一種測量壩體水平位移的方法
【專利摘要】本申請公開一種測量壩體水平位移的方法，其能夠完整、全面地測量包括施工期位移在內(nèi)的壩體全生命周期水平位移，測量精度高、布置方便、抗干擾性強。這種測量壩體水平位移的方法，其包括步驟：(1)在需要測量水平位移的壩段上沿著觀測廊道選擇一條與觀測廊道平行布置的垂線，并在該垂線上連續(xù)布置多個測斜器；(2)通過測量各測點的傾斜度，計算測斜器控制范圍內(nèi)兩端的相對位移；(3)沿高度方向累計相對位移得到壩體各個高程的水平位移。
【專利說明】
一種測量壩體水平位移的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于大壩位移監(jiān)測的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種測量壩體水平位移的方 法，其能夠完整、全面地測量壩體水平位移。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，大壩水平位移的觀測方法包括:視準(zhǔn)線法、引張線法和正倒垂線法等。
[0003] 視準(zhǔn)線法是我國50年代就采用的一種準(zhǔn)直方法，新安江、富春江、梅山、佛子嶺、豐 滿、西津及其它一些電站，均采用這種準(zhǔn)直方法，此法的優(yōu)點是:方法簡單，布置靈活，費用 低廉，如果采用高放大倍率的儀器進行觀測，視準(zhǔn)距離不是很長，并且掌握好觀測時間，仍 然可能獲得滿意的結(jié)果。此法的缺點是受外界影響（主要是水平折光影響)較大，在觀測中 很難掌握好最有利的觀測時間段，從而極大地影響到觀測精度。
[0004] 引張線法是一種機械準(zhǔn)直方法。在大壩廊道兩端基點之間，水平張拉一根不銹鋼 絲作為基準(zhǔn)線，在各壩段的測點上用儀器量測各點垂直于此基準(zhǔn)線的偏離值。引張線法與 視準(zhǔn)線法相比，具有不受大氣折光影響、精度高、觀測簡便、速度快等優(yōu)點，且設(shè)備簡單，費 用較低，從60年代后期開始，已在國內(nèi)許多大壩中應(yīng)用。
[0005] 60年代中期，垂線(正、倒垂)成為觀測壩體撓度(壩體分層水平位移）的重要手段。 引張線是一條水平基準(zhǔn)線，垂線則是一條豎直基準(zhǔn)線。正垂線的固定點在壩頂，在各測站上 安置坐標(biāo)儀進行觀測。所得的位移值為各測點與懸掛點之間的相對位移。倒垂線的固定點 在基礎(chǔ)以下幾十米深處應(yīng)力作用范圍以外，所得的位移值即為各測點相對于基巖深處固定 點的絕對位移。由于垂線和引張線一樣，不僅觀測精度高、設(shè)備簡單、觀測速度快，而且可以 獲得測點的絕對位移，因此在大壩變形觀測中，都把倒垂線作為各種準(zhǔn)直方法的控制;有時 也將垂線作為直接觀測水平位移的手段，例如葛洲壩，為了觀測壩體水平位移，共設(shè)置了 41 條正垂和26條倒垂。
[0006] 傳統(tǒng)的方法雖然具有設(shè)備簡單，測量方便、速度快，精度高，成本低等優(yōu)點;但亦有 無法觀測施工期部分壩體位移、觀測壩體位移區(qū)域有限等缺點。高拱壩一般分層分倉澆筑， 分期封拱、蓄水，封拱至某一高程，便開始蓄水，此時大壩監(jiān)測系統(tǒng)正垂、倒垂還未安裝完 畢，因此壩體某些部位測出的位移是此次蓄水之后產(chǎn)生的位移，此次蓄水及之前產(chǎn)生的位 移并未計入。而且每條垂線上布置的測點通常有限，以溪洛渡高拱壩(壩高285.5m)工程為 例，全壩總共31個壩段，一共布置了7條正垂線，8條倒垂線，每條倒垂線布置1~2個測點，每 條正垂線布置3~5個測點，每個測點之間的距離40m~70m，可以看出，采用正、倒垂線觀測 的壩體位移區(qū)域很有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測量壩體水平位移的 方法，其能夠完整、全面地測量包括施工期位移在內(nèi)的壩體全生命周期水平位移，測量精度 高、布置方便、抗干擾性強。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:這種測量壩體水平位移的方法，其包括以下步驟：
