水工建筑物监测课件.ppt

1、水工建筑物安全监测监测监测即检查观测，是指直接或藉专门的仪器对基础及其上的水工 建筑物从施工开始到水库第一次蓄水整个过程中以及在运行期间所进行的监视量测与分析。大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察；“监测”既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测，也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查。第一节 水工建筑物安全监测概述 通过观测仪器和设备，以及时取得反映大坝和基岩性态变化以及环境对大坝作用的各种数据的观测和资料处理等工作。其目的是分析估计大坝的安全程度，以便及时采取措施，设法保证大

2、坝安全运行。由于大坝的工作条件十分复杂，大坝和地基的实际工作状态难以用计算或模型试验准确预测，设计中带有一定经验性，施工时也可能存在某些缺陷，在长期运行之后，由于水流侵蚀和冻融风化作用，使筑坝材料和基岩特性不断恶化。因此，在初期蓄水和长期运行中，大坝都存在着发生事故的可能性。大坝一旦出现异常状态，必须及时发现和处理，否则可能导致严重后果。大坝失事不仅要损失全部工程效益，而且溃坝洪水将使下游人民生命财产遭受毁灭性损失。大坝安全监测是水库工程管理工作中最重要的一项工作。第一节 水工建筑物安全监测概述 世界各国安全监测发展过程 在古代人们依靠简单方法来了解水工建筑物的实际情况，比如目测、纸条等。最早

3、的大坝监测可追溯到1891年德国的埃施巴赫重力坝开展了大坝位移观测，随后于1903年美国新泽西州布恩顿重力坝开展了温度观测，1908年澳大利亚新南威尔士州巴伦杰克溪薄拱坝开展了变形观测，1925年美国爱达荷州亚美利加佛尔兹坝开展了扬压力观测，1926年美国垦务局在史蒂文森溪试验拱坝上开展了应力及应变观测。而在上世纪初才开始利用专门的仪器设备观测观测水工建筑物的一些主要物理指标，美国最早使用电阻式传感器。1919年在欧洲出现钢弦式传感器，1933年卡尔逊仪器在美国开始使用，70年代在日本出现贴片式传感器。在当时，由于监测方法和设备都较差，加以坝工设计、施工水平也不高，大坝失事时有发生。著名的有1

4、928年美国的圣弗朗西斯坝失事，1959年法国的马尔巴塞拱坝失事，1963年意大利的瓦依昂水库滑坡，都造成很大损失，引起社会震动，促使许多国家制定大坝安全监测法规，改进监测技术和监测仪器，使大坝监测工作得到很大发展。70年代以来，由于电子技术和电子计算机的发展和应用，大坝安全监测系统实现了半自动化或自动化，美国、日本、西班牙、意大利、法国等都在其国内建立机构进行大坝安全监测资料的集中处理。第一节 水工建筑物安全监测概述第一节 水工建筑物安全监测概述 中国安全监测发展过程 中国的大坝安全监测工作开始于20世纪50年代中期，60年代逐步研制和生产了各种监测仪器，制定了水工建筑物观测工作手册等有关规

5、定。80年代研制并应用了遥测垂线坐标仪、倾斜仪、水位计、激光准直设备等新仪器新设备，在龚咀水电站、葛洲坝水利枢纽、东江水电站等大坝上实现了内部观测仪器自动测量和自动处理，建立了全国性的大坝安全监测机构和资料分析中心，开始制定各种大坝安全管理条例和技术规范。1991年3月22日由李鹏总理签署的国务院第77号令，颁发了水库大坝安全管理条例。其中:第2条指出：“大坝包括永久性挡水建筑物以及与其配合运用的泄洪、输水和过航建筑物等”，因此“大坝”是一个广义词，可理解为包括各种水工建筑物及近坝区岸坡等；第19条规定:“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

6、，随时掌握大坝运行状况”，这充分说明了国家对大坝安全监测工作的重视。第一节 水工建筑物安全监测概述第一节 水工建筑物安全监测概述 安全检测的作用u了解建筑物在荷载和各种因素作用下的工作状态和变化情况，据以对建筑物质量和安全程度作出正确判断和评价，为施工控制和安全运行提供依据。u及时发现不正常的现象，分析原因，以便进行有效的处理，确保工程安全。u是检验设计和施工水平，发展工程技术的重要手段。安全检测工作时段 安全监测的总体工作贯穿于工程建设与运行管理的全过程。第一节 水工建筑物安全监测概述运行阶段的安全监测方式 一般有两种方式，现场检查和仪器监（观）测。1.现场检查：是指对水工建筑物及周围环境的

