可用于混凝土拱坝坝顶和下游面的水平位移观测。⑥导线法：在混凝土拱坝廊道内布置折线形导线，以导线端点的倒垂线作基准，用以测量坝内导线点的水平位移，只适用于大型混凝土厚拱坝或曲线形重力坝。

垂直位移观测对闸坝及其地基的代表性点位进行的垂直方向位移的测量。不均匀的垂直位移可能导致闸坝裂缝。垂直位移异常有可能是坝体滑动,坝基失稳,局部破坏等险情的先兆和反映。因此，垂直位移观测也是闸坝安全监测的重要项目。主要有两种观测方法。①几何水准测量法：是利用水准仪和水准尺从水准基点开始测量各点位高程的方法，通过各点位高程变化求得其垂直位移，适用于混凝土闸坝和土石坝垂直位移观测。②液体静力水准法：利用连通管原理测量各点位容器内液面高差以测定各点垂直位移的观测方法，适用于混凝土闸坝基础廊道和土石坝表面垂直位移观测。

裂缝和伸缩缝观测混凝土闸坝表面裂缝和土石坝的表面及内部裂缝都需要观测(见水工建筑物裂缝观测)。混凝土闸坝的伸缩缝和混凝土基岩之间的接合缝需要选择合适的部位埋设测缝计观测缝的开度变化和缝两侧基岩或建筑物的错动。施工后期用水泥或水泥砂浆灌注的缝可以利用测缝计的测值判断建筑物的整体性（图2）。

内部变形观测其特点是观测仪器和设备埋设在闸坝或地基的内部，用以测量闸坝内部的变形，观测项目有如下几种。

应变观测将仪器埋设在坝体或地基内部以观测重要点位的应变值，通过观测资料的计算分析，了解建筑物的应力状态，判断估计建筑物的安全程度。应变观测分三种。①混凝土应变观测：在混凝土内埋设应变计和无应力计，根据观测资料和混凝土徐变试验资料可以计算混凝土的应力，了解坝体内的应力分布。②土坝应变观测：在土坝内埋设土应变计，根据观测资料研究坝体内的应力分布，分析产生内部裂缝或局部破坏的可能性。③基岩变形观测：在坝基内埋设岩石应变计或多点基岩变形计用以观测坝基变形，分析坝基产生滑动的可能性。

分层沉降观测在土坝内部用十字臂固结管、深式标点组、电磁式沉降仪或水管式沉降仪等观测坝体内部不同高程点位上的沉降量，以便了解坝体内部土料的固结程度，评估设计施工质量，保证大坝安全运行。

倾斜观测在土石坝或岩土边坡的钻孔内用倾斜仪观测不同高程点位的倾斜度，用以计算岩土体内部的水平位移，以便分析岩土体的稳定性或产生内部裂缝的可能性。

简史1891年，在德国的埃施巴赫重力坝上首先进行了变形观测。20世纪30年代以后，在北美和欧洲的一些混凝土坝上进行了应变观测和垂线观测。苏联在50年代中期应用了引张线法观测重力坝的水平位移。高土石坝的内部变形观测在60年代得到发展和应用。70年代后期，西班牙、意大利等国家研制了变形观测自动化系统，实现了应用微机的在线大坝安全监控。这种系统正在发展和完善之中，是大坝变形观测的重要发展方向。

中国有系统的大坝变形观测自50年代初期开始，60年代以来研制了一系列变形观测仪器，如差动式电阻应变观测仪器、光学垂线坐标仪、水管式倾斜仪等。70年代以来遥测垂线坐标仪和引张线仪、高精度的光学视准仪及激光准直装置相继问世，使中国的闸坝变形观测达到新的水平。

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