[0009] (1)在需要測量水平位移的壩段上沿著觀測廊道選擇一條與觀測廊道平行布置的 垂線，并在該垂線上連續(xù)布置多個測斜器；
[0010] (2)通過測量各測點的傾斜度，計算測斜器控制范圍內(nèi)兩端的相對位移；
[0011] (3)沿高度方向累計相對位移得到壩體各個高程的水平位移。
[0012] 目前高精度測斜器具有測量精度高、傳輸距離長、抗干擾性強以及自動采集數(shù)據(jù) 等優(yōu)點，可滿足該發(fā)明所需要的測斜精度;發(fā)明所采用的測斜器可以隨著壩體澆筑的同時， 安裝到壩體內(nèi)部，從而保證了監(jiān)測位移的完整性和監(jiān)測區(qū)域的全面性。
【附圖說明】
[0013] 圖1是測斜器的構(gòu)造示意圖。
[0014] 圖2示出了河床壩段位移監(jiān)測布置，其中圖2a是壩體正垂線和倒垂線法監(jiān)測布置， 圖2b是斜測點布置。
[0015] 圖3示出了岸坡壩段位移監(jiān)測布置，其中圖3a是壩體正垂線和倒垂線法監(jiān)測布置， 圖3b是斜測點布置。
[0016] 圖4示出了廊道表面測點布置，其中圖4a是徑向布置（圖3b的局部放大），圖4b是拱 向布置(圖3b的A-A切面）。
[0017]圖5示出了混凝土內(nèi)部測點布置(圖3b的A-A切面）。
[0018]圖6是測點和位移示意圖，其中圖6a是測點的示意圖，圖6b是位移的示意圖。
[0019] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 如圖7所示，這種測量壩體水平位移的方法，其包括以下步驟：
[0021] (1)在需要測量水平位移的壩段上沿著觀測廊道選擇一條與觀測廊道平行布置的 垂線，并在該垂線上連續(xù)布置多個測斜器；
[0022] (2)通過測量各測點的傾斜度，計算測斜器控制范圍內(nèi)兩端的相對位移；
[0023] (3)沿高度方向累計相對位移得到壩體各個高程的水平位移。
[0024] 目前高精度測斜器具有測量精度高、傳輸距離長、抗干擾性強以及自動采集數(shù)據(jù) 等優(yōu)點，可滿足該發(fā)明所需要的測斜精度;發(fā)明所采用的測斜器可以隨著壩體澆筑的同時， 安裝到壩體內(nèi)部，從而保證了監(jiān)測位移的完整性和監(jiān)測區(qū)域的全面性。
[0025] 優(yōu)選地，所述步驟(1)中這條垂線布置多個測點，并按測點高程將測點編號為1，2， 3···η，η是大于等于2的整數(shù);所述步驟(2)、（3)中，忽略混凝土澆筑15天以內(nèi)各個水平布置 測點所測的轉(zhuǎn)角，建立壩體位移與各測點傾斜度的關(guān)系。
[0026]優(yōu)選地，所述步驟（1)中每個測點布置三個測斜器，建立三個測斜器測量數(shù)據(jù)之間 的對應(yīng)關(guān)系，從而檢驗測量數(shù)據(jù)的可靠性。
[0027]優(yōu)選地，所述三個測斜器，朝向分別為徑向、拱向和垂直方向，從而同時監(jiān)測徑向、 拱向位移。
[0028]優(yōu)選地，所述步驟(1)中觀測廊道布置一個測點，觀測廊道之間平均布置3個測點； 廊道處測點布置在廊道底板表面位置，混凝土處測點布置在澆筑層的中間位置;測斜器平 行布置在正垂線、倒垂線鉆孔附近，距離鉆孔5m。
[0029] 優(yōu)選地，所述步驟（2)中，監(jiān)測時間為：測點所轄混凝土齡期小于1個月、壩體初期 蓄水或壩體水位發(fā)生較大幅度變化時，測量周期應(yīng)小于5天；其余時期測量周期為30~90 天。
[0030] 優(yōu)選地，所述步驟(3)中根據(jù)公式(1)-(4)得到總位移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] 其中基礎(chǔ)位移so由倒垂線法所測；θ (i，τ)表示齡期為τ的i號測點的總轉(zhuǎn)角，θ (i， 15))表示齡期為15d時的i號測點的轉(zhuǎn)角，!^表示測點i和測點i+1中間位置點與測點i和測 點i-Ι中間位置點的距離差值;Iu表示測點1和測點2的距離;匕表示測點η和測點n-1的距離。