7、外表现象进行巡视检查的工作，可分为巡视检查和现场检测两项工作。巡视检查一般是靠人的感官直觉（眼看、耳听、手摸）并采用简单的量具进行定期或不定期的的现场检查；现场检测主要是用临时安装的仪器设备在建筑物及其周围进行定期或不定期的一种检查工作。现场检查有定性的也有定量的，藉以了解建筑物有无缺陷、隐患或异常现象。现场检查的项目一般多为凭人的感官直觉或辅以必要的工具可直接地发现和量测的物理因素。如水文要素的侵蚀、淤积；变形的开裂、塌坑、滑坡、隆起、错动；渗流方面的渗漏、排水、管涌、湿斑、浑浊；应力方面的碳化、锈蚀、风化、剥落、松软；水流方面的冲刷流态、气蚀、磨损、振动等。具体检查内容应视工程类型而定。第

8、一节 水工建筑物安全监测概述现场检查的分类：现场检查一般分日常检查、年度检查和特别检查三种。日常检查：根据工程情况和特点制定切实可行的检查制度，具体规定检查时间、部位、内容和要求，并确定日常巡视检查的路线和检查程序，由有经验的监测和维护人员负责进行巡视检查。日常检查的方法主要是进行巡视检查，用直觉方法外，并结合采用锤钎、钢尺、放大镜、望远镜、石蕊纸、回弹仪、照相机、录像机、闭路电视、潜水器等进行。日常检查频次在运行期一般为24次/月。第一节 水工建筑物安全监测概述年度检查：在每年汛期、枯水期、冰冻期及蚁害显著期等，按规定的检查项目，由管理单位负责组织进行的比较全面或专门的检查，在巡视检查的基础

9、上确定是否需要进行现场检测，即进一步作现场检查。年度检查在运行期一般为23次/年。特别检查：当遇到严重影响安全运用的特殊情况时，如特大洪水，强烈地震，重大事故等，由主管部门负责组织的检查，一般应组织人员和设备对可能出现的险情进行巡视检查和现场检测，测次应按需要确定。第一节 水工建筑物安全监测概述运行阶段的安全监测方式2.仪器监（观）测：是借助固定安装在建筑物的相关位置的各种仪器，对水工建筑物的运行状态及其变化进行的观察测量工作。包括仪器观测和资料分析两项工作。仪器监测的项目主要有：变形监测、渗流监测、应力应变监测、泄流监测、冰情监测、抗震监测、隐患探测、温度监测等。这是对作用于建筑物的某些物理

10、量进行长期、连续、系统定量的测量，水工建筑物的观测应按有关技术标准进行。观测项目可按水工建筑物的类型和现代化管理需要，选择并形成自动监测系统。现场检查和仪器监测属于同一个目的的两种不同的技术表现，二者密切联系互为补充，不可分割。世界各国在努力提高观测技术的同时，仍然十分重视检查工作。第一节 水工建筑物安全监测概述 仪器监（观）测：是借助固定安装在建筑物的相关位置的各种仪器，对水工建筑物的运行状态及其变化进行的观察测量工作。包括仪器观测和资料分析两项工作。仪器监测的项目主要有：变形监测、渗流监测、应力应变监测、泄流监测、冰情监测、抗震监测、隐患探测、温度监测等。这是对作用于建筑物的某些物理量进行

11、长期、连续、系统定量的测量，水工建筑物的观测应按有关技术标准进行。观测项目可按水工建筑物的类型和现代化管理需要，选择并形成自动监测系统。现场检查和仪器监测属于同一个目的的两种不同的技术表现，二者密切联系互为补充，不可分割。世界各国在努力提高观测技术的同时，仍然十分重视检查工作。第一节 水工建筑物安全监测概述仪器监（观）测的分类：一般分为施工期监测，蓄水期监测，运行期监测。各期的任务、目的和作用有所不同。施工期监测指从施工建立观测设备时起，至水库开始首次蓄水前为止的监测。蓄水期监测指从首次开始蓄水到库水位达到或接近正常高水位共3年的时间内的监测。运行期监测指蓄水阶段后的正常使用期的监测。第一节

12、水工建筑物安全监测概述仪器监（观）测的频次：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第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测的主要项目 由于大坝失事原因是多方面的，其表现形式和可能发生的部位因各坝具体条件而异。因此，在大坝安全监

13、测系统的设计中，应根据坝型、坝体结构和地质条件等，选定观测项目，布设观测仪器，提出设计说明书和设计图纸。设计中考虑埋设或安装仪器的范围包括坝体、坝基及有关的各种主要水工建筑物和大坝附近的不稳定岸坡。不同坝型的主要观测项目如下:土坝、土石混合坝：失事的主要原因常是渗透破坏和坝坡失稳，表现为坝体渗漏、坝基渗漏、塌坑、管涌、流土、滑坡等现象。主要观测项目有垂直和水平位移、裂缝、浸润线、渗流量、土压力、孔隙水压力等。混凝土坝、圬工坝：失事的主要原因是坝体、坝基内部应力和扬压力超出设计限度，表现为出现裂缝、坝体位移量过大和不均匀以及渗水等。主要观测项目有变形、应力、温度、渗流量、扬压力和伸缩缝等 此外，

