CN117570910B - 一种狭窄河谷大坝坝体变形监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种狭窄河谷大坝坝体变形监测装置，属于水利水电工程技术领域，能够解决现有监测方式无法同时监测岸坡堆石坝体的垂直与水平变形的问题。所述装置包括至少一个监测模块，监测模块包括：测斜仪，其两端分别连接在大坝两侧的坝肩岩体上，用于测量大坝坝体沿坝轴线方向的第一沉降变形和第一水平位移；多个沉降仪，成排分布在测斜仪的一侧、且与测斜仪的高程相同，用于测量大坝坝体沿坝轴线方向的第二沉降变形；计算单元，用于根据第一沉降变形和第二沉降变形计算大坝坝体的沉降变形梯度，并根据第一水平位移计算大坝坝体的水平变形率。本发明用于大坝坝体的变形监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种狭窄河谷大坝坝体变形监测装置，属于水利水电工程技术领域。
背景技术
土石坝是水利水电工程常见的挡水建筑物，由堆石坝体和防渗体组成，防渗体是防止水库水渗漏的主要结构体，而堆石坝体是防渗体的支撑主体，堆石坝体的稳定性是防渗体安全性的保证，堆石坝体的变形大小及变形梯度对防渗体的安全性有很大影响。对于狭窄河谷中的土石坝，由于狭窄河谷的岸坡较陡，两岸岸坡部位的堆石坝体由于重力作用，不仅向河床部位产生垂直沉降变形，还会产生水平变形，形成狭窄河谷效应。这种变形过大时往往会造成防渗体破坏，而现有的监测方式无法同时监测岸坡部位某点堆石坝体的垂直与水平变形，因此难以判断堆石坝体对防渗体安全性的影响程度。
发明内容
本发明提供了一种狭窄河谷大坝坝体变形监测装置，能够解决现有监测方式无法同时监测岸坡堆石坝体的垂直与水平变形的问题。
本发明提供了一种狭窄河谷大坝坝体变形监测装置，所述装置包括至少一个监测模块，所述监测模块包括：
测斜仪，其两端分别连接在大坝两侧的坝肩岩体上，用于测量大坝坝体沿坝轴线方向的第一沉降变形和第一水平位移；
多个沉降仪，成排分布在所述测斜仪的一侧、且与所述测斜仪的高程相同，用于测量大坝坝体沿坝轴线方向的第二沉降变形；
计算单元，用于根据所述第一沉降变形和所述第二沉降变形计算大坝坝体的沉降变形梯度，并根据所述第一水平位移计算大坝坝体的水平变形率。
可选的，所述监测模块还包括：
多个位移计，成排分布在所述测斜仪远离所述沉降仪的一侧、且与所述测斜仪的高程相同，用于测量大坝坝体沿坝轴线方向的第二水平位移；
所述计算单元具体用于根据所述第一水平位移和所述第二水平位移计算大坝坝体的水平变形率。
可选的，所述测斜仪包括：
两条柔性测斜仪，其一端分别连接在大坝两侧的坝肩岩体上，另一端通过连接件连接。
可选的，所述位移计与所述沉降仪数量相等、且位置相对。
可选的，所述位移计和/或所述沉降仪距所述测斜仪的距离为0.5~1.0m。
可选的，相邻沉降仪之间的间距为10~15m。
可选的，所述计算单元具体包括：
增量计算子单元，用于根据所述第一沉降变形和所述第二沉降变形计算相邻两测量点的沉降变形增量；
梯度计算子单元，用于计算相邻两测量点的沉降变形增量与相邻两测量点间距的比值，并将所述比值作为沉降变形梯度。
可选的，所述计算单元还包括：
变形量计算子单元，用于计算测量点的第一水平位移和对应的第二水平位移的均值，并将所述均值作为测量点的水平变形量；
变形率计算子单元，用于计算测量点的水平变形量与所述测量点至坝肩岩体的距离的比值，并将所述比值作为水平变形率。
可选的，所述监测模块为多个，多个所述监测模块分布在河谷河道同一位置的不同高程处。
可选的，所述监测模块为多个，多个所述监测模块分布在河谷河道同一高程的不同位置处。
本发明能产生的有益效果包括：
本发明提供的狭窄河谷大坝坝体变形监测装置，通过在河谷河道中布置测斜仪和沉降仪，利用沉降仪对测斜仪测量的沉降变形数据进行校对，以实现大坝坝体的沉降（垂直）变形和水平变形的同时测量，从而解决了两岸岸坡部位坝体的垂直与水平变形监测问题。本发明采用测斜仪和其他监测方式（如沉降仪和位移计）相结合的方法，保证了监测结果的精确度；同时，本发明通过对监测数据的分析计算，可以判断狭窄河谷引起的坝体变形对防渗体安全性的影响，也为后续采取工程措施提供基础。