[0036] 優(yōu)詵地，所沭二個測斜器測量數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系為公式（5):
[0037]
(5)
[0038] 其中Q1為垂直放置測點旋轉(zhuǎn)角度，水平放置測點的徑向和法向旋轉(zhuǎn)角度分別為θ2 和03〇
[0039] 以下更詳細地說明本發(fā)明：
[0040] 本發(fā)明需要用到的測量儀器為測斜器，測斜點需布置在觀測廊道底板表面和正垂 線以及倒垂線附近區(qū)域。測斜器的工作原理是利用重力擺錘始終保持鉛直方向的性質(zhì)，測 得儀器中軸線與擺錘垂直線間的傾角，傾角的變化可由電信號轉(zhuǎn)換而得，從而可以知道被 測結(jié)構(gòu)的位移，測斜器的構(gòu)造如圖1所示?？紤]到測量精度問題，本發(fā)明需要應(yīng)用分辨率達 到0.1秒電子測斜器。
[0041 ]本發(fā)明測點和測斜器說明見以下兩點：
[0042] (1)測點的布置要求:高拱壩在澆筑過程中一般預(yù)留觀測廊道和基礎(chǔ)排水廊道，壩 體澆筑結(jié)束后將在觀測廊道和基礎(chǔ)排水廊道鉆垂直孔并布置正垂線和倒垂線（圖2a和圖3a 所示）），測斜器沿高度方向應(yīng)和傳統(tǒng)的正垂線和倒垂線鉆孔平行并布置在鉆孔附近，建議 距離鉆孔5m;每個觀測廊道底板布置一個測點，觀測廊道之間混凝土內(nèi)按均分距離布置3個 測點（圖2b和圖3b所示）。
[0043] (2)廊道內(nèi)的測點布置在廊道底板表面位置，混凝土內(nèi)的埋置測點布置在澆筑層 的中間位置(如圖4、圖5所示）；為同時監(jiān)測徑向、拱向位移，每個測點需要布置三個測斜器， 測斜器的朝向分別為徑向、拱向和垂直方向（如圖4所示）。
[0044] 本發(fā)明測點監(jiān)測的要求如下：
[0045] (1)廊道內(nèi)的測斜器可人工測量或電子信號傳遞數(shù)據(jù)，埋置在混凝土內(nèi)的測點數(shù) 據(jù)需要用牽引線的方式傳遞。
[0046] (2)廊道內(nèi)或采用牽引線方式布置的測斜器的觀測應(yīng)在廊道底板混凝土澆筑結(jié)束 時開始，測量過程應(yīng)包含壩體的施工期和運行期在內(nèi)的整個壩體生命周期。
[0047] (3)測點所在混凝土齡期小于1個月時、壩體初期蓄水或壩體水位發(fā)生較大幅度變 化時，測量周期應(yīng)小于5天;其余時期測量周期可以為30d~90d。
[0048] (4)測點信息應(yīng)包括測點序號，測點所在的壩段，測點所在的澆筑層，測點在測點 所在澆筑層的序號，測點齡期，測點對應(yīng)齡期的觀測值。
[0049] 本發(fā)明測點數(shù)據(jù)和壩體的位移關(guān)系：
[0050] 單壩段內(nèi)，按高程將測點編號為1，2，3···η，忽略齡期15d以內(nèi)測點的轉(zhuǎn)角，那么測 點i-Ι和測點i的中間位置點相對于測點i和測點i-Ι的中間位置點的位移(見圖6)為：
[0051] Asi=(0(i,T)-0(i,15))hi i>2
[0052] 其中：θ (i，τ)表示齡期為τ的i號測點的總轉(zhuǎn)角，θ (i，15))表示齡期為15d時的i號 測點的轉(zhuǎn)角，!^表示測點i和測點i+Ι中間位置點與測點i和測點i-Ι中間位置點的距離差 值(見圖6)。
[0053]測點1和測點2的相對位移為：
[0054] Asi = O.5(9(1,T)-0(l,15))hi
[0055] 其中：h表示測點1和測點2的距離
[0056] 測點η和測點η-I的相對位移為：
[0057] Δ Sn=O ·5(θ(η，τ)-θ(η，15) )hn
[0058] 其中：匕表示測點η和測點n-1的距離
[0059] 設(shè)由倒垂線法所測的基礎(chǔ)位移為SQ，那么總位移為：
[0060]
