CN103791882B - 一种拱坝全变形监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种拱坝全变形监测方法，其特征在于在拱坝某一断面的不同高程的廊道或观测间内设置监测仪器，所述的监测仪器包括垂线监测仪和倾斜监测仪，并且一一对应设置；通过倾斜监测仪器的监测成果，计算监测点位置上部坝体在垂线尚未安装期间所对应的变形，以此对拱坝分段的垂线监测成果进行修正，从而得到拱坝实际全变形。本发明成功解决了拱坝实际全变形无法监测的问题，且已成功应用于水电工程，取得了良好的效果，实用性强。本发明改变了我国拱坝安全监测设计和监测方法，在拱坝中具有广泛的市场前景和推广价值。

Description

一种拱坝全变形监测方法

技术领域

本发明涉及水电工程技术领域，具体说是一种拱坝全变形监测方法。

背景技术

近年来我国水电发展尤为迅速，以澜沧江小湾拱坝(坝高294.5m)、金沙江溪洛渡拱坝(坝高285.5m)、雅砻江锦屏一级拱坝(坝高305m)、金沙江白鹤滩水电站拱坝(坝高277m)为代表的一批的高拱坝陆续修建，使我国拱坝设计理论及施工技术达到国际先进水平。但是，拱坝安全监测技术发展明显滞后于筑坝技术的发展。随着坝高的不断增加，坝体和坝基的倾斜影响越大，拱坝全变形监测已成为需要迫切解决的技术问题。

传统的拱坝变形监测主要采用垂线、表面变形监测点等仪器，由于仪器安装时间及布置方式的缺陷，不能捕捉仪器安装滞后及大坝倾斜等因素产生的大坝变形损失，因此需要研究一种能解决监测大坝全变形的监测方法和仪器。

发明内容

本发明的目的是提供一种拱坝全变形监测方法，以解决目前拱坝全变形无法监测的问题。

本发明的技术方案为：拱坝全变形监测方法是在拱坝某一断面的不同高程廊道或观测间内设置监测仪器，所述的监测仪器包括垂线监测仪和倾斜监测仪，并且一一对应设置；通过倾斜监测仪器的监测成果，计算监测点位置上部坝体在垂线尚未安装期间所对应的变形，以此对拱坝分段的垂线监测成果进行修正，从而得到拱坝实际全变形。

所述的垂线监测仪为Ⅰ号垂线监测仪、Ⅱ号垂线监测仪、Ⅲ号垂线监测仪、Ⅳ号垂线监测仪(具体数量根据拱坝廊道设置情况进行调整)，倾斜监测仪也有相应数量的设置。

具体步骤为：

(1)当拱坝浇筑至L1高程并具备仪器安装条件时确的t1时刻，悬挂Ⅰ号垂线监测仪和安装Ⅰ号倾斜监测仪器，并开始监测，此时Ⅰ号倾斜监测仪器取得倾斜角度初值θ₁(t1)；

(2)随拱坝浇筑至L2高程并具备仪器安装条件时的t2时刻，悬挂Ⅱ号垂线监测仪和安装Ⅱ号倾斜监测仪器，并开始观测；此时，Ⅱ号倾斜监测仪器取得倾斜角度初值θ₂(t2)，Ⅰ号倾斜监测仪器所测倾斜角度为θ₁(t2)，则t2时刻，Ⅱ号垂线悬挂时的实际全变形为：

y₂(t2)＝y₁(t2)+H₂tan[θ₁(t2)-θ₁(t1)]，其中：y₂—修正后的Ⅱ号垂线t2时刻实际变形，y₁—Ⅰ号垂线t2时刻变形，H₂—Ⅱ号垂线长度；

(3)随拱坝浇筑至L3高程并具备仪器安装条件时的t3时刻，悬挂Ⅲ号垂线监测仪和安装Ⅲ号倾斜监测仪器，并开始观测；此时，Ⅲ号倾斜监测仪器取得倾斜角度初值θ₃(t3)，Ⅱ号倾斜监测仪器所测倾斜角度为θ₂(t3)，则t3时刻，Ⅲ号垂线悬挂时的实际全变形为：

y₃(t3)＝y₂(t3)+H₃tan[θ₂(t3)-θ₂(t2)]，其中：y₃(t3)—修正后的Ⅲ号垂线t3时刻实际变形，y₂(t3)—2号垂线t3时刻变形，H₃—Ⅲ号垂线长度；