附图说明
图1为本发明实施例提供的狭窄河谷大坝坝体变形监测装置立面示意图；
图2为本发明实施例提供的狭窄河谷大坝坝体变形监测装置平面示意图；
图3为图2中B-B方向的剖视图；
图4为图1中A区域的放大图。
部件和附图标记列表：
1、柔性测斜仪；2、坝肩岩体；3、大坝坝体；4、沉降仪；5、位移计；6、连接件。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
本发明实施例提供了一种狭窄河谷大坝坝体变形监测装置，如图1至图4所示，所述装置包括至少一个监测模块，监测模块包括：
测斜仪，其两端分别连接在大坝两侧的坝肩岩体2上，用于测量大坝坝体3沿坝轴线方向的第一沉降变形h1和第一水平位移d1。
在本发明中，测斜仪可以为柔性测斜仪1。在实际应用中，由于柔性测斜仪1长度有限，当狭窄河谷两岸的距离较大时，一条柔性测斜仪1不足以穿越狭窄河谷，此时测斜仪可以包括：两条柔性测斜仪1，其一端分别连接在大坝两侧的坝肩岩体2上，另一端通过连接件6连接。其中，连接件6可以为塑料卡箍。若狭窄河谷两岸的距离更大时，还可以设置更多条柔性测斜仪1首尾相连，形成长度更长的一条测斜仪。
参考图1和图4所示，在狭窄河谷两岸对称各固定一条柔性测斜仪1，在河谷最深部位将两条柔性测斜仪1用塑料卡箍卡接牢固。此方式可以精确测量出沿坝轴线方向大坝（如土石坝）坝体的第一沉降变形h1和第一水平位移d1。
多个沉降仪4，成排分布在测斜仪的一侧、且与测斜仪的高程相同，用于测量大坝坝体3沿坝轴线方向的第二沉降变形h2。相邻沉降仪4之间的间距L为10~15m。
计算单元，用于根据第一沉降变形h1和第二沉降变形h2计算大坝坝体3的沉降变形梯度J，并根据第一水平位移d1计算大坝坝体3的水平变形率N。
进一步的，监测模块还包括：
多个位移计5，成排分布在测斜仪远离沉降仪4的一侧、且与测斜仪的高程相同，用于测量大坝坝体3沿坝轴线方向的第二水平位移d2；
计算单元具体用于根据第一水平位移d1和第二水平位移d2计算大坝坝体3的水平变形率N。
其中，位移计5与沉降仪4数量相等、且位置相对。位移计5距测斜仪的距离S2为0.5~1.0m。沉降仪4距测斜仪的距离S1为0.5~1.0m。沉降仪4可以为水管式沉降仪；位移计5可以为土体位移计。
具体的，在实际应用中，可以在柔性测斜仪1的上游侧或下游侧S1=0.5~1.0m的位置在同一高程布置混凝土沉降墩，在沉降墩上布置水管式沉降仪，水管式沉降仪沿坝轴线方向的间距L=10~15m。布置水管式沉降仪的目的也是测量沿坝轴线方向土石坝坝体的沉降变形，记为第二沉降变形h2，和柔性测斜仪1的监测数据相互校对，以保证坝体沉降的监测精度。
在柔性测斜仪1没有布置水管式沉降仪的另一侧，距柔性测斜仪1距离为S2=0.5~1.0m的位置同一高程布置土体位移计，以监测土石坝坝体沿坝轴线方向的位移，土体位移计沿坝轴线的间距L=10~15m，与柔性测斜仪1另一侧的水管式沉降仪可以对称布置。设置此设备的目的是监测土石坝坝体沿坝轴线方向的第二水平位移d2，和柔性测斜仪1的监测数据相互校对，以保证坝体水平位移的监测精度。
柔性测斜仪1、水管式沉降仪、土体位移计成套布置的目的在于相互验证，确保监测数据的可靠性。
进一步的，计算单元具体包括：
增量计算子单元，用于根据第一沉降变形h1和第二沉降变形h2计算相邻两测量点的沉降变形增量△h；
梯度计算子单元，用于计算相邻两测量点的沉降变形增量△h与相邻两测量点间距L的比值，并将比值作为沉降变形梯度J。
具体的，将柔性测斜仪1测出的某相邻两测量点的坝体沉降变形增量△h1与对应的水管式测量的坝体沉降变形增量△h2进行平均，得出某相邻两测量点的坝体沉降变形增量△h=（△h1+△h2）/2。由此沉降变形增量△h和对应相邻两测量点的间距L计算得到坝体沉降变形梯度J。计算公式为：J=△h/L。
进一步的，计算单元还包括：
变形量计算子单元，用于计算测量点的第一水平位移d1和对应的第二水平位移d2的均值，并将均值作为测量点的水平变形量d；
变形率计算子单元，用于计算测量点的水平变形量d与测量点至坝肩岩体2的距离D的比值，并将比值作为水平变形率N。
