（電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)論文）蓮花大壩滲流計(jì)算機(jī)監(jiān)測及觀測數(shù)據(jù)分析.pdf

a b s t r a c t t i t l e ：t h es e e p a g ec o m p u t e rm o n i t o r i n ga n dt h em o n i t o r i n gd a t e a n a l y z i n go fu a n h u ad a m m a j o r ：e l e c t r i c a lp o w e rs y s t e ma n d a u t o m a t i o n n a m e = r e n l l a n gu u s i g n a t 咐也亟燦 s i g n a 仙r e ：洫州 p r o f c h u n x l a n gz h u s i g n a t u r e ： t h i sp a p e rd i m e st h ew a yt od e s i g nt h es e e p a g em o n i t o r i n gs y s t e mo ft h ed a m , a n d s i m u l a t e st h es e e p a g eo fd a mo nt h ep l a t f o r mo ft h ea n s y sp r o g r a m b es e e p a g em o n i t o r i n gs y s t e mc a ne d s u r ct h ed a mw o r kp r o p 盯l y a t 丘朋c l 也j 。p a p e r d i s c u s s e st h em a i nc o n t e n ta n dw a y so ft h es e e p a g em o n i t o r i n gs y s t e m o nt h el i g h to ft h e t h e o r y a n dc o m b i n e dw i t ht h el i a n h n ap o w e rs t a t i o n r e s e r v o i r , m u d a n j i a n gd t y h e i l o n g j i a n gp r o v i n c ei nt h i sp a p e rt h es e e p a g em o n i t o r i n gs y s t e mi se x p l i c a t e d , a tt h e s a m e 4 t i m et h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eh y d r a u l i ca u t o m a t i o no fl i e n h n ap o w e rs t a t i o n r e s e r v o ri nb r i e f l i a n h n ap o w e rs t a t i o nr e s e r v o i ri sc o m l x 粥e do fam a i nd a m 。a na u x i l i a r y d a m ，f l o o dd i s c h a r g eg a t e s ，aw a t e rt r a n s p o r th o l ea n dap o w e rs t - a f i o n u s i n gt h ed i s t r i b u t e d d a ms a f e t ym o n i t o r i n gs y s t e m ，t h ed a ms e e p a g ep r e s sa n dw a t e rl e v e la r er e n l t i m ec o l l e c t e d b ys f m ；o t 8 p l ct e c h n o l o g yi se m p l o y e dt oc o n t r o lt h eg a t e sa u t o m a t i c a l l y t h er e s e r v o i r i m p o r t a n tf a c i l i t i e sa r em o n i t o r e dt h r e g ht h ei m a g e sm o n i t o r i n gs y s t e m t h em o n i t o r i n g d a t a 矗蛐a l ls u b s y s t e m sa s e n tt ot h ec e n t e rs t a t i o nb yc a b l e sa n dt h e n a l y z e di n c o m p u t e r s ，w h i c hr e a l i z e st h ea u t o m a t i cm a n a g e m e n to ft h i sr e s e r v o i r t h ea p p l i c a t i o no f t h i sa u t o m a t i o ns y s t e mw i l le n h a n c et h er e s e r v o i ri n f o r m a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m s e c o n d l y , t h ep a p e re x p l a i n st h es o f tp r o g r a m so ft h es e e p a g em o n i t o r i n gs y s t e m 。w e g i v et h ep r i n c i p l e sa n df l o wc h a r t so ft h es o f tp r o g r a m s t h ef u n c t i o n so ft h ep r o g r a m sa r c i n t r o d u c e di nt h i sp a p e r a tl a s t , a c c o r d i n gt oc o m p a r i s o no ft h ef u n d a m e n t a le q u a t i o n sa n db o u n d a r yc o n d i t i o n s , t h ea n s y sf u n c t i o no ft e m p e r a t u r ef i e l da n a l y s i si sa p p l i e dt ot h a to fs e e p a g ef l o wf i e l d , t h e e l e m e n tb i r t ho rd e a t ht e c h n i q u ew i t ho v e r l a pm e t h o dj sa d o p t e dt oc a