……

以此类推，可得到上部垂线悬挂时的实际全变形计算函数为：

y_i+1(ti+1)＝y_i(ti+1)+H_i+1tan[θ_i(ti+1)-θ_i(ti)]

其中：y_i+1(ti+1)—修正后的i+1号ti+1时刻垂线实际变形，y_i(ti+1)—i号垂线ti+1时刻变形，H_i+1—i+1号垂线长度，θ_i(ti+1)－i号倾斜监测仪器在ti+1时刻所测的倾斜角度，θ_i(ti)－i号倾斜监测仪器在ti时刻所测的倾斜角度，i＝1，2，……。

对各个分段垂线监测成果进行修正，修正后的测值即为拱坝实际全变形。

本发明利用拱坝不同高程廊道(或观测间)，分段对应布设垂线和倾斜两种监测仪器的方法，通过垂线监测得到的拱坝变形加上倾斜仪器监测得到的坝体上部在垂线尚未安装期间的坝体变形，从而获得拱坝实际全变形，成功解决了拱坝实际全变形无法监测的问题，且已成功应用于水电工程，取得了良好的效果，实用性强。本发明改变了我国拱坝安全监测设计和监测方法，在拱坝中具有广泛的市场前景和推广价值。

附图说明

图1为本发明的拱坝全变形监测仪器布置示意图。

图中：1―Ⅰ号垂线监测仪，2―Ⅱ号垂线监测仪，3―Ⅲ号垂线监测仪，4―Ⅳ号垂线监测仪，5―倾斜监测仪器，6-观测间，7-(坝内)廊道，8―坝基，9―坝顶，10―下游面，11―上游面，H2－Ⅱ号垂线长度，H3－Ⅲ号垂线长度，H4－Ⅳ号垂线长度，L1、L2、L3、L4－高程。

具体实施方式

本发明的拱坝全变形监测仪方法是，在拱坝某一断面的不同高程L1、L2、L3、L4的坝内廊道7或观测间6内设置监测仪器，所述的监测仪器包括垂线监测仪和倾斜监测仪5，并且一一对应设置，垂线监测仪为Ⅰ号垂线监测仪1、Ⅱ号垂线监测仪2、Ⅲ号垂线监测仪3、Ⅳ号垂线监测仪4，倾斜监测仪5也有相应数量的设置，如图1所示。通过倾斜监测仪器的监测成果，计算监测点位置上部坝体在垂线尚未安装期间所对应的变形，以此对拱坝分段的垂线监测成果进行修正，从而得到拱坝实际全变形。其中监测高程的设置和监测仪的数量根据拱坝廊道设置情况进行相应调整。具体方法为：

(1)当拱坝浇筑至L1高程并具备仪器安装条件时确的t1时刻，悬挂Ⅰ号垂线监测仪和安装Ⅰ号倾斜监测仪器，并开始监测，此时Ⅰ号倾斜监测仪器取得倾斜角度初值θ₁(t1)；

(2)随拱坝浇筑至L2高程并具备仪器安装条件时的t2时刻，悬挂Ⅱ号垂线监测仪和安装Ⅱ号倾斜监测仪器，并开始观测；此时，Ⅱ号倾斜监测仪器取得倾斜角度初值θ₂(t2)，Ⅰ号倾斜监测仪器所测倾斜角度为θ₁(t2)，则t2时刻，Ⅱ号垂线悬挂时的实际全变形为：

y₂(t2)＝y₁(t2)+H₂tan[θ₁(t2)-θ₁(t1)]，其中：y₂—修正后的Ⅱ号垂线t2时刻实际变形，y₁—Ⅰ号垂线t2时刻变形，H₂—Ⅱ号垂线长度；

