CN213090741U - 混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水利水电工程安全监测技术领域，公开了一种混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，包括两个水平位移观测墩及其配套测量设备全站仪和棱镜，水平位移观测墩上钻孔安装有测斜管及配套测斜装置，水平位移观测墩包括混凝土墩身和强制对中基座，全站仪或棱镜可放置在强制对中基座上，测斜管的钻孔位置位于谷幅测线两端水平位移观测墩的中心线上，且平行于横河谷方向，测斜管配有测斜装置。本实用新型混凝土拱坝谷谷幅绝对变形监测装置，解决现有观测方法所获测值为相对变形的缺陷与不足，实现测值的真实绝对，为边坡稳定分析提供真实可靠的数据支撑。

Description

混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置

技术领域

本实用新型涉及水利水电工程安全监测技术领域，具体涉及一种混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置。

背景技术

近年来，随着李家峡(165m)、拉西瓦(250m)、二滩(240m)、小湾(292m)、溪洛渡(278m)、锦屏一级(305m)等一批高拱坝建成并投入运行，高坝大库建成后库水位上升带来的库岸变形问题也开始显现，谷幅变形问题逐渐被引起重视。

李家峡(165m)、锦屏一级(305m)、溪洛渡(278m)等拱坝在蓄水后短期内均监测到较为明显的谷幅收缩，并且有持续变形的趋势，谷幅收缩量分别在30mm、10mm、60mm左右，超出了一般的工程经验和规律认识。

谷幅变形是高拱坝面临的共同问题，虽然拱坝坝身失事破坏的可能性较低，但上述谷幅收缩变形如果直接作用于拱坝坝体可能引起地基破坏或者坝身局部开裂，形成渗漏通道，影响拱坝正常运行，甚至威胁整体安全。

谷幅，是指两岸河谷的宽度。高拱坝峡谷地区的谷幅变形量为峡谷两岸同一高程、相向正对着的边坡表面监测点水平变形量值的叠加。谷幅变形观测就是在河谷两岸按一定要求设立表面测点(即谷幅测线)，观测两点间距离(即谷幅长度)获得各期长度观测数据，通过对各期观测数据的变化进行分析，获得坡体变形信息的变形观测手段。常用的监测方法主要为在谷幅测线两端布置表面位移观测墩，通过测量两点的水平位移变化量来获得谷幅变形测值。由于表面位移观测墩坐落于两岸边坡岩土体上，上述传统方法所测变形包括“边坡表面自身变形+谷幅收缩变形”两部分变形，该传统方法无法有效测得谷幅绝对变形，无法准确把握高拱坝谷幅变形规律，这为解决300m级高拱坝共同面临的谷幅收缩关键科学问题带来一定困难。

发明内容

本实用新型的目的就是针对上述技术的不足，提供一种混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，解决现有观测方法所获测值为相对变形的缺陷与不足，实现测值的真实绝对，为边坡稳定分析提供真实可靠的数据支撑。

为实现上述目的，本实用新型所设计的混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，包括位于河谷两岸边坡上布置于谷幅测线两端的两个水平位移观测墩及其配套测量设备全站仪和棱镜，所述水平位移观测墩上钻孔安装有测斜管及配套测斜装置，所述水平位移观测墩包括混凝土墩身和设在所述混凝土墩身顶部的强制对中基座，全站仪或棱镜可放置在所述强制对中基座上，所述混凝土墩身上布置有测斜管，所述测斜管的钻孔位置位于所述谷幅测线两端水平位移观测墩的中心线上，且平行于横河谷方向，所述测斜管配有测斜装置。

优选地，所述测斜装置包括探头、读数仪及连接所述探头和读数仪的电缆，所述探头内设有探头腔，所述探头腔内设有获取沿程倾斜度数据的加速度传感器，所述测斜装置在埋入土体中的测斜管中沿轴向(上下方向)运行进行水平位移测量。

优选地，所述探头外围设有若干个滑轮组件。

优选地，所述测斜管内壁上设有四个竖向的导槽，四个所述导槽呈十字分布，且其中两个导槽平行横河谷方向，另两个导槽平行于顺河谷方向，所述滑轮组件在所述导槽内运动，辅助所述探头的沿程运动。

优选地，所述强制对中基座上设有保护所述强制对中基座的保护盖。

优选地，所述电缆上设有刻度，既用于电信号的传输，又作为深度测尺使用。

优选地，所述探头的端部设有缓冲垫，用于减缓所述探头在下落接触底部密封头受到的冲击。

优选地，所述测斜管的底端开口用密封头封堵，防止所述测斜管内进入异物。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1、可真实、准确测得高拱坝谷幅绝对变形，可有效把握高拱坝谷幅变形规律，为解决300m级高拱坝共同面临的谷幅收缩关键科学问题提供了有力基础；