14、对泄水建筑物应进行泄流观测和必要的水工建筑物观测。如大坝位于地震多发区和附近有不稳定岸坡，还应进行必要的抗震、滑坡、崩岸等观测项目。第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器应变计主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器位移计主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器渗压计主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器量水堰计主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器钢筋计主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器测缝计主要参数指标第一节 水工建筑物安全

15、监测概述大坝安全监测常用设备及仪器土压力计主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器沉降仪主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器锚索测力计主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器测斜仪主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器温度计主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器垂线坐标仪主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器雨量计第一节 水工建筑物安全监测概述雨量计主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器读

16、数仪主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器集线箱主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器多通道数据采集仪第一节 水工建筑物安全监测概述多通道数据采集仪主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器无线智能数据记录仪第一节 水工建筑物安全监测概述无线智能数据记录仪主要参数指标第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器软件第一节 水工建筑物安全监测概述第一节 水工建筑物安全监测概述第一节 水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计时间分布 1.溃坝有明显的三个高峰时期：1959-1962年、1971-1981年、

17、1990-1994年。2.70年代溃坝数量最多，数量前3的是1973、1974和1975年。3.自1982年开始溃坝数量明显减少。第一节 水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计时间分布 第一节 水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计空间分布 在1954-2003年50年间，溃坝数量超过200座的依次为四川、山西、湖南、云南。从溃坝数量绝对值来分析，溃坝事故多发区既有南方省份，也有北方省份。第一节 水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计空间分布 1.溃坝率溃坝率：在某一确定时间内已溃水库占本地已建水库的比例。2.据统计，全国平均溃坝率4.09%，高于该值的有11个省市，位于前5的依次是山西、新疆、甘肃、内蒙

18、、宁夏。分析可见，北方地区的溃坝率高于南方。第一节 水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计坝龄分布 1.已溃大中型水库大坝超半数在施工期发生，而且绝大多数发生在“大跃进”时期，1980年后未发生过施工期溃坝。2.投入运行10年内溃坝事故比例较高，10年后溃坝事故比例小很多。第一节 水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计溃坝原因 由此可见，泄洪能力不足和施工质量问题水库溃坝的主要原因。第一节 水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计溃坝原因 根据分析，可以看出泄洪能力不足和施工质量问题也是造成北方溃坝率高于南方的主要原因。第一节 水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计分析总述 经过上述分析可以知道影响大坝安全的因

19、素有很多。据国际大坝会议“关于水坝和水库恶化”小组委员会记录的1100座大坝失事实例，30%是由于设计洪水位偏低和泄洪设备失灵引起洪水漫顶而失事；27%是由于地质条件复杂，基础失稳和意外结构事故；20%是由于地下渗漏引起扬压力过高、渗流量增大、渗透坡降过大引起；11%是由于大坝老化、建筑材料变质(开裂、侵蚀和风化)以及施工质量等原因；12%是不同的特有原因所致。通过上面的数值可以作如下分析：大坝失事的原因很多、涉及范围也很广，但大致可以分成三类。第一类是由设计、施工和自然因素引起，它没有一个从量变到质变的过程，而是一旦大坝建成就已确定了的，如设计洪水位偏低、混凝土标号过低、未考虑地震荷载等；第

20、二类是在运行、管理过程中逐步形成的，有一个从量变到质变的发展过程，如冲刷、侵蚀、混凝土的老化、金属结构的锈蚀等；第三类是上述两种混合情况，即设计、施工中的不完善在运行中得不到改正，或者说随着时间的推移和运行管理的不力使设计、施工中的隐傲发展为破坏。就目前而言，大坝安全监测主要是针对后两种情况。第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测的重要意义 1、保障水库大坝安全运行 水库大坝因设计及施工缺陷、运行管理不当等导致其带病运行，甚至导致溃坝的事例并不少见。在各种荷载作用、多种自然因素的影响下，大坝安全性态随时都在变化，有些是正常变化，是设计和安全运行许可的，但有些则可能是异常的，是水库大坝安全运

