基于土坝的变形观测
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于土坝的变形观测范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘要】土坝使用效果如何不仅要看施工效果如何，同时，也要看平时对土坝的养护情况。在养护手段中，其中一个很重要的环节就是变形观测，对土坝的变形进行必要的观测是保证土坝能够稳定运行的关键。本文将从以下几个方面来分析基于土坝的变形观测。
【关键词】土坝；变形；观测
中图分类号：P258 文献标识码：A
一、前言
目前，国内对于土坝的变形观测技术还有待于提高，很多问题不能够得到及时的解决，导致了土坝变形后没有及时的得到修复。因此，研究基于土坝的变形观测很有意义。
二、大坝观测的重要性
混凝土坝和砌石坝建成蓄水运用后，在水压力、泥沙压力、浪压力、扬压力以及温度变化等作用下，坝体必然发生变形。坝体的变形与各种荷载作用和影响因素的变化具有相应的规律性变化，并在允许的范围之内，这是正常的现象。而坝体的异常变形，则往往是大坝破坏事故的先兆。如法国的马尔巴塞拱坝失事前，拱座发生了异常变形。如果该坝在运行期间进行了系统的变形观测，及时掌握拱座的变形情况，采取有效措施，是有可能避免垮坝失事的。
因此，为保证混凝土坝和砌石坝的安全运行，必须对坝体进行变形观测，以随时掌握大坝在各种荷载作用和有关因素影响下变形是否正常。混凝土坝和砌石坝受水压力等水平方向的推力和坝底受向上的扬压力作用，有向下游滑动和倾覆的趋势，因此要进行水平位移观测。混凝土和砌石均属弹性体，在水平向荷载下，坝体将发生挠度，需要进行挠度观测。坝体受温度影响和自重等荷载作用，将发生体积变化，地基亦将发生沉陷，需要进行垂直位移观测。坝体体积变化，坝段间伸缩缝开合情况不同，就要进行伸缩缝观测。当发现坝体发生裂缝，必须进行观测。此外，为了掌握坝体在荷载作用和温度影响下的应力应变情况，还应在坝体预埋各种仪器，观测其内部温度、应力和应变。
三、土坝的垂直位移观测
土坝的垂直位移观测一般称为土坝沉降观测，土坝沉降观测是用水准测量的方法，周期性地观测土坝上的沉降观测点和水准基点之间的高差变化值。
1、水准基点的布设
水准基点是沉降观测的基准，因此水准基点的布设应满足3个要求:①要有足够的稳定性。水准基点必须设置在沉降影响范围以外，尽可能埋在基岩上，冰冻地区水准基点应埋设在冻土线以下0.5m。②为了保证水准基点高程的正确性，水准基点最少应布设3个，以便相互检核。③水准基点和观测点之间的距离应适中，相距太远会影响观测精度，一般应在100m范围内。
2、沉降观测点的布设
土坝沉降观测应埋设沉降观测点，沉降观测点的布设应满足以下要求:
（一）沉降观测点的位置:沉降观测点应布设在能全面反映土坝沉降情况的部位。例如，最大坝高处、合拢段、坝基地质不良以及坝底地形变化较大处。
（二）沉降观测点的数量:一般沉降观测点是均匀布置的，布点时可沿坝轴线方向以最大坝高处向两端布设，它们之间的距离一般为40～80m。
3、沉降观测
（一）观测周期。土坝竣工后，一般每月观测一次，如果沉降速度减缓，可改为2～3个月观测一次，直至沉降稳定为止。这种根据日历计划进行的变形观测称为正常情况下的系统观测。除系统观测外，有时还要进行紧急观测(临时观测)，这通常在出现特殊情况的前后进行。
（二）观测时先后视水准基点，接着依次前视各沉降观测点，最后再次后视该水准基点，两次后视读数之差≤±1mm。沉降观测的水准路线(从一个水准基点到另一个水准基点)应为附合水准路线。
（三）精度要求。水准基点的联测，应采用DS0.5精密水准仪，用一等水准测量的方法进行。观测点的沉降观测，应采用DS1精密水准仪，用二等水准测量的方法进行，其水准路线的闭合差为观测站数。
（四）沉降观测是一项长期、连续的工作，为了保证观测成果的正确性，应尽可能做到“四定”:固定观测人员;使用固定的水准仪和水准尺;使用固定的水准基点;按固定的实测路线和测站进行。