2、为避免谷幅收缩直接作用于拱坝坝体引起地基破坏或者坝身局部开裂、形成渗漏通道、影响拱坝正常运行、威胁大坝安全等问题提供详实、准确安全监测数据。

附图说明

图1为本实用新型混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置的现场布置图；

图2为图1中水平位移观测墩上放置全站仪的示意图；

图3为图1中水平位移观测墩上放置棱镜的示意图；

图4为本实用新型中测斜装置的结构示意图；

图5为本实用新型中测斜装置在测斜管中的工作原理示意图；

图6图1中测斜管内壁导槽的示意图。

图中各部件标号如下：

全站仪1、棱镜2、谷幅测线3、水平位移观测墩4、混凝土墩身5、强制对中基座6、测斜管7、探头8、读数仪9、电缆10、探头腔11、加速度传感器12、滑轮组件13、导槽14、保护盖15、缓冲垫16、密封头17。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1、图2及图3所示，本实用新型混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，包括位于河谷两岸边坡上布置于谷幅测线3两端的两个水平位移观测墩4及其配套测量设备全站仪1和棱镜2，所述水平位移观测墩4上钻孔安装有测斜管7及配套测斜装置，该水平位移观测墩4与常用的水平位移测点装置结构一致，水平位移观测墩4包括混凝土墩身5和设在混凝土墩身5顶部的强制对中基座6，全站仪1或棱镜2可放置在强制对中基座6上，混凝土墩身5上布置有测斜管7，测斜管7的钻孔位置位于谷幅测线3两端水平位移观测墩4的中心线上，且平行于横河谷方向，测斜管7配有测斜装置。

其中，如图4所示，测斜装置包括探头8、读数仪9及连接探头8和读数仪9的电缆10，探头8内设有探头腔11，探头腔11内设有获取沿程倾斜度数据的加速度传感器12，探头8外围设有2个滑轮组件13，结合图5及图6所示，测斜管7内壁上设有四个竖向的导槽14，四个导槽14呈十字分布，且其中两个导槽14平行横河谷方向，另两个导槽14平行于顺河谷方向，滑轮组件在导槽内运动。

另外，强制对中基座6上设有保护强制对中基座6的保护盖15，电缆10上设有刻度，可测量探头8在测斜管7中的位置，探头8的端部设有缓冲垫16，测斜管7的底端开口用密封头17封堵。

本实施例中，全站仪1采用知名品牌、高精度设备，例如徕卡，棱镜2采用知名品牌设备，镜头可通过升降杆自由升降。

本实施例在实施时，在选定谷幅测线3两端点处浇筑水平位移观测墩4，首先在安装位置挖坑浇筑混凝土墩身5，各混凝土墩身5顶部设置强制对中底盘6，强制对中底盘6在安装时应调整水平，倾斜度不得大于10"，对于永久性混凝土墩身5要求造型美观，外表涂白色高级防水涂料，并标明醒目的测点编号。

在谷幅测线3两端水平位移观测墩4的中心线(平行于横河谷方向)上两侧的混凝土墩身5上向下钻孔，直至深部岩土体稳定部位，然后逐段埋设测斜管7，测斜管7的各个管段通过导管连接环紧固在一起，测斜管7内壁的两个导槽14平行横河谷方向，另两个导槽14平行于顺河谷方向，在埋设测斜管7的过程中，检查测斜管7的管内是否畅通。

本实施例使用时，加速度传感器12位于探头8的中部，探头8在测斜管7内沿导槽运动时，通过加速度传感器12获取测斜管7的沿程倾斜度数据，结合探头8每次提升的高度，据此计算得出测斜管7外围岩土体不同深度处的水平位移。加速度传感器12可感知探头8的倾斜角度，直接获取探头8的倾斜度数据，由于探头8与测斜管7轴心平行，所以获取的也是测斜管7的倾斜度数据。岩土体不同深度的水平位移，能够反映岩土体在水平方向的变形情况，通过沿程不同深度处水平位移累积，可得知测斜管7管口处相对岩土体深部稳定部位的水平位移。

本实施例混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置的监测方法，包括谷幅测线3两端点水平位移观测墩4之间距离的测量和水平位移观测墩4相对深部岩体稳定部位水平位移的测量，其中谷幅测线3两端点水平位移观测墩4之间距离的测量包括如下步骤：

a)使用全站仪1及棱镜2测量谷幅测线3两端点水平位移观测墩4之间的距离，第一次将棱镜2安装于左岸水平位移观测墩4上，全站仪1安装于右岸水平位移观测墩4上，从右往左观测一次并记录该次数据，L₁；

b)使用全站仪1及棱镜2测量谷幅测线3两端点水平位移观测墩4之间的距离，第二次将棱镜2安装于右岸水平位移观测墩4上，全站仪1安装于左岸水平位移观测墩4上，从左往右观测一次并记录该次数据，L₂；