21、行调度要注意的。大坝的安全隐患增加了水库工程对下游人民生命和财产安全的威胁，同时也限制了水资源的合理利用及工程效益的正常发挥，大坝安全监测则能够起到监视及预警工程运行性态、保障水库大坝安全运行的作用，故现代大坝安全监测的首要目的应是保障水库大坝的安全、高效运行，这也是为何对一定规模的工程普遍要求设置相应的监测设施的原因所在。第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测的重要意义 2、现代化和法制化工程管理的需要 现代工程管理普遍通过制订相关的法规，来要求和规范大坝安全监测行为，达到指导水库大坝安全运行、规范水库大坝安全管理工作的目的。有关大坝安全监测的现行有效法规主要有：1991年3月国务院发布

22、的水库大坝安全管理条例、土石坝安全监测技术规范（SL60-94）、混凝土大坝安全监测技术规范（SDJ336-89）、土石坝安全监测资料整编规程（SL169-96）等。“条例”是行政、政策性法规，指导和规范水库大坝安全监测的行政与技术管理工作，“技术规范”主要对大坝现场检查及仪器观测的项目设置、监测方法、监测技术要求、资料处理等做了全面的规定，填补了技术规范的空白，是现代的专业大坝安全监测法规。现代社会也要求实行强制的大坝安全监测，规范的大坝安全监测工作是法制在水利行业上的一种具体体现。第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测的重要意义 3、推动工程设计与施工技术的进步 任何科学技术的进步离不

23、开试验研究，但由于大坝工程的特殊性和复杂性，室内试验远不能满足工程技术的研究需要，故大坝工程的设计、施工、分析等技术的进步很大程度上依赖大坝安全监测的成果，通过监测结果来验证和不断改进坝工技术。故早期的大坝监测往往称为原型观测，这实际是针对和区别于模型试验观测而言的，早期的大坝安全监测这方面的目的较为明显。上世纪40年代经大坝观测改进了坝身填筑含水率的设计准则，此后关注的心墙坝的拱效应及水力劈裂的问题及其改进措施、土石坝变形设计的概念及变形控制准则、施工期大坝变形的规律及施工控制标准、及大坝变形、渗流、抗震等方面的许多规律的发现与技术的发展主要得益于大坝安全监测。第一节 水工建筑物安全监测概述

24、大坝安全监测的重要意义 4、为病险工程的诊断和合理加固提供依据 由于水库大坝的历史原因，工程自然老化以及缺乏足够经济支持的维修加固，造成了我国病险水库众多这一特殊现象，大坝监测资料是最能反映大坝安全状况及病险程度的，病险水库的评判离不开对大坝监测资料的分析。一般而言，没有大坝安全监测资料分析的病险水库的诊断在科学上、技术上是欠缺的，所做大坝安全鉴定在工作上是存在不足的，也影响病险加固方案的合理性有效选择，甚至可能造成病险水库的误诊、误治。同样因历史和经济的原因，我国很多水库大坝缺乏必要的监测设施，从而给现阶段的大坝安全鉴定工作带来了一定的困难。然而，实践中也有不少水库在大坝安全鉴定之前及时增设

25、了大坝观测设施，收集了大量具有说服力的第一手资料，为大坝安全鉴定创造了良好的条件，这是值得推荐的。第一节 水工建筑物安全监测概述大坝安全监测的重要意义 5、评判工程事故及推动监测技术自身的发展 工程事故的发生发展都有一个过程，这一过程中包含有大量事故征兆，往往会在监测资料中留下很多踪迹，通过观测资料分析，可以一定程度上帮助评判工程事故的原因、程度和危害，为事故鉴定及责任划分提供依据。第一节 水工建筑物安全监测概述大坝溃坝案例介绍 板桥水库（1975.8.8）史上最严重溃坝 1975年八月，河南省南部驻马店地区出现暴雨，板桥水库和石漫滩水库两座大型水库及竹沟、田岗等数五十八座中小型水库几乎同时溃

26、坝，遂平、西平、汝南、平兴、新蔡、漯河，临泉七个县城被水淹数米深，共29个县市受灾，涉及一千二百万人，毁房680余万间，冲毁京广线铁路一百多公里，京广线中断18天，影响正常通车48天，直接经济损失约为100亿。有多少人死于这次水库溃坝灾难，有各种不同的说法，有代表的有如下一些：全国政协委员和政协常委乔培新、孙越崎、林华、千家驹、王兴让、雷天觉、徐驰和陆钦侃揭露，死亡人数达23万人；孟昭华和彭传荣编的中国灾荒史中载录，板桥水库和石漫滩水库垮坝失事，1029万人遭受毁灭性的水灾，约有十万人当即被洪水卷走；中国科学院大气物理研究所的研究员蔡则怡和赵思雄说，死亡近十万人；中国科学院著名的气象学家陶诗言