l c u l a t et h ef r e ew a t e r s u r f a c es h e - s a t u r a t i o nl i n e , i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo fe a r t hd a ms e e p a g ef l o w 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 s t a b i l i t y t h i sm e t h o d 鋤s o l v et h es e e p a g ef l o wp r o b l e mo fc o m p l e xb o u n d a r i e sa n d m e d i u m s k e yw o r d s ：s e e p a g e ；t h ef i n i t ee l e m e n t ；d a mm o n i t o r i n g ；h y d r a u l i ca u t o m a t i o n , d a t a , b i r t h o rd e a t he l e m e n t 獨(dú)創(chuàng)性聲明 秉承祖國優(yōu)良道德傳統(tǒng)和學(xué)校的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)鄭重申明：本人所呈交的學(xué)位論文是我個 人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除特別加以標(biāo)注和致謝的地 方外，論文中不包含其他人的研究成果。與我一同工作的同志對本文所論述的工作和成 果的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并已致謝。 本論文及其相關(guān)資料若有不實(shí)之處，由本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任 本人 論文作者簽名：主叢j 之丑年 月日 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 在導(dǎo)師的指導(dǎo)下創(chuàng)作完成畢業(yè)論文。本人已通過論文的答辯，并 已經(jīng)在西安理工大學(xué)申請博士碩士學(xué)位。本人作為學(xué)位論文著作權(quán)擁有者，同意授權(quán) 西安理工大學(xué)擁有學(xué)位論文的部分使用權(quán)，即：1 ) 已獲學(xué)位的研究生按學(xué)校規(guī)定提交 印刷版和電子版學(xué)位論文，學(xué)校可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存研究生上交的 學(xué)位論文，可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編人有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索；2 ) 為教學(xué)和 科研目的，學(xué)?？梢詫⒐_的學(xué)位論文或解密后的學(xué)位論文作為資料在圖書館、資料室 等場所或在校園網(wǎng)上供校內(nèi)師生閱讀、瀏覽。 本人學(xué)位論文全部或部分內(nèi)容的公布( 包括刊登) 授權(quán)西安理工大學(xué)研究生部辦 理。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后，適用本授權(quán)說明) 論文作者簽名：速l6 蘭耋。導(dǎo)師簽名： 幽夕批月夕日 第1 章緒論 1 緒論 1 1 大壩安全監(jiān)測的重要意義及主要內(nèi)容 在人類發(fā)展的過程中，水利資源的開發(fā)和利用越加被人們所重視，合理開發(fā)水力資源、 充分利用水資源己成為加快生產(chǎn)力發(fā)展、提高人民生活水平、節(jié)約自然能源、維持生態(tài)平 衡的有效途徑。因此，自1 9 世紀(jì)末世界各國不同程度的開發(fā)本國的水利資源，興建水庫、 水利樞紐等，通過大壩蓄水，修建電站，航道、渠道等不斷創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 盡管大壩在設(shè)計(jì)時采用了一定的安全系數(shù)，使壩能安全承擔(dān)所考慮的各種荷載組合，但是 由于設(shè)計(jì)中不可能對壩的工作條件及承載能力做出完全準(zhǔn)確的估計(jì)，施工質(zhì)量也不可 能完美無缺，壩在運(yùn)用過程中還可能發(fā)生某些不利的變化，因此國內(nèi)外仍有一些壩曾出現(xiàn) 失事。如美國6 3 m 高的圣佛朗西斯( s t f r a n c i s ) 重力壩1 9 2 8 年破壞；9 3 m 高的提堂( t e t o n ) 土壩1 9 7 6 年潰決；法國6 7 m 高的馬爾巴塞( m o l 西a s s e t ) 拱壩1 9 5 9 年垮壩；意大利2 6 2 m 高的瓦 依昂( v a j o n t ) 拱壩1 9 6 3 年因庫岸大滑坡導(dǎo)致涌浪翻壩且水庫淤滿失效；我國板橋和石漫灘 兩座土壩1 9 7 5 年洪水漫壩失事等，都是一些典型的事例。根據(jù)國際大壩委員會( i c 釓d ) 對 3 3 個國家的統(tǒng)計(jì)，1 4 7 萬座大壩中有1 1 0 5 座有惡化現(xiàn)象，有1 0 5 座壩發(fā)生了破壞由此可 見，保證大壩安全是一個十分重要的實(shí)際的問題，有效的監(jiān)測水庫大壩韻運(yùn)行，及時發(fā)現(xiàn) 壩體的漏洞秘破壞，能夠保證水庫下游人民的生命財產(chǎn)和社會的利益1 1 | l 大壩安全監(jiān)測( s a f e t ym o n i t o r i n go fd a m s ) 是通過儀器觀測和巡視檢查對大壩壩體、 壩基、壩肩、近壩區(qū)岸坡及壩周圍環(huán)境所作的測量及觀察。這里。大壩”可以泛指與大壩 有關(guān)的各種水工建筑物?！氨O(jiān)測”既包括對壩固定測點(diǎn)一定頻次的儀器觀測，也包括對大 壩外表及內(nèi)部大范圍對象的定期或不定期的直觀檢查和儀器探查 1 1 2 大壩安全監(jiān)測的目的及意義 大壩安全監(jiān)測的首要目的是掌握壩的實(shí)際性狀，為判斷大壩安全提供必要信息。大壩 安全監(jiān)測可以及時獲取第一手的資料來了解壩的工作性態(tài)，為評價大壩狀況和發(fā)現(xiàn)異常跡 象提供依據(jù)，從而可以制訂適當(dāng)?shù)乃畮炜刂七\(yùn)用計(jì)劃及壩的維護(hù)修理措旖來保障大壩安 全，在發(fā)生險情時還可發(fā)布警報減免事故損失。因此大壩安全監(jiān)測是保證大壩安全的重要 措施，是壩工建設(shè)和運(yùn)行管理中非常必要、不可或缺的一項(xiàng)工作。 ， 大壩監(jiān)測除了作為判斷安全的耳目以外，還是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工的重要手段由于實(shí)際 情況的復(fù)雜性和壩工科技水平的限制，至今大壩設(shè)計(jì)理論還不夠成熟和完善，一些設(shè)計(jì)前 提帶有某種程度的假定性，若干因素只能簡化地加以考慮，作用于結(jié)構(gòu)上的某些荷載還不 西安理工大學(xué)工程顧士學(xué)位論文 能準(zhǔn)確算出，對結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、發(fā)展過程、安全界限等的認(rèn)識都不夠清楚和準(zhǔn)確，壩體和 壩基各部位的物理力學(xué)參數(shù)更難以精確給定。而大壩監(jiān)測項(xiàng)目全、測點(diǎn)多，觀測頻次密、 跨越時期長，能體現(xiàn)現(xiàn)場復(fù)雜的實(shí)際條件及反映出壩的真實(shí)狀態(tài)，因此可以作為檢驗(yàn)設(shè)計(jì) 方法、計(jì)算理論、施工措施、工程質(zhì)量、材料性能等的有效手段乜。它可以改變和加深 人們對壩工有關(guān)問題的認(rèn)識，開發(fā)更合理的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，改善設(shè)計(jì)和施工，從而促進(jìn)壩工學(xué) 科的發(fā)展。 1 1 3 大壩安全監(jiān)蒲的主要內(nèi)容 - 主要監(jiān)測項(xiàng)目 不同級別的大壩要求監(jiān)測的項(xiàng)目有所不同i 對于一級和二級大壩，儀器監(jiān)測主要有下 列項(xiàng)目： 工作條件監(jiān)測：包括壩上、下游水位，庫水溫，氣溫，壩前淤積，下游沖淤等監(jiān)測 滲流監(jiān)測：包括滲流量，繞壩滲流，滲水透明度及化學(xué)分析，混凝土壩的揚(yáng)壓力， 土石壩的浸潤線、壩基滲水壓力、導(dǎo)滲降壓等監(jiān)測。 變形監(jiān)測：包括水平位移和垂直位移，接縫和裂縫，混凝土壩的撓度和傾斜，土石 埂的廚締等濫鍘。 應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測：包括混凝土壩的混凝土應(yīng)力、應(yīng)變，鋼筋應(yīng)力，鋸管、蝸殼 的鋼板應(yīng)力，混凝土溫度、壩基溫度，土石壩的孔隙水壓力、土壓( 應(yīng)) 力等監(jiān)測 其他監(jiān)測：包括近壩區(qū)岸坡穩(wěn)定，局部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變，壩體地震反應(yīng)，水力學(xué) 項(xiàng)目等盥測。 以上列出的監(jiān)測項(xiàng)目可根據(jù)具體的壩型、壩體的工作條件等需要分別選設(shè) b 主要檢查項(xiàng)目 施工期及運(yùn)行期，各級大壩均需進(jìn)行巡視檢查 混凝土壩有下列主要檢查項(xiàng)目n 1 ： 壩體：相鄰壩段間的錯動情況，伸縮縫開合及止水情況，壩面、廊道壁、寬縫內(nèi)表 面的裂縫及漏水情況，混凝土有無破損、溶蝕及侵蝕現(xiàn)象，捧水孔工作狀態(tài)，滲水量和水 質(zhì)有無顯著變化等。 壩基和壩肩：基礎(chǔ)巖體有無擠壓、錯動、松動、鼓出，壩體與基巖結(jié)合處有無錯動、 開裂、脫開、漏水，壩肩有無裂縫、滑坡、溶蝕、繞滲，壩基捧水設(shè)施工作是否正常，滲 水水量及渾濁度有無顯著變化等 引水和泄水建筑物：進(jìn)水設(shè)施有無淤堵、損壞，泄水建筑物有無裂縫及損傷，消能 設(shè)旆有無磨損、沖蝕，下游河床及岸坡沖淤情況等 其他：近壩區(qū)岸坡地下水露頭變化情況，岸坡裂縫變化情況，閘門及門槽、支座、 止水情況，啟閉設(shè)旌能否應(yīng)急啟動工作電氣控制系統(tǒng)及備用電源能否正常工作等 土石壩主要檢查項(xiàng)目有： 2 第1 幸緒論 壩體有無裂縫、滑坡、塌陷、坍坑、表面沖蝕、坡腳凸起 背水坡及壩腳有無散浸、漏水、管涌、流土、沼澤化現(xiàn)象 泉眼、減壓井、反濾摔水溝等的滲水有無異常變化，滲水是否渾濁或帶色 塊石護(hù)坡有無松動、翻起、塌陷、墊層流失、架空 表面排水有無損壞或淤積 有無害蟲( 白蟻) 、害獸( 鼠，罐等) 活動痕跡等 c 監(jiān)測和檢查次數(shù) 儀器觀測的測次因項(xiàng)目和階段而異。第一次蓄水前及第一次蓄水后頭五年運(yùn)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：經(jīng)過第一次蓄水且運(yùn)行 超過五年以后，一般每月一次至每季一次。各時期上下游水位及氣溫每日均需觀酒。內(nèi)部 觀測的傳感器在埋設(shè)后頭一個月內(nèi)要加密測次，間隔從4 h ，8 h ，2 4 h 到5 d ，以后逐漸轉(zhuǎn)入 常規(guī)頻次如遇地震、大洪水及其它異常情況，應(yīng)適當(dāng)增加測次自動化監(jiān)鍘項(xiàng)目測次可 適當(dāng)加密。經(jīng)過長期運(yùn)行后，可通過鑒定對測次作適當(dāng)調(diào)整 巡視檢查分為日常巡查、年度巡查及特殊巡查三類。日常巡查在施工期宜每周一次： 水庫第一次蓄水或提高水位期間每1 2 天一次，正常運(yùn)行期間每月不少于一次，汛期特別 是高水位期應(yīng)加密檢查次數(shù)：年度巡查應(yīng)每年2 3 次，在汛前、汛后及高水位、低氣溫時進(jìn) 行；特殊巡查在發(fā)生有感地震或大洪水以及其他特殊情況下立即進(jìn)行 1 2 大壤安壘鏊瓣的現(xiàn)狀 大壩監(jiān)測是順應(yīng)大壩安全的需要并隨著壩工建設(shè)的進(jìn)展而發(fā)展起來的，可劃分為三個 階段。第一階段是從遠(yuǎn)古到1 9 世紀(jì)末，是早期階段筑壩材料是土石，對壩的監(jiān)測、了解 只是外表觀察、感性認(rèn)識。第二階段是本世紀(jì)初到5 0 年代末，是發(fā)展階段。壩工理論逐漸 形成體系，混凝土壩大量建成，當(dāng)?shù)夭牧蠅我灿泻艽蟀l(fā)展。為監(jiān)測混凝土壩的揚(yáng)壓力普遍 安設(shè)了測壓管：為測定水平位移和垂直位移出現(xiàn)了三角測量法、視準(zhǔn)線法和精密水準(zhǔn)法： 以后又出現(xiàn)了觀測大壩撓曲的垂線法和觀測傾斜的靜力水準(zhǔn)法：1 9 1 9 年謝弗( s c h a e f e r o z o ) 首創(chuàng)了弦式儀器：1 9 3 2 年卡爾遜( r 霄c a l s o n ) 發(fā)明了差動電阻式儀器。此后許多壩 埋設(shè)了上述電測儀器，開展了壩內(nèi)溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、接( 裂) 縫張合和孔隙壓力等觀測項(xiàng) 目。