[0061 ]本發(fā)明水平放置測點旋轉(zhuǎn)角度和垂直放置測點旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系
[0062] 如果水平放置測點的徑向和法向旋轉(zhuǎn)角度分別為02和03,垂直放置測點旋轉(zhuǎn)角度
[0063]
[0064]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依 據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明 技術(shù)方案的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種測量巧體水平位移的方法，其特征在于:其包括W下步驟： (1) 在需要測量水平位移的巧段上沿著觀測廊道選擇一條與觀測廊道平行布置的垂 線，并在該垂線上連續(xù)布置多個測斜器； (2) 通過測量各測點的傾斜度，計算測斜器控制范圍內(nèi)兩端的相對位移； (3) 沿高度方向累計相對位移得到巧體各個高程的水平位移。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量巧體水平位移的方法，其特征在于:所述步驟（1)中運條 垂線上分為多個測點，并按測點高程將測點編號為1，2,3···η，η是大于等于2的整數(shù);所述步 驟(2)、（3)中，忽略混凝±誘筑15天W內(nèi)各個水平布置測點所測的轉(zhuǎn)角，建立巧體位移與各 測點傾斜度的關(guān)系。3. 根據(jù)權(quán)利2要求的測量巧體水平位移的方法，其特征在于:所述步驟（1)中每個測點 布置Ξ個測斜器，建立Ξ個測斜器測量數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系，從而檢驗測量數(shù)據(jù)的可靠性。4. 根據(jù)權(quán)利3要求的測量巧體水平位移的方法，其特征在于:所述Ξ個測斜器，朝向分 別為徑向、拱向和垂直方向，從而同時監(jiān)測徑向、拱向位移。5. 根據(jù)權(quán)利4要求的測量巧體水平位移的方法，其特征在于:所述步驟（1)中觀測廊道 布置一個測點，觀測廊道之間平均布置3個測點；廊道處測點布置在廊道底板表面位置，混 凝±處測點布置在誘筑層的中間位置;測斜器平行布置在正垂線、倒垂線鉆孔附近，距離鉆 孔5m。6. 根據(jù)權(quán)利5要求的測量巧體水平位移的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，監(jiān)測時間 為:測點所轄混凝±齡期小于1個月、巧體初期蓄水或巧體水位發(fā)生較大幅度變化時，測量 周期應(yīng)小于5天;其余時期測量周期為30~90天。7. 根據(jù)權(quán)利6要求的測量巧體水平位移的方法，其特征在于:所述步驟(3)中根據(jù)公式 (1)-(4)得到總位移Sn為：(：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) 其中基礎(chǔ)位移so由倒垂線法所測；θα，τ)表示齡期為τ的i號測點的總轉(zhuǎn)角，θα, 15))表 示齡期為15加寸的i號測點的轉(zhuǎn)角山表示測點i和測點i+1中間位置點與測點i和測點i-1中 間位置點的距離差值血表示測點巧日測點2的距離;hn表示測點η和測點n-1的距離。8. 根據(jù)權(quán)利4要求的測量巧體水平位移的方法，其特征在于:所述Ξ個測斜器測量數(shù)據(jù) 之間的對應(yīng)關(guān)系為公式(5):(5) 其中θι為垂直放置測點旋轉(zhuǎn)角度，水平放置測點的徑向和徑向旋轉(zhuǎn)角度分別為θ2和03。
【文檔編號】G01B21/02GK105841653SQ201610197186
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】張國新, 朱振泱, 劉毅, 盧正超, 沙莎
【申請人】中國水利水電科學(xué)研究院