27、写到，死亡人数达数万人；板桥水库重新修建碑文中刻有，卷走数以万计人民的生命财产；水利部减灾研究中心研究员刘树坤和程晓陶没有直接提供死亡人数，只指出人员伤亡惨重。溃坝具体过程溃坝具体过程第一节 水工建筑物安全监测概述大坝溃坝案例介绍 板桥水库在河南境内，4.5m 高的粘土心墙砂壳坝，是“75.8”暴雨中溃决的一座大型水库。遭遇历史罕见暴雨洪水，1975年8月8日1时30分溃决，造成巨大灾难。在国内外的大坝安全管理领域有重大影响，并深远影响了我国的水库管理、防洪标准、除险加固等一系列大坝安全工作。第一节 水工建筑物安全监测概述大坝溃坝案例介绍 河道堤防漫溢决口溃坝后的板桥水库溢洪道第一节 水工建筑

28、物安全监测概述大坝溃坝案例介绍 京广铁路遂平段，50吨的火车车厢被冲走5公里，铁轨被扭成麻花形第一节 水工建筑物安全监测概述大坝溃坝案例介绍 板桥水库溃坝最高水位铭石板桥水库复建纪念碑第一节 水工建筑物安全监测概述大坝溃坝案例介绍 沟后水库（1993.8.27）小水库大灾害 沟后水库是一座小（1）型水库，位于青海省海南州共和县境内，71m高的混凝土面板砂砾石坝。由于坝顶防渗体系的隐患，库水自坝顶防浪墙与面板接缝进入坝体，造成顶部坝体湿陷及渗透破坏，于1993年8月27日溃决，使下游的海南州州府所在地恰卜恰镇等遭受重创。小水库也会出大问题，此次事故使人们重新审视小型水库的安全与管理问题第一节 水

29、工建筑物安全监测概述大坝溃坝案例介绍 大路沟水库（2001.10.3）白蚁危害的溃坝韩非子.喻老（公元前233年）：“千里之堤，溃于蚁穴”大路沟水库是一座由县水利局管理的小（1）型水库，位于四川省会理县黎溪区河口乡境内，43.95m高的均质土坝。因白蚁危害，2001年10月3日9时许发生垮坝事件，造成重大人员伤亡。溃坝前的大坝坝后长满了 60100cm高的杂草，其巡视检查之虚设、工程管理之懈怠可见一斑。第一节 水工建筑物安全监测概述第一节 水工建筑物安全监测概述大坝溃坝案例介绍 小海子水库（2007.4.19）加固项目完工后溃坝 小海子水库位于甘肃高台县南华镇小海子村境内。19日12时10分，

30、小海子水库下库突然发生决口，当时下库蓄水约280万立方米，决口大坝长约30米，最大流量约90立方米秒。第二节 安全监测系统设置监测系统的意义 工程安全监测在中国水电事业中发挥着重要作用，已成为工程设计、施工、运行管理中不可少的组成部分。概括起来工程监测具有如下几个方面的作用：(1)了解建筑物在荷载和各种因素作用下的工作状态和变化情况，据以对建筑物质量和安全程度作出正确判断和评价，为施工控制和安全运行提供依据。(2)及时发现不正常的现象，分析原因，以便进行有效的处理，确保工程安全。(3)是检验设计和施工水平，发展工程技术的重要手段。第二节 安全监测系统监测系统的构成 1.系统总体结构监测分析评价

31、预报系统由几个相互依存的子系统组成。（1）数据采集接口。系统与监测数据自动采集硬件部分用数据采集接口相连。（2）数据库系统。包括设计、施工、运行期间所有数据和资料以及正分析和反分析的成果的存储。（3）预处理系统。是将监测量转换为效应量，并予评判识别。对仪器的稳定性进行判断，对监测资料的误差进行校验，对实测资料进行实变值识别，趋势变化识别和异常识判。（4）资料整编系统。各种原始数据和各种分析成果，专家系统的意见等材料经过审查、考证、编辑、综合整理形成系统化、图表化的成果。（5）图形/图象系统。各类图形、图表的存储和查询。（6）模型库系统。这些模型用来拟合与说明大坝工作性状，并预测预报大坝的未来状

32、况。（7）分析/算法库系统。包括安全监测分析评价预报系统可能用到的各种分析/算法（8）知识库系统。是用于知识信息的存储和查询的计算机软、硬件系统。（9）综合分析推理系统。系统的功能包括数据流程设计，直线分析，成因分析，专家综合分析和决策支持等模块设计，系统能够对监测资料进行正、反分析，对不安全因素进行综合评判，辅助决策和工程安全度综合评价。（10）预报预测系统。建立预报模型，进行仿真分析，对可能遇到的某些突发性突灾害进行预报，并提供辅助决策及应急措施。（11）总控和实时监控：总控平台可以实现实时监控的全部功能，实现综合分析推理。实时分析大坝的性状和变化，达到实时控制系统的目标。第二节 安全监测