到5 0 年代，大壩觀測已形成較齊全的體系，壩的各主要觀測項(xiàng)目都有了成型的觀測儀 器，光學(xué)的、機(jī)械的和電測的方法得到了普遍應(yīng)用。這一階段取得了大量監(jiān)測資料，對實(shí) 測值與設(shè)計(jì)值及實(shí)測值與模型試驗(yàn)值之間作了許多比較一些設(shè)計(jì)計(jì)算方法如拱壩試載 法、重力壩壩基揚(yáng)壓力計(jì)算法等被觀測資料所驗(yàn)證而得到肯定和推廣。第三階段是6 0 年代 以來的成熟階段1 。新建的高壩、大庫迅速增加。許多壩建筑在復(fù)雜地形、地質(zhì)條件下。 涌現(xiàn)了一些新的結(jié)構(gòu)形式和新的施工方法，壩工建設(shè)對大壩監(jiān)測提出了更高的要求。這一 3 西安理工大學(xué)工程項(xiàng)士學(xué)位論吏 階段大壩監(jiān)測的對象從壩體及壩基淺部擴(kuò)展到壩基深處及近壩區(qū)更大范圍，對地基、壩肩 及岸坡的觀測給予了更多的重視，出現(xiàn)了觀測深部巖體變形的多點(diǎn)位移計(jì)、滑動測斜儀等 新儀器。觀測技術(shù)向更高水平發(fā)展，自動化和半自動化儀器逐漸取代了手工觀測儀器。大 壩監(jiān)測從逐個單點(diǎn)就地觀測發(fā)展為遙測、遙控、+ 自動成批地觀測，采用了與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相 連結(jié)的自動化監(jiān)測系統(tǒng)。在監(jiān)測資料分析上普遍應(yīng)用了數(shù)學(xué)模型技術(shù)。正分析和反分析方 法都有不少進(jìn)展，監(jiān)控指標(biāo)的建立被深入研究，不少壩建立了監(jiān)測數(shù)據(jù)庫或監(jiān)測信息系統(tǒng)， 基于監(jiān)測資料的大壩實(shí)際性態(tài)研究取得了豐富成果，有的壩己實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離在線實(shí)時監(jiān)控 1 日 1 2 2 國內(nèi)、外大壩安全i 盛瓣現(xiàn)狀 長期以來，世界各國科學(xué)家對大壩安全監(jiān)測事業(yè)的發(fā)展作出了不懈的努力，為壩工事 業(yè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。美國的大壩安全協(xié)會一直強(qiáng)調(diào)，為了盡早預(yù)知和防止發(fā)生事故。對 大壩進(jìn)行監(jiān)測是絕對必要的只有通過對每一結(jié)構(gòu)的仔細(xì)檢測，才能察覺出事故的苗頭 意大利的報告認(rèn)為，對大壩作安全評估，主要在于把監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型預(yù)測的數(shù)據(jù)作比 較，這樣得出的評估才是客觀、合理和迅速的。澳大利亞報告強(qiáng)調(diào)了監(jiān)測對大壩安全的重 要性，尤其是對較老的大壩，監(jiān)測資料可說明壩的實(shí)況與最新的安全準(zhǔn)則相符合的程度。 法國的報告將大壩監(jiān)測的首要目j 標(biāo)列為檢驗(yàn)壩的安全，以對壩不失時機(jī)地進(jìn)行妥善維護(hù)， 防止發(fā)生損壞和事故奧地利的報告認(rèn)為，壩的安全不僅取決于設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，還取決 于在整1 ：運(yùn)行期間的維護(hù)和監(jiān)測，為了評價一座壩的狀況，需要合理地設(shè)計(jì)和運(yùn)用監(jiān)測系 統(tǒng)，以獲取有關(guān)壩性態(tài)的精確資料。日本的報告指出，對于確保大壩及其地基的安全而言， 最有效的是監(jiān)測大壩初次蓄水對的滲漏和變形，對大壩安全性的評價應(yīng)根據(jù)常規(guī)連續(xù)實(shí)測 資料的精確記錄得出葡萄牙報告認(rèn)為，安全監(jiān)測始于設(shè)計(jì)階段，并應(yīng)貫穿于壩的施工、 運(yùn)行的整個壽命期。加拿大報告認(rèn)為，監(jiān)測的目的是取得壩在施工期、初次蓄水期和運(yùn)行 期的資料，以評價壩的特性，發(fā)現(xiàn)異常趨勢，采取合適的補(bǔ)救措施?？傊?，各國都將監(jiān)測 列為大壩建設(shè)和運(yùn)行管理中一項(xiàng)必不可少的工作，并把它放在一個十分重要的地位 我國的大壩監(jiān)畏l 起步于5 睥代，建國初期，我國開始在永定河上官廳水庫和淮河上南 灣、薄山等大型水庫土石壩上進(jìn)行水平位移、垂直沉降，分層固結(jié)和浸潤線等項(xiàng)目的觀測： 與此間時、在第二松花江上豐滿和位于淮河上的佛子嶺、梅山以及上猶江、流溪河水庫等 混凝土壩設(shè)了溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)等儀器。6 0 年代初期，我國已在大型土石壩中設(shè)置了孔隙水 壓力、減壓并水位、滲流量、繞壩滲流量、基礎(chǔ)滲透壓力、滲水渾濁度和波浪等觀測項(xiàng)目， 并在混凝土壩中設(shè)置了傾斜、撓度、揚(yáng)壓力、滲流量、滲透壓力、鋼筋應(yīng)力、接縫開度和 鋼管應(yīng)力等項(xiàng)日”。 4 0 年來特別是近十余年來安全監(jiān)測有了很大發(fā)展。大中型混凝土壩及大型土壩一般都 設(shè)置了監(jiān)測系統(tǒng)，配備了專職人員進(jìn)行常年觀測，先后成立了電力工業(yè)部大壩安全監(jiān)察中 心、水利部大壩安全監(jiān)測中心、中國水力發(fā)電學(xué)會大壩安全監(jiān)測專業(yè)委員會、全國大壩安 4 第1 章緒論 全監(jiān)測信息網(wǎng)等全國性歸口管理機(jī)構(gòu)或?qū)W術(shù)組織。同時，一些科研單位、工廠和大壩管理 單位進(jìn)行觀測儀器的研制和生產(chǎn)，使觀測儀器從依靠進(jìn)1 3 達(dá)到自給。隨著觀測工作的發(fā)展， 也編制了觀測技術(shù)手冊、觀測資料分析和整編辦法) ，出版了混凝土壩內(nèi)部觀測 ( - i - _ 石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 和水工建筑物觀測工作手冊等書8 0 年代末和9 0 年代初， 為適應(yīng)觀測工作的需要，先后又編制廠混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范( 試行) 、士石 壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范) 以及土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程) ，進(jìn)一步加強(qiáng)了大壩觀測工 作，并取得顯著成績 經(jīng)過不斷改進(jìn)，我國己能生產(chǎn)各種大壩觀測儀器及自動化監(jiān)河系統(tǒng)，其中有的已達(dá)到 國際領(lǐng)先或先進(jìn)水平。