具体的，将柔性测斜仪1测出的某测量点的沿坝轴线方向的第一水平位移d1与对应的水管式测量的坝体的第二水平位移d2进行平均，得出某测量点的沿坝轴线方向的水平变形量d=（d1+d2）/2。由此水平变形量d和对应测量点到河谷岸坡的距离D计算得到坝体坝轴向水平变形率N。计算公式为：N=d/D。
在本发明中，监测模块可以设置为多个，多个监测模块分布在河谷河道同一位置的不同高程处。
当河谷形状沿高程方向变化较大时，可以在不同的高程分别设置该监测模块，以更加精确监测不同高程的变形梯度和变形率。
在本发明中，监测模块可以设置为多个，多个监测模块分布在河谷河道同一高程的不同位置处。
当河谷形状沿河道方向变化较大时，可以在同一高程不同的位置分别设置该监测模块，以更加精确监测相同高程不同位置的变形梯度和变形率。
在本发明中，计算单元还用于根据沉降变形梯度和水平变形率评估狭窄河谷对大坝防渗体的影响程度。本发明实施例对于具体的评估方法不做限定，本领域技术人员可以采用现有评估方法进行评估。
本发明通过在河谷河道中布置测斜仪和沉降仪4，利用沉降仪4对测斜仪测量的沉降变形数据进行校对，以实现大坝坝体3的沉降（垂直）变形和水平变形的同时测量，从而解决了两岸岸坡部位坝体的垂直与水平变形监测问题。本发明采用测斜仪和其他监测方式（如沉降仪4和位移计5）相结合的方法，保证了监测结果的精确度；同时，本发明通过对监测数据的分析计算，可以判断狭窄河谷引起的坝体变形对防渗体安全性的影响，也为后续采取工程措施提供基础。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (8)
1.一种狭窄河谷大坝坝体变形监测装置，其特征在于，所述装置包括至少一个监测模块，所述监测模块包括：
测斜仪，其两端分别连接在大坝两侧的坝肩岩体上，用于测量大坝坝体沿坝轴线方向的第一沉降变形和第一水平位移；
多个沉降仪，成排分布在所述测斜仪的一侧、且与所述测斜仪的高程相同，用于测量大坝坝体沿坝轴线方向的第二沉降变形；
多个位移计，成排分布在所述测斜仪远离所述沉降仪的一侧、且与所述测斜仪的高程相同，用于测量大坝坝体沿坝轴线方向的第二水平位移；所述位移计和/或所述沉降仪距所述测斜仪的距离为0.5~1.0m；
计算单元，用于根据所述第一沉降变形和所述第二沉降变形计算大坝坝体的沉降变形梯度，并根据所述第一水平位移和所述第二水平位移计算大坝坝体的水平变形率。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测斜仪包括：
两条柔性测斜仪，其一端分别连接在大坝两侧的坝肩岩体上，另一端通过连接件连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述位移计与所述沉降仪数量相等、且位置相对。
4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，相邻沉降仪之间的间距为10~15m。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算单元具体包括：
增量计算子单元，用于根据所述第一沉降变形和所述第二沉降变形计算相邻两测量点的沉降变形增量；
梯度计算子单元，用于计算相邻两测量点的沉降变形增量与相邻两测量点间距的比值，并将所述比值作为沉降变形梯度。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算单元还包括：
变形量计算子单元，用于计算测量点的第一水平位移和对应的第二水平位移的均值，并将所述均值作为测量点的水平变形量；
变形率计算子单元，用于计算测量点的水平变形量与所述测量点至坝肩岩体的距离的比值，并将所述比值作为水平变形率。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述监测模块为多个，多个所述监测模块分布在河谷河道同一位置的不同高程处。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述监测模块为多个，多个所述监测模块分布在河谷河道同一高程的不同位置处。
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