33、系统监测系统的构成2.网络结构（1）电缆监测系统的不同部位和不同仪器需要联接不同规格的电缆。（2）传感器包括渗压计、渗流量计、垂线仪、倾斜仪、测缝计、多点位移计、锚杆应力计、钢筋计、应变计、温度计等各种仪器。应选择其中对监控工程安全起重要作用且人工观测又不能满足要求的关键测点纳入自动化观测系统，同时所有被纳入自动化系统的仪器都应预先经过现场观测值的可靠性鉴定，证明其工作性态正常。（3）测控单元分布设置于各测点群的近处，具有分组汇集的切换作用及一定的测量控制功能，同时可将电模拟量转换为数学量的模拟数字。转换功能的测控装置（MCU），也称数据采集单元（DAU）。（4）采集站由测控单元组成并根据仪器

34、分布情况决定其布置，一般设在较集中的仪器测点附近。（5）监测分站一般根据建筑物规模及布置情况决定，如大坝泄水道、电站等可分别设置分站，应避免强电磁干扰。如系统规模较小也可不设分站。（6）监测总站一个工程设一个总站，即现场安全监控中心（7）管理中心即枢纽管理局或需要远传观测数据的上级领导单位。第二节 安全监测系统监测系统的构成3.系统联接 （1）数据采集布置形式 集中式：是将传感器通过集线箱或直接连接到采集器的一端进行集中观测。在这种系统中，不同类型的传感器要用不同的采集器控制测量，由一条总线连接，形成一个独立的子系统。系统中有几种传感器，就有几个子系统和几条总线。所有采集器都集中在主机附近，由

35、主机存储和管理各个采集器数据。分布式：分布式系统是把数据采集工作分散到靠近较多传感器的采集站（测控单元）来完成，然后将所测数据传送到主机，这种系统要求每个观测现场的测控单元应是多功能的智能型仪器，能对各种类型的传感器进行控制测量。在这种系统中，采集站一般置在较集中的测点附近。（2）数据流程 系统数据流程是根据用户命令，监测数据自动采集系统（硬件）自动采集数据，通过数据接口进入本系统数据库系统中的自动采集数据库，人工采集数据、检查数据、监测仪器考证数据和工程概况数据，用人工输入各自的数据库。这些数据库可以直接在计算机屏幕显示或打印；亦可通过预处理系统进行误差识别、常数据识别和疑点识别，若无疑点，

36、可进入整编数据库，若存在疑点，则进行成因分析，整编数据可以输出，也可以运行图形、图像代理，整编数据形象地用图形表示输出或存入图形/图像库。调用知识库、模型库、分析和算法库中的知识，模型和分析算法进行各项分析，然后运用专家知识和判别标准进行综合分析，提供辅助决策。整编资料也可以通过调用模型库的预测预报模型进行预测预报。上述综合分析，辅助决策和预测预报成果可以直接输出，指导工程安全运行或进入生成数据库，再以成果报告形式提供给用户。第二节 安全监测系统监测系统的构成4.系统功能（1）传感器感应大坝变形、渗流、应力、温度等各种物理量，将模拟量数字量脉冲量，状态量等信号输送到采集点。传感器种类可分为电阻

37、式、电感式、电容式、振强式、调步式、压阻式、变压器式、电位器式等。（2）采集站1）根据确定的观测参数、计划和顺序进行实际测量计算和存储，并有自检、自动诊断功能和人工观测接口。除与主机通讯外，还可定期用便携式计算机读取数据。2）根据确定的记录条件，将观测结果及出错信息与指定监测分站或其他测控单元进行通信。3）检测指定的报警条件，一旦报警状态或条件改变，则通知指定的监测分站。4）将所有观测结果保存在缓冲区中，直到这些信息被所有指定监测分站明确无误地接收完为止。5）管理电能消耗，在断电、过电流引起重启动或正常关机时保留所有配置设定的信息，并可防雷、抗干扰、防尘、防腐和适用于恶劣温度环境。6）采集系统

38、的运行方式主要分中央控制式（应答式）及自动控制式（自报式），必要时也可采用任意控制式。第二节 安全监测系统监测系统的构成（3）监测分站1）系统自动启动，数据自动采集分巡测、选测、正常及加速周期等数据采集。2）输入人工读数或记录器读数，将所属测控单元内存储的数据汇集到监测分站。3）监测数据的检查校核，包括软硬件系统自身检查数据的可靠性和准确程度的检查及数字模型检查。4）数据存储、删除、插入、记录、显示、换算打印、查询及仪器位置参数工作状态显示。5）安全监控、预报及报警6）能与采集站和监测站进行数据传输，双向通讯。（4）监测总站1）除有监测分站的功能外，还具有图像显示、工程数据库及其数据管理功能。