我國一些高等學(xué)校和科研、設(shè)計(jì)單位致力于大壩安全監(jiān)測技術(shù)及分 析理論、方法的研究，取得了不少新成果目前正在建設(shè)的長江三峽水利樞紐工程，其大 壩安全監(jiān)測的規(guī)模和先進(jìn)性是國際國內(nèi)前所未有的我國大壩監(jiān)測正和壩工建設(shè)同步迅速 發(fā)展，并逐漸步入這一領(lǐng)域的世界前列 采用一定的觀測儀器對大壩進(jìn)行監(jiān)測，得到的原始數(shù)據(jù)往往只能展示直觀想象，必須 從繁多的觀測數(shù)據(jù)中找出問題的關(guān)鍵，必須對觀測的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分辨、解析、提煉和概 括，從中揭示事物構(gòu)在韻覿律，能夠?yàn)閴喂さ墓芾斫o出準(zhǔn)確的封斷，這就是監(jiān)測資料的分 析 觀測分析的意義重大，首先，原始觀測數(shù)據(jù)本身及隱含著大壩實(shí)際狀態(tài)盼信息，叉帶 有觀測誤差及外界偶然因素隨機(jī)作用所造成的干擾，必須經(jīng)過分析識別干擾，才能顯示出 真正的信息；其次，影響壩狀態(tài)的多種內(nèi)外因素是交織在一起的，觀測值是其綜合效應(yīng)， 為了將影響因素加以分析，找出主要因素及各個因素的影響程度，也必須對測值作出分解 和剖析：再次，只有將多種觀測量的多個點(diǎn)、多次測值放在一起綜合考慮，相互補(bǔ)充、印 證，才能了解測值在空間上和時間發(fā)展上的聯(lián)系，找出變動特殊的部位和薄弱環(huán)節(jié)，了解 變化過程和發(fā)展趨勢嘲此外，為了對大壩測值作出物理解釋，為了預(yù)測未來測值出現(xiàn) 范圍及可能的數(shù)值等。也都離不開分析工作因此，觀測數(shù)據(jù)分析是實(shí)現(xiàn)原體觀測根本目 的的最重要的一個環(huán)節(jié) 1 4 本文研究的主要內(nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容為以下幾個方面： 1 結(jié)合國內(nèi)外大壩滲流監(jiān)測的應(yīng)用，討論了大壩滲流監(jiān)測的內(nèi)容與方法大壩滲流監(jiān) 測常見的監(jiān)測項(xiàng)目有繞壩滲流、浸潤線、孔隙水壓力、揚(yáng)壓力及滲水壓力監(jiān)測等。討論 了各種儀器設(shè)備在各種大壩中的使用方法與監(jiān)測原理，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)及監(jiān)測數(shù)據(jù)的 整理，須繪制曲線的說明 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)往論文 2 以黑龍江省牡丹江蓮花電站水庫為背景，借鑒國內(nèi)外其它水庫水利自動化系統(tǒng)的實(shí) 現(xiàn)，介紹蓮花電站水庫大壩滲流自動監(jiān)測系統(tǒng)、閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)、圖像視頻監(jiān)視系統(tǒng)和 中心站建設(shè)的設(shè)計(jì)方法，為蓮花電站水庫水利信息自動化的實(shí)現(xiàn)做了初步設(shè)計(jì)。本文主要 完成了大壩滲流監(jiān)測自動化的設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)的原則、實(shí)現(xiàn)的功能、設(shè)備的選型和網(wǎng)絡(luò)的 搭建 3 針對大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，奔紹了滲流監(jiān)測系統(tǒng)中所需要使用的軟件。給出了 振弦式儀器率定程序的功能和開發(fā)流程。對系統(tǒng)中所選用的測控單元所配套的軟件也給了 介紹最后結(jié)合水庫的實(shí)際情況，開發(fā)了一套水庫的滲流監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件。 4 根據(jù)滲流基本方程及溫度場的分析控制方程及定解條件的分析，利用大型通用有限 元計(jì)算軟件a n s y s 開發(fā)平臺，將a n s y s 軟件的溫度場分析功能應(yīng)用于滲流場的分析，并采 用死活單元技術(shù)通過迭代算法計(jì)算自由水面位置( 浸潤線) ，解決了土壩滲流穩(wěn)定問題的 求解。該方法可以解決復(fù)雜邊界、多種介質(zhì)的滲流問題，為工程應(yīng)用提供極大的便利。 5 通過對蓮花電站滲流觀測數(shù)據(jù)分析，包括大壩壩基滲透壓力，總滲流量，繞壩滲流 ( 地下水位) 以及二壩滲流量和侵潤線( 測壓管) 和繞壩滲流監(jiān)測，分析大壩、二壩的安 全運(yùn)行情況 6 第2 章滲演監(jiān)測的內(nèi)容與方法 2 滲流監(jiān)測的內(nèi)容與方法 滲流安全在水利水電工程的整體安全中有著十分重要的地位，據(jù)國內(nèi)外大量統(tǒng)計(jì)資料 表明：由于滲流問題直接造成土石壩失事的比例約占3 0 4 ( p a 。土石壩是擋水建筑物，它 和滲流同時并存，有土石壩就有滲流，土石壩的發(fā)展史也就是滲流理論和滲流控制理論的 發(fā)展史哼。現(xiàn)代土工結(jié)構(gòu)及滲流分析較為合理的研究途徑應(yīng)是：有限元模型數(shù)值計(jì)算- 土工 ( 含模型) 試驗(yàn)一原型觀測檢驗(yàn)分析三位一體的綜合研究方法。因?yàn)橛邢拊治龉倘豢梢钥?慮許多實(shí)際條件，對各種影響團(tuán)素進(jìn)行研究，但土是一種非常復(fù)雜的介質(zhì)，其力學(xué)性能、 滲流特性受各種因素的影響，不易掌握，而且其本身也隨時間和空間而變，所以它的計(jì)算 模型、材料參數(shù)只能在一定程度上反映出土的實(shí)際性狀：再之，點(diǎn)式測壓管測頭的進(jìn)、出 水過程有其特殊性，計(jì)算模型是建立在假定的基礎(chǔ)上n 叫。因此，數(shù)值計(jì)算的成果有待于 實(shí)踐的檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)茉谝欢ǖ某潭壬辖沂臼挛锏谋举|(zhì)，但它畢竟是原型的模擬，具有 一定的局限性；土工試驗(yàn)由于受勘探取樣范圍及密度的限制，只能反映局部填土的性質(zhì)以 及填土的大致空間分布情況，原型觀測則是對客觀事物的直接反映本文將對原型觀測中 需要考慮的問題給予如下說明 在水庫水頭作用下，滲流繞過兩岸壩肩從下游岸坡流出，稱為繞壩滲流。