c)将步骤a)和步骤b)所得到数据取平均值，即

获得该条谷幅测线3两端点之间的距离；

水平位移观测墩4相对深部岩体稳定部位水平位移的测量包括如下步骤：

d)在t₁时刻的第1次测量中，将探头8放入一侧混凝土墩身5上测斜管7的管底，然后在将探头8从测斜管7的管底提升到管口的过程中，探头8从测斜管7的管底沿导槽14向上移动第k(k＝1,2,…,K，K为探头移动单位长度的总次数)个单位距离L(如L＝0.5m)时，记录倾斜度数据

e)提出探头8，沿顺时针或逆时针方向旋转90°后放入测斜管7内，重复步骤d)，得到t₂时刻第2次测量的探头8的倾斜度数据

f)提出探头8，沿同方向继续旋转90°后放入测斜管7中，重复步骤d)，得到t₃时刻第3次测量的探头8的倾斜度数据

g)提出探头8，沿同方向继续旋转90°后放入测斜管7中，重复步骤d)，得到t₄时刻第4次测量的探头8的倾斜度数据

h)将步骤d)和步骤f)得到的倾斜度数据求取平均值得到该方向的倾斜度数据，将步骤e)和步骤g)测得的倾斜度数据求取平均值得到另一方向的倾斜度数据，结合探头8每次提升的高度，计算得到测斜管7的沿程水平位移，具体如下：

基于上述两组倾斜度数据，探头8提升第k(k＝1,2,…,K)次时，探头8所在位置处岩土体水平位移分别是

和

式中：

h为顺河谷向，向下游为正，向上游为负，v为横河谷向，指向河中央为正，背离河中央为负，L为探头8每次提起的高度(一般为0.5m)；

i)重复步骤d)～h)，计算得到另一侧混凝土墩身5上测斜管7的沿程水平位移；

然后，根据步骤c)取得的谷幅测线3两端水平位移观测墩4之间的距离和两个测斜管7的沿程水平位移，通过叠加得到谷幅绝对变形。

本实施例中，步骤d)～步骤g)中，探头每次提起的单位距离为0.5m。

其中，

为T₁时刻两个水平位移观测墩4之间的相对长度，

为T₁时刻左岸水平位移观测墩4上测斜管7横河向位移，

为T₁时刻右岸水平位移观测墩4上测斜管7横河向位移，

为T₁时刻绝对长度，间隔一段时间，待下一时刻T₂进行下一次测量，需注意，两个水平位移观测墩4之间距离测量与测斜管7测量需保证同步进行，测量步骤与前述步骤一致，该次测量得到绝对长度为

若ΔL为负，则表示谷幅扩张，若ΔL为正，则表示谷幅收缩。

本实用新型混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，可真实、准确测得高拱坝谷幅绝对变形，可有效把握高拱坝谷幅变形规律，为解决300m级高拱坝共同面临的谷幅收缩关键科学问题提供了有力基础；为避免谷幅收缩直接作用于拱坝坝体引起地基破坏或者坝身局部开裂、形成渗漏通道、影响拱坝正常运行、威胁大坝安全等问题提供详实、准确安全监测数据。

Claims (8)

1.一种混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，其特征在于：包括位于河谷两岸边坡上布置于谷幅测线(3)两端的两个水平位移观测墩(4)及其配套测量设备全站仪(1)和棱镜(2)，所述水平位移观测墩(4)上钻孔安装有测斜管(7)及配套测斜装置，所述水平位移观测墩(4)包括混凝土墩身(5)和设在所述混凝土墩身(5)顶部的强制对中基座(6)，全站仪(1)或棱镜(2)可放置在所述强制对中基座(6)上，所述混凝土墩身(5)上布置有测斜管(7)，所述测斜管(7)的钻孔位置位于所述谷幅测线(3)两端水平位移观测墩(4)的中心线上，且平行于横河谷方向，所述测斜管(7)配有测斜装置。

2.根据权利要求1所述混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，其特征在于：所述测斜装置包括探头(8)、读数仪(9)及连接所述探头(8)和读数仪(9)的电缆(10)，所述探头(8)内设有探头腔(11)，所述探头腔(11)内设有获取沿程倾斜度数据的加速度传感器(12)。

3.根据权利要求2所述混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，其特征在于：所述探头(8)外围设有若干个滑轮组件(13)。

4.根据权利要求3所述混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，其特征在于：所述测斜管(7)内壁上设有四个竖向的导槽(14)，四个所述导槽(14)呈十字分布，且其中两个导槽(14)平行横河谷方向，另两个导槽(14)平行于顺河谷方向，所述滑轮组件(13)在所述导槽(14)内运动。

5.根据权利要求1所述混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，其特征在于：所述强制对中基座(6)上设有保护所述强制对中基座(6)的保护盖(15)。

6.根据权利要求2所述混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，其特征在于：所述电缆(10)上设有刻度。

7.根据权利要求2所述混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，其特征在于：所述探头(8)的端部设有缓冲垫(16)。

8.根据权利要求1所述混凝土拱坝谷幅绝对变形监测装置，其特征在于：所述测斜管(7)的底端开口用密封头(17)封堵。

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