(3)随拱坝浇筑至L3高程并具备仪器安装条件时的t3时刻，悬挂Ⅲ号垂线监测仪和安装Ⅲ号倾斜监测仪器，并开始观测；此时，Ⅲ号倾斜监测仪器取得倾斜角度初值θ₃(t3)，Ⅱ号倾斜监测仪器所测倾斜角度为θ₂(t3)，则t3时刻，Ⅲ号垂线悬挂时的实际全变形为：

y₃(t3)＝y₂(t3)+H₃tan[θ₂(t3)-θ₂(t2)]，其中：y₃(t3)—修正后的Ⅲ号垂线t3时刻实际变形，y₂(t3)—2号垂线t3时刻变形，H₃—Ⅲ号垂线长度；

……

以此类推，可得到上部垂线悬挂时的实际全变形计算函数为：

y_i+1(ti+1)＝y_i(ti+1)+H_i+1tan[θ_i(ti+1)-θ_i(ti)]

其中：y_i+1(ti+1)—修正后的i+1号ti+1时刻垂线实际变形，y_i(ti+1)—i号垂线ti+1时刻变形，H_i+1—i+1号垂线长度，θ_i(ti+1)－i号倾斜监测仪器在ti+1时刻所测的倾斜角度，θ_i(ti)－i号倾斜监测仪器在ti时刻所测的倾斜角度，i＝1，2，……。

对各个分段垂线监测成果进行修正，修正后的测值即为拱坝实际全变形。

Claims (1)

1.一种拱坝全变形监测方法，其特征在于在拱坝某一断面的不同高程的廊道或观测间内设置监测仪器，所述的监测仪器包括垂线监测仪器和倾斜监测仪器，并且一一对应设置；通过倾斜监测仪器的监测成果，计算监测点位置上部坝体在垂线尚未安装期间所对应的变形，以此对拱坝分段的垂线监测成果进行修正，从而得到拱坝实际全变形；具体步骤为：

(1)当拱坝浇筑至L1高程并具备仪器安装条件时确的t1时刻，悬挂Ⅰ号垂线监测仪和安装Ⅰ号倾斜监测仪器，并开始监测，此时Ⅰ号倾斜监测仪器取得倾斜角度初值θ₁(t1)；

(2)随拱坝浇筑至L2高程并具备仪器安装条件时的t2时刻，悬挂Ⅱ号垂线监测仪和安装Ⅱ号倾斜监测仪器，并开始观测；此时，Ⅱ号倾斜监测仪器取得倾斜角度初值θ₂(t2)，Ⅰ号倾斜监测仪器所测倾斜角度为θ₁(t2)，则t2时刻，Ⅱ号垂线悬挂时的实际全变形为：

y₂(t2)＝y₁(t2)+H₂tan[θ₁(t2)-θ₁(t1)]，其中：y₂-修正后的Ⅱ号垂线t2时刻实际变形，y₁-Ⅰ号垂线t2时刻变形，H₂-Ⅱ号垂线长度；

(3)随拱坝浇筑至L3高程并具备仪器安装条件时的t3时刻，悬挂Ⅲ号垂线监测仪和安装Ⅲ号倾斜监测仪器，并开始观测；此时，Ⅲ号倾斜监测仪器取得倾斜角度初值θ₃(t3)，Ⅱ号倾斜监测仪器所测倾斜角度为θ₂(t3)，则t3时刻，Ⅲ号垂线悬挂时的实际全变形为：

y₃(t3)＝y₂(t3)+H₃tan[θ₂(t3)-θ₂(t2)]，其中：y₃(t3)-修正后的Ⅲ号垂线t3时刻实际变形，y₂(t3)-2号垂线t3时刻变形，H₃-Ⅲ号垂线长度；

……

以此类推，可得到上部垂线悬挂时的实际全变形计算函数为：

y_i+1(ti+1)＝y_i(ti+1)+H_i+1tan[θ_i(ti+1)-θ_i(ti)]

其中：y_i+1(ti+1)-修正后的i+1号ti+1时刻垂线实际变形，y_i(ti+1)-i号垂线ti+1时刻变形，H_i+1-i+1号垂线长度，θ_i(ti+1)－i号倾斜监测仪器在ti+1时刻所测的倾斜角度，θ_i(ti)－i号倾斜监测仪器在ti时刻所测的倾斜角度，i＝1，2，……；

对各个分段垂线监测成果进行修正，修正后的测值即为拱坝实际全变形。