如果壩與岸 坡連接不好，岸坡過陡產(chǎn)生裂縫，或岸坡中有強(qiáng)透水層，就可能發(fā)生集中滲流，造成交 形或漏水，威脅大壩的安全和水庫的蓄水效益。 在滲流處于穩(wěn)定狀態(tài)時，其流量與水頭保持穩(wěn)定的相應(yīng)變化。若滲流量顯著增加有 可能發(fā)生管涌或集中滲流通道，反之可能是排水體堵塞的反映在正常情況下，隨著壩前 漏水淤積，滲流量會逐年減小 滲流水渾濁不清，可能在水中帶有泥沙顆?；蚩扇茺}成分，反應(yīng)出壩基或兩岸接頭巖 土受到溶濾或被滲流水帶出這些現(xiàn)象往往是管涌、內(nèi)部沖刷或化學(xué)侵蝕的先兆。當(dāng)?shù)叵?水含有高濃度硫酸鹽成分時，可能會對混凝土產(chǎn)生侵蝕作用，甚至使之成為酥松狀態(tài)。 在土壩壩體內(nèi)，滲流水將形成一個逐漸降落的滲流水面即浸潤面，在土壩橫斷面上顯 示為一條曲線，稱為浸潤線如果實(shí)測的浸潤線高于設(shè)計(jì)線，就降低了壩坡穩(wěn)定性，甚至 可能造成滑坡事故。此外，地下水也可能影響庫邊穩(wěn)定。 庫水在混凝土壩體內(nèi)的滲流將形成孔隙水壓力，也即是壩體內(nèi)的一種揚(yáng)壓力，對壩體 應(yīng)力、變形及穩(wěn)定都有一定影響。 混凝土壩和砌石壩基礎(chǔ)與地基結(jié)合面上的揚(yáng)壓力是大壩重要的外荷載目前設(shè)計(jì)都是 假定為二維問題并按直線分布的圖形計(jì)算，有必要通過觀測作進(jìn)一步校核 觀測土壩壩基中滲流沿程壓力分布，可以了解土壩防滲和捧水設(shè)施的作用，估算實(shí)際 7 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 水力坡降，推算潛水是否可能形成管涌、流土和接觸沖刷等破壞 綜上所述，可將滲流監(jiān)測項(xiàng)目概括為： 繞壩滲流及地下水位監(jiān)測 浸潤線及孔隙壓力監(jiān)測。 揚(yáng)壓力及滲水壓力監(jiān)測 滲流量及滲流水質(zhì)監(jiān)測。 2 2 監(jiān)測設(shè)計(jì) 2 2 1 繞壩滲流監(jiān)測 主要在大壩與兩岸連接部分進(jìn)行，一般根據(jù)交界面的輪廓線、地質(zhì)情況、防滲措施、 捧水型式而定，以爭取給出等水位線為原則。 ( 1 ) 沿繞流線布置測點(diǎn)一般每一岸布置1 - 3 個基面。每個基面布置2 4 個測點(diǎn) ( 2 ) 在河槽兩側(cè)地中的繞流區(qū)，每側(cè)在垂直壩軸方向布置l - 3 個基面，每個基面布置1 - 3 個測點(diǎn)測點(diǎn)的進(jìn)水位置應(yīng)設(shè)在強(qiáng)透水層中或深入到筑壩前地下水位以下 ( 3 ) 罾骨可能繞流集中的滲水層布置測點(diǎn)對于觀測不同透水層滲水的測點(diǎn)應(yīng)深入到備 層的中同，此時可設(shè)雙管式測點(diǎn)或孔隙水壓計(jì)觀測 主要在近壩區(qū)的滑坡體和高邊坡進(jìn)行，以了解地下水位變化對巖土力學(xué)性質(zhì)和邊坡穆 定的影響 ( 1 ) 己查明的滑坡體可沿滑動面的傾向或地下水的流向布置觀測基面，涓點(diǎn)應(yīng)貫穿滑 動面鉆孔。 ( 2 ) 未查明滑動面的高邊坡或岸坡，觀測基面可垂直臨空面布置鉆孔深度應(yīng)深入到 可能的滑動面以下。 ( 3 ) 對高邊坡附近的地表水，宣布置適量觀測孔，量測入滲和捧泄途徑及巖土穩(wěn)定性 的影響。當(dāng)可能的滑動面距地表很深時，可利用已有的勘探平面或?qū)ＴO(shè)平面布置觀測基面。 ( 4 ) 對壩肩或壩基穩(wěn)定有重大影響的地質(zhì)構(gòu)造帶，應(yīng)設(shè)地下水位測點(diǎn)，量測滲流坡降、 機(jī)械及化學(xué)管涌等的可能性 2 2 3 浸潤線監(jiān)涓 ( 1 ) 橫基面的布置主要對土壩進(jìn)行觀測，選擇最大壩高、原河床段、合籠段及地質(zhì)條 件復(fù)雜處作觀測基面，對大中型土壩不少于3 個。 ( 2 ) 觀測點(diǎn)的布置測點(diǎn)位置和數(shù)量應(yīng)根據(jù)斷面大小、壩型結(jié)構(gòu)、壩體與地基接觸輪廓 8 第2 章滲漉監(jiān)測的內(nèi)客與方法 線、地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)浸潤線位置等決定，使觀測成果能反映出鋪蓋、斜墻、心墻、截水墻、 反濾層和各部位的工作情況，并能掌握實(shí)際浸潤線的形狀及變化為原則，每個基面的測點(diǎn) 數(shù)不少于5 個。對于均質(zhì)土壩，在正常庫水位與死水位之間的上游楔體區(qū)宜適當(dāng)增加測點(diǎn) 2 2 4 孔障水壓力監(jiān)測 ( 1 ) 主要對混凝土壩進(jìn)行施工時澆注分層縫被認(rèn)為是可能滲水的薄弱環(huán)節(jié)。因此在 工作縫上應(yīng)布置測點(diǎn)，同時也要觀測完整的未分縫混凝土塊體內(nèi)孔隙壓力情況，以資比較 ( 2 ) 一般布置1 2 個觀測基面及觀測截面考慮到由于壩體構(gòu)造的影響( 設(shè)置有橫縫及 捧水管等) ，為了觀測最大值，通常將測點(diǎn)布置在觀測截面中心部位，且處在兩捧水管之 間 ( 3 ) 測點(diǎn)距表面的深度可取此截面最大靜水壓力的1 1 0 ，或到達(dá)上游廊道的中心線附 近，靠上游面水力坡度較陡，應(yīng)布置密些。最上游的測點(diǎn)與壩面廈離應(yīng)大- 于2 0 e m 為了 觀測捧水效果，可在捧水管的上下游部位布置測點(diǎn) ( 4 ) 對于土石壩，每個觀測基面上應(yīng)布置3 5 個截面，在靠近壩基和壩軸線附近應(yīng)布設(shè) ，捌點(diǎn) 2 2 5 揚(yáng)瘥力盥翱 主要對混凝土壩或砌石壩進(jìn)行 a 橫售倆布置 橫基面的位置和數(shù)量取決于壩的地質(zhì)條件、重要性和規(guī)模大小及結(jié)構(gòu)型式等，一般布 置2 7 個要選擇最高斷面，有斷層、夾層及破碎帶的部位進(jìn)行觀測 b 縱基面布置 沿壩軸線的縱向觀測基面，一般可布置1 - 2 + ，每個壩段1 - 2 個測點(diǎn)涓點(diǎn)軸線位于灌 漿帷幕和排水孔軸線之間。橫基面靠上游的測點(diǎn)最好包括在縱基面中 c 觀測點(diǎn)布置 測點(diǎn)揚(yáng)壓力與地質(zhì)特性、灌漿及掉水等因素有關(guān)揚(yáng)壓力強(qiáng)度的變化并不是一條直線， 應(yīng)考慮這些因素布置測點(diǎn) ( 1 ) 每個橫基面上的測點(diǎn)數(shù)量一般是3 8 個。從上游起，第一個測點(diǎn)布置在帷幕與捧 水孔之間( 如果為了觀測泥沙淤積及人工鋪蓋的影響，也可布置在帷幕之前，但以采用孔 隙水壓力計(jì)量測為宜) 。第2 個測點(diǎn)常布置在第一捧捧水孔下游 ( 2 ) 在壩基開挖后應(yīng)對設(shè)計(jì)的測點(diǎn)位置作適當(dāng)調(diào)整，使其處在有可能產(chǎn)生最大揚(yáng)壓力 的巖石裂隙上。