4、沉降观测的成果整理
（一）整理原始记录
每次观测结束后，应检查记录的数据和计算是否正确，精度是否合格，然后，调整高差闭合差，推算出各沉降观测点的高程，并填入“沉降观测表”中。
（二）计算沉降量
①各沉降观测点的本次沉降量计算公式为:
本次沉降量=本次观测所得的高程－上次观测所得的高程(1)
②累积沉降量计算公式为:
累积沉降量=本次沉降量+上次累积沉降量(2)
将计算出的沉降观测点本次沉降量、累积沉降量和观测日期、荷载情况等记入“沉降观测表”中。
③绘制沉降曲线
首先，以沉降量s为纵轴，以时间t为横轴，组成直角坐标系。然后，以每次累积沉降量为纵坐标，以每次观测日期为横坐标，标出沉降观测点的位置。最后，用曲线将标出的各点连接起来，并在曲线的一端注明沉降观测点号码，这样就绘制出了时间与沉降量关系曲线。
四、土坝的“必要观测精度”
制定土坝垂直位移的“必要观测精度”,同水平位移观测一样,可以从多方面的因素来考虑。从土坝设计及其实际观测资料来看,土坝垂直位移是较大的,如白莲河水库,坝高66.5米,竣工后坝顶累积沉陷值为51.5厘米;卧虎山坝高29米,竣工后坝顶累积沉陷值为148厘米。实践证明,许多土坝的溃决,不在于土坝本身沉陷值的大小,而在于不均匀沉陷,由不均匀沉陷使土坝产生了裂缝、剪切、断裂的破坏。因此,土坝的垂直位移观测精度不能根据土坝本身垂直位移值的多少来决定。由计算裂缝的倾度法知道,在同一高程的两点,若产生了沉降差,当其差值超过了一定的限度时,有可能发生了隐蔽的裂缝,由此,我们可以根据产生裂缝极限倾度的几分之几来制定土坝垂直位移的“必要观测精度”。
根据国际测量协会(FIG)的要求及产生裂缝的极限倾度值推导出土坝垂直位移“必要观测精度”的中误差为土2.5毫米,极限误差为士5.0毫米。
五、高精度GPS监测系统
1、系统的组成
高度精GPS大坝监测系统由坝端的GPS基准站、坝面多个GPS监测站和中心控制站组成的大坝变形安全监测系统。
2、系统的特点
（一）精度高,GPS接收机精度3mm+015ppmrms(水平),6mm+015ppmmrms(垂直),通过专业化的GPS数据精密处理软件可提高精度,满足大坝变形监测的要求。
（二）具有全天侯、实时连续监测,能实现/无人值守0,弥补传统监测手段的不足。
（三）适于野外工作环境,不受外界条件干扰,在雾天、雨天或泄洪条件下仍可以连续监测,具有全防水、抗震荡等优点,解决恶劣环境条件下变形监测的关键问题。
（四）基准点和监测点之间不需水平向通视,各监测点可实现同步监测等优点,可采用有线、无线电台、无线GSM手机等多种通讯方式,解决各种地形条件下大坝变形监测的难题。
（五）该系统兼容性好,可以与倾斜仪、气象仪和全站仪等设备完全对接,构成1个立体、多传感器、内部和外部结合的大坝安全监测网络系统。
3、系统的应用
（一）大坝监测:GPS监测系统用于美国钻石谷湖大坝(Dia-mond Valley Lake)、意大利卡尔波尼亚水坝(Carbonia Dam)、瑞士Swiss Photo Group AG的3个主要水坝、中国三峡、小浪底等。
（二）桥梁监测:GPS监测系统用于香港青马大桥、汀九大桥和汲水门大桥、中国江阴长江公路大桥、苏通长江公路大桥、美国阳光高架公路桥(Skyway Bridege)GPS监测系统被希腊雅典国家天文台应用于地壳形变监测。
（三）滑坡监测:意大利科尔泰诺瓦城的滑坡监测、GDTest滑坡监测、南非卡尔高德金矿的斜坡监测。
（四）地震监测:中国国家地震局、台湾中央研究院、意大利国家地质学与火山学研究所等等进行地壳运动和地震监测等。
六、结束语
在今后土坝投入使用的过程中，要定期的对土坝进行变形观测，提高土坝运行的质量和效果，确保土坝能够长期安全运行，避免造成不必要的损失。
【参考文献】
[1]林文介.测绘工程学[M].广州:华南理工大学出版社，2003.
[2]李文新,柳莹.某水库大坝和构筑物变形控制与变形协调[J].水利水电技术.2011(01)