39、2）具有较强的脱机（离线）处理功能，并备有齐全的数据分析处理软件。3）将各监测分站数据和人工监测数据汇集到总站数据库内，再次进行验证，发现异常即反馈到分站进行校核或现场检查。4）建立、标定安全监控数学模型，并进行影响因素分析及综合性的分析、预报和安全评价。5）数据远程传输及双向通讯功能。第二节 安全监测系统数据整编 监测资料的整编是指对现场采集的监测数据和巡视检查结果，以一定的形式进行加工，从而形成便于应用的监测结果，并对监测资料进行收集、整理、审定后，按一定的规格编印成册。1.日常资料的整理（1）监测资料应及时进行日常整理。日常资料整理的主要内容包括：查证原始观测数据的正确性，观测值输入计算

40、机数据库，进行观测效应量计算呢，编制报表和绘制过程线，巡视检查记录整理，考察观测效应量的变化，初步判断是否存在异常变化。（2）日常资料整理要经常，不得拖延，更不能长期积压。每次观测后就立即对原始数据进行检查校核和整理，及时进行初步分析。当发现监测原始资料有异常或确认观测效应量有异常时，应立即向主管部门报告。（3）原始资料在现场校核检验后，不得再进行任何修改。粗差的辨识和剔除必须慎重，应严格按照有关规定要求进行。经整理和整编后的监测资料和数据亦不得修改。第二节 安全监测系统数据整编2.定期资料的编印（1）监测资料应定期（一般每年一次）进行编印。定期资料编印的主要内容包括：在平时资料整理的基础上进

41、行观测效应量的统计，填制统计表格，绘制各种观测效应量的分布与相互间的相关图线，编写编印说明书等。（2）整编成果应项目齐全、规格统一、考证清楚、说明完备、方法合理、资料可靠、图表完整、数据正确。如停止或减少观测项目的资料整编和分析工作，应经上级主管部门批准。（3）全部资料的整编、分析成果应予统一编号，分类归档，由专人统一管理，保持完整，注意保密。第二节 安全监测系统数据整编3.定期资料的分析（1）监测资料应定期进行初步分析。初步资料分析主要包括：效应量变化过程分析、特征值统计分析、测值分布特征性分析、测值相关性分析、测值对比分析等。初步分析的主要目的是定性判断大坝是否存在异常状态，并初步判断出现

42、异常的情况。（2）监测资料的初步分析应结合年度监测资料整编进行，每年至少一次。遇大洪水或其他特殊情况时，也应及时进行初步分析。（3）应建立监测数学模型，对监测效应量进行定量分析。监测模型的建立，主要目的是进一步分析大坝是否存在异常状态，并分析出现异常的原因。（4）有条件时，应在年度资料整编时建立监测数学模型进行分析。大坝管理单位不具备建模条件时，应每隔一段时间（一般为5年）委托有资质的单位对监测资料进行全面、系统的分析，包括建立数学模型。（5）当监测资料积累5年以上时，应及时建立以监控模型为基础的监测效应量安全监控指标。当监测资料增加5年以上时，应及时校正监控模型和更新安全监控指标。4.监测资

43、料整编的周期监测资料整编应以日历年为整编时段，每年整编一次，在汛期前应将上一年度监测资料整编完毕。5.监测资料整编的范围整编范围应涵盖大坝各建筑物在该年的全部安全监测资料，包括仪器监测资料和巡视检查资料。第二节 安全监测系统数据整编6.刊印成册的资料编排内容刊印成册的整编资料，应按以下顺序编排（1）封面：封面应包括工程名称、整编时段、编号、整编单位、刊印日期等。（2）目录：目录应清晰明了，应让读者从目录上就能基本了解该册资料的基本内容。（3）整编说明：应包括整编时段内工程变化和运行情况，监测设施维护、检修、检验、校测以及更新改造情况；整编年度内巡视检查情况，监测实施情况；介绍监测资料的精度和可

44、靠性，监测过程中发现的问题以及对问题的分析和处理；提出对大坝安全的意见和运行管理的建议；说明整编的主持人、审核人、校核人以及参加整编的人员。（4）工程基本资料：工程基本资料应在第一次整编成册时详细介绍。以后的整编，可只在整编说明中记录工程的改造变化情况、工程运行过程中的特殊情况等。（5）监测布置：监测布置应在第一次整编成册时详细介绍。以后的整编，可只在整编说明中记录监测设施、设备的改造、更换等变化情况。第一次整编成册时，应收录监测项目和监测测点汇总表、监测测点基本资料表等。（6）监测资料初步分析成果：综述本整编时段内各监测资料分析的主要成果包括分析内容和方法、结论、建议等。（7）监测资料整编图