此外，在透水性較大的巖層或斷層、夾層中可適當(dāng)增設(shè)測點(diǎn)。 ( 3 ) 對重力拱壩的觀測基面按徑向輻射線方式布置，即觀測點(diǎn)軸線垂直于拱壩壩軸 線測點(diǎn)之間距離可適當(dāng)減小薄拱壩一般不進(jìn)行揚(yáng)壓力觀測，支墩壩測點(diǎn)主要布置在靠 9 西安理工大學(xué)工程項(xiàng)士學(xué)位論文 上游的部位 2 2 6 滲水壓力監(jiān)蔫 主要對土壩的壩基進(jìn)行。觀測點(diǎn)的位置和深度可根據(jù)壩基地質(zhì)情況、防滲設(shè)施結(jié)構(gòu)、 捧水設(shè)備的型式及可能產(chǎn)生的滲透變形情況而定。 ( 1 ) 對于比較均勻的砂礫石層，一般布置2 3 個基面，每個基面3 5 個測點(diǎn) ( 2 ) 對于雙透水層壩基，一般布置2 3 個觀測基面，每個基面2 4 個測點(diǎn)各測點(diǎn)均 應(yīng)設(shè)在強(qiáng)透水層中，但在下游壩腳處和出水口附近的不同土層中可各布設(shè)一個測點(diǎn)，以觀 鍘各層中滲水壓力的變化 ( 3 ) 對于多透水層壩基，為觀測各層中的滲水壓力，可布置l 3 個觀測基面，每個基 面每層中布置1 3 個測點(diǎn)最好采用孔隙水壓力計(jì)觀測，并在施工期進(jìn)行埋設(shè) 2 2 7 滲流量監(jiān)涓 此項(xiàng)觀測包括壩肩、壩體及壩基各部位，應(yīng)根據(jù)滲水部位、匯集條件、滲流量大小并 結(jié)合所羆用的觀測方法進(jìn)行布置現(xiàn)按土壩和混凝土壩分別敘述 1 損 ( 1 ) 一般在壩趾下游能匯集滲水的地點(diǎn)設(shè)置集水溝，在溝的出口處布設(shè)量水設(shè)備進(jìn)行 觀測如集水溝后接有捧水溝，則量測設(shè)備應(yīng)布設(shè)在捧水溝內(nèi)。當(dāng)滲水可以分區(qū)攔截 時，可在壩趾下游分區(qū)設(shè)集水溝，末端歸入總捧水溝。在集水溝和總捧水溝上同時進(jìn)行量 測對設(shè)有減壓井的土石壩，尚應(yīng)量測單井的滲流量。 ( 2 ) 集水溝、排水溝和量測設(shè)備應(yīng)布置在不受泄水建筑物泄水影響、不受壩面及兩岸 捧泄雨水影響的地方，并應(yīng)結(jié)合地形盡量使其平直整齊。便于觀測。 b 混凝土壩 ( 1 ) 壩基和兩岸的滲水必須分開觀測，并力求按不同部位進(jìn)行分區(qū)量測，有條件時可 選擇部分捧水孔進(jìn)行單獨(dú)觀測。 ( 2 ) 壩體靠上游面捧水管的滲水流入捧水溝后可分段集中觀溯?；炷亮芽p、伸縮縫 或巖石裂隙的滲水，應(yīng)選擇有代表性的固定縫口進(jìn)行觀測，一般可采用容積法 2 2 8 滲漉水質(zhì)監(jiān)測 ( 1 ) 在滲流量觀測及現(xiàn)場檢查時，同時在各部位目視觀測滲水是否透明清澈，發(fā)現(xiàn)滲 水渾濁或可疑時，應(yīng)立即進(jìn)行透明度檢定，并及時掌握透明度的變化。 ( 2 ) 滲水透明度一般l 3 個月檢定一次，可在河床、兩岸、鷹道、重要構(gòu)造帶等有代 表性的部位取滲流水樣。 ( 3 ) 對有析出物或有侵蝕性的重要部位，應(yīng)定期取水樣進(jìn)行水質(zhì)分析可根據(jù)要求及 1 0 第2 章滲漉監(jiān)測的內(nèi)客與方法 變化情況，分別選用簡易分析或全面分析必要時應(yīng)與水庫水質(zhì)進(jìn)行比較 2 3 儀器設(shè)備 由于滲流監(jiān)測的項(xiàng)目較多，所以儀器設(shè)備的種類也較多，下面介紹幾種比較常用，并 且在工程應(yīng)用中效果較好的觀測儀器 2 3 1 測壓管 可用來觀測揚(yáng)壓力、浸潤線、滲水壓力、地下水位及繞壩滲流等按其用途不同構(gòu)造 也不完全相同，但基本上可分為土壩和混凝土壩兩類 。 l 土壩測壓蕾 可分金屬管和塑料管兩種，根據(jù)工程等級、水頭大小及材料條件加以選擇，但必須保 證安裝后不易變形、漏水或損壞以往管徑多采用3 8 5 0 m m ，近年來為了減少滯后的影 響，有向細(xì)管徑發(fā)展的趨向例如浙江和湖南的一些土壩采用y 皿q s m m 的鍍鋅鋼管，其 進(jìn)水段為透水砂輪o 凈l o m s ) ，管外濾砂為中砂，高約1 5 m 測壓管 的構(gòu)造可分為進(jìn)水段、導(dǎo)管段和管口段三部分 o ) 迸水段一般在進(jìn)水段管壁上鉆有足夠數(shù)量的進(jìn)水孔，其外壁應(yīng)包扎土工織物過 濾層或銅絲網(wǎng)，并填反濾料該層材料必須能順利滲水，經(jīng)久耐用，不使土壤顆粒透過網(wǎng) 眼 ， 國導(dǎo)管段其材料和直徑與進(jìn)水段相同，要求管壁不透水，內(nèi)壁光滑，接頭一般 采用螺絲扣，塑料導(dǎo)管也可采用加箍焊接的辦法。在土壩中導(dǎo)管一般是鉛直的，只有在觀 涓斜墻壩的浸潤線時，才采用水平管段的l 型導(dǎo)管建議導(dǎo)管直徑2 0 3 岫m ( 3 ) 管口段為了防止雨水、地表水流入管內(nèi)或沿管外壁滲入壩體，避免石塊或雜物 落入管內(nèi)，必須安裝專門的保護(hù)設(shè)備，其構(gòu)造應(yīng)力求簡單牢固，防止人為破壞。 b 混凝土壩測壓管 此種測壓管多設(shè)置在巖基上，且可能為有壓滲流，與土壩不盡相同，但仍可分為進(jìn)水 段、導(dǎo)管段和管口段三部分，典型的有以下幾種： ( 1 ) 單管式管徑一般為5 0 m m ，進(jìn)水段長l m ，交錯的排列著0 5 m m 鉆孔，俗稱花管。 當(dāng)基巖灌漿后，在已澆混凝土上鉆孔，然后將測壓管插入經(jīng)沖洗后的鉆孔中，深入基巖 0 7 5 m ，管子末端離開孔底0 2 5 m 在花管周圍填充經(jīng)過篩分沖洗干凈的粒徑6 s m m 的卵石。填充高度為1 2 5 m , 搗實(shí)后 再將小塊軟粘土填入深約0 5 m 搗實(shí)壓緊形成止水塞，上面再用水泥漿填充使之與混凝土 緊密結(jié)合。 ( 2 ) 多管式在地質(zhì)條件較復(fù)雜的部位，如需分層觀測不同高程的滲流狀態(tài)時，可在 一個鉆孔中安裝兩個以上測壓管。進(jìn)水段分別安裝在不同的巖層內(nèi)，再用導(dǎo)管引到管口， 1 1 西安理工大學(xué)工程項(xiàng)士學(xué)位論文 中間用粘土及水泥漿隔開 ( 3 ) u 型管式適用于巖石破碎滲出物較多的部位。因?yàn)橛袃蓚€引出管，在灌漿的同 時可用低壓水沖洗，故不易被堵塞，用于需在灌漿前埋管的情況，用管材料較多 ( 4 ) 支撐式此種構(gòu)造比較簡單，進(jìn)水段沒有花管，僅將直徑5 0 7 5 m m 的鍍鋅管先固 定在離基巖面0 1 5 m 的測點(diǎn)上，待澆注混凝土并灌漿后再從鋼管口鉆孔至基巖內(nèi)l 札這種方 法被廣泛采用，效果較好 2 3 2 孔隙壓力計(jì) 可用來觀測揚(yáng)壓力，浸潤線、滲水壓力、地下水位、繞壩滲流及孔驤水壓力等根據(jù) 其原理不同有多種型式，現(xiàn)介紹以下幾種： 差動電阻式 水壓力自進(jìn)水口經(jīng)透水石作用在感應(yīng)板上，引起儀器內(nèi)部兩電阻r l 和r 2 的比值差動變 化。但當(dāng)溫度變化，例如升高a t 時。電氣轉(zhuǎn)換部件內(nèi)的油和空氣因溫升而膨脹，給感應(yīng) 板施加一個滲壓力相反方向的壓力。因此，在儀器受水壓和溫度雙重作用下，其計(jì)算公式 應(yīng)為； p f a z 憾t g 1 ) 式中：h 參水壓力； f 儀器修正壓力最小讀數(shù)( 對于采用5 蒼電纜的儀器可不做修正) ； b 儀器溫度補(bǔ)償系數(shù)； 盟r - 嗽器電阻比變化量； a 醐器溫度變化量 b 鋼弦式 此種儀器感應(yīng)板上安裝有鋼弦，當(dāng)滲水壓力使感應(yīng)板受壓撓曲后，利用鋼弦長度的改 變而產(chǎn)生不同的自振頻率來測定撓曲的大小，進(jìn)而換算成滲水壓力計(jì)算公式如下： h ；f 2 + b a t ( 2 2 ) 式中：產(chǎn)一儀器頻率平方的變化量： 其余符號同式( 2 1 ) 。 c 電阻片式 此種儀器是將電阻絲應(yīng)變片粘貼在感應(yīng)板上，滲水壓力引起電阻絲片變形，從而使其 電阻發(fā)生變化并按線性關(guān)系轉(zhuǎn)換成電壓由于儀器溫度能夠自動補(bǔ)償，所以不需作溫度修 正計(jì)算公式為： p = f o a s ( 2 3 ) 式中：s 一儀器輸出與輸入電壓比變化量。 第2 幸滲流監(jiān)測的內(nèi)容與方法 2 3 3 量水堰 量水堰是用來觀測滲流量的設(shè)備，適用于1 - 3 0 0 l s 的范圍內(nèi)一般設(shè)在集水溝的直線 段上，溝底及邊坡需加護(hù)砌要求堰下水深低于堰口，形成堰口自由溢流，且不受泄水及 雨水的影響有以下幾種型式： 厶三角堰適用于流量l 7 0 l s 三角堰的堰口為底角成直角的等腰三角形美國 墾務(wù)局采用裝卸式的堰板，可根據(jù)流量大小改換型號流量q 的計(jì)算公式如下： q = 1 4 h 璣 ( 2 4 ) 式中：h 一堰上水頭 b 梯形堰適用于流量為l o 3 0 0 l s 。過水?dāng)嗝鏋樘菪危吰聻閘 ：o ：1 5 ，堰口應(yīng)嚴(yán)格保 持水平，底寬不宣大于3 倍堰上水頭算式如下： q 叫s 6r i 妮b ( 2 5 ) 式中：b 一堰坎寬。 c 矩形t 適用于流量大于5 0 u s 的情況。分為有側(cè)向收縮和無側(cè)向收縮兩種算式 如下： 輯) 有循向收縮 q - ( 0 4 0 5 4 - 半一竽) f 1 + o s 母】6 彤2 4 印以i 礦n( 2 固 式中：b 一堰墻寬； 卜堰口寬； h - - 堰高； a l a 2 一系數(shù)，均可查表 ( 2 ) 無側(cè)向收縮 q - ( 0 4 0 24 - 0 0 5 4 旱6 一) 2 柚- ) 驢7 2 ( 2 7 ) 上述式( 2 4 ) ( 2 7 ) | 匈可查表計(jì)算 7 2 3 4 容積法 適用于滲流量小于i l s 的量測，分為兩種： ( 1 ) 棉絮吸水法流量小于0 2 m i j s 時用； ( 2 ) 容器截水法流量大于0 2 m l s 時用，根據(jù)滲水條件又可分為固定引槽集水、臨時 引槽集水和導(dǎo)管集水三種 1 3 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 2 3 5 透明度管 觀測滲水透明度用。該管為高3 5 e m 、直徑3 鋤的平底玻璃管管壁刻有厘米刻度，零 點(diǎn)在管底處并設(shè)有一個控制閥門 2 4 觀測方法 2 4 1 測壓管 雖然測壓管是觀測滲流的傳統(tǒng)方法，但實(shí)踐證明，由于滯后時間較長，只有在滲透系 數(shù)k l o 3 e m s 的巖石或土壤中才能獲得較好的效果在k = l o - i o 。5 c m s 的粘性土中，若 庫水位的持續(xù)穩(wěn)定時間超過測壓管滯后時間并形成穩(wěn)定滲流，可選用( d , l s m m 的測壓管 但在下列情況下，不宜采用測壓管，而采用孔隙壓力計(jì) 不穩(wěn)定滲流條件下的浸潤線和滲壓變化過程的觀測； 在巖石或土壤的滲透系蜘( s l 2 0 - 9 2 水位觀測標(biāo)準(zhǔn) g 劭1 3 8 - 9 0 i 大壩安全自動監(jiān)測設(shè)備基本技術(shù) s l 2 6 9 - 2 0 0 1， 水文自動溺報系統(tǒng)規(guī)范) s l 6 1 9 4 學(xué)氣設(shè)備安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范c b 5 0 1 6 9 - 妮 傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：， 美國g e o k 蛐( 基康) 公司設(shè)備技術(shù)手冊 美國基美星公司2 3 8 弧l c u 系統(tǒng)技術(shù)手冊 b 要求技術(shù)先進(jìn)，滿足現(xiàn)代化管理需要 在大壩安全監(jiān)測儀器和自動化監(jiān)測系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)工作中優(yōu)先考慮國內(nèi)外技術(shù)先進(jìn) 的產(chǎn)品，要求系統(tǒng)在實(shí)施時總體上達(dá)到當(dāng)代國際先進(jìn)水平，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，在運(yùn)行 期內(nèi)也能保持一定的先進(jìn)性。 c 要求系統(tǒng)使用可靠，能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行 自動監(jiān)測儀器和系統(tǒng)必須正確反映水庫大壩的工作性態(tài)和不同時期的變化情況，儀器 及系統(tǒng)要求低故障、高可靠性，監(jiān)測系統(tǒng)采用的儀器應(yīng)具有人工觀測和自動觀測雙重功能 系統(tǒng)建成后，必須是能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)用性系統(tǒng) ( 1 ) 應(yīng)采用低放障率、高可靠性并經(jīng)過長期現(xiàn)場考驗(yàn)的監(jiān)測系統(tǒng)和儀器設(shè)備。 ( 2 ) 采用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，降低故障率。提高準(zhǔn)確性和采集速度，擴(kuò)展性強(qiáng) ( 3 ) 所有監(jiān)測參量均能實(shí)現(xiàn)人工比例。 ( 4 ) 充分考慮防潮、防雷、抗干擾等因素把由于自然、人為因素造成的系統(tǒng)損壞降 至最低 ( 5 ) 采集軟件要簡單實(shí)用，功能強(qiáng)，容易操作數(shù)據(jù)庫為開放