45、表：年度监测资料应以表格的形式，按监测项目（环境量、变形、渗流、应力应变、温度）的顺序汇总。每个项目中，监测资料汇总表在前，整编图在后，必要时，整编图的取值时段可向前适当延长。巡视检查结果的整编资料，放在仪器监测资料之后。（8）封底：封底起到保护整编成果的作用，也是每册整编资料结束的标志。第二节 安全监测系统数据整编7.整编资料的质量要求 整编成果质量应达到项目齐全、规格统一、考证清楚、说明完备、方法合理、资料可靠、图表完整、数据正确。成果表中应没有较大的或系统的错误，一般性小错的差错率应不超过数据量的二分之一。整编成果除开印成册外，包括封面、扉页、目录、说明、原始数据、成果表、曲线图等，均应

46、存入计算机的磁盘、光盘保存。整编所依据的原始资料（包括现场埋设及观测记录等），应打印分册装订存档。第二节 安全监测系统几种典型监测数据计算1.视准线、引张线及激光准直法实测水平位移计算方法（1）当视准线、引张线及激光准直的工作基点（基墩）为相对不动点时，实测水平位移按下式计算：=xi-x0式中：为视准线、引张线及激光准直实测水平位移，mm；xi为视准线、引张线或激光准直本次读数值；x0为视准线、引张线或激光准直初始测值，即基准测值，初始观测时间称为基准时间。（2）当视准线、引张线或激光准直的端点不是相对不动点时，实测水平位移应计入端点的位移。视准线、引张线或激光准直的实测水平位移按下式计算：j

47、=j+K(L-R）+R j=xi-x0 K=Sj/D式中：L为视准线、引张线或激光准直左侧基墩处垂线实测水平位移，mm；R为视准线、引张线或激光准直右侧基墩处垂线实测水平位移，mm；j为视准线、引张线、准直测点j的相对于基准时间的相对水平位移，mm；x0为视准线、引张线或激光准直测点j的初始测值(基准测值)；xj为视准线、引张线或激光准直测点j的本次测值；D为视准线、引张线或激光准直两基墩间的距离，m；sj为视准线、引张线或激光准直测点j至右基墩的距离，m。第二节 安全监测系统几种典型监测数据计算(3)小角度法 用小角度法观测水平位移，所用观测仪器、工作基点、位移标点等设备与视准线相同，觇标则

48、只需要固定觇标。先将经纬仪安置在工作基点A，与后视B点，构成视准线AB，前视位移标点ao，读出Aao方向线与视准线AB之间的夹角ao，由于ao一般均较小，故ao点偏离视准线AB的距离aao可近似地按下式计算：式中 aaoao点偏离视准线AB的距离（mm）；Sa位移标点a距工作基点A的距离（m）；aaoAao方向线与视准线AB的夹角（）；令则因此位移标点a的位移量（即a1点的偏移值）为式中aa1建筑物变形后Aa1方向线与视准线AB的夹角（）第二节 安全监测系统几种典型监测数据计算2.渗压系数计算方法 渗压系数是描述混凝土坝坝基渗流状况的一个重要参数，是判断坝基渗流稳定性、坝基地质条件变化情况以及

49、坝基防渗帷幕效果的一个重要指标。根据坝基扬压水位计算坝基渗压系数可分为两种情况。（1）当下游有水时：i=Hi-H2/H1-H2式中：i为测点i的渗压系数；H1为上游水位，m；H2为下游水位，m；Hi为测点i的实测扬压水位，m。（2）当下游无水时：i=Hi-H3/H1-H3式中：i为测点i的渗压系数；H1上游水位，m；H3 为测点处建基面高程，m；Hi为测点i的实测扬压水位，m。第二节 安全监测系统大坝安全监测案例法国马尔巴塞（Malpasset）拱坝的失事 法国马尔巴塞拱坝坝顶高程102.55m，顶部弧长223m。拱坝于1954年末建成并蓄水，库水位上升缓慢。历经5年至1959年11月中旬，库

50、水位达到95.2m，于1959年12月2日突然溃决失事。第二节 安全监测系统大坝安全监测案例 蓄水后，坝址下游20m、高程80m处有水自岩石中流出，已经开始引起了人们的注意。1959年12月1日下了一场大雨，到2日晨，库水位猛增到100m。当日下午，工程师们到大坝视察，研究如何防止渗水的不利作用。因未发现大坝有任何异常，决定下午6点开闸放水，降低库水位。开闸后未发现任何振动现象。管理人员晚间对大坝继续进行了反复巡视，亦未见任何异常现象，于近21点离开大坝。当人们刚刚离开坝区后的21点20分，大坝突然溃决。大坝剧烈颤动，随之听到类似动物吼叫的突发巨响，然后感到强烈的空气波。最终他们看到巨大的水墙