垂直位移監測是指使用觀測儀器、設備對水工建築物及地基有代表性的點位進行垂直位移量的量測。在施工階段的垂直位移監測可以用於控制土石壩填築速度，研究、測定基岩的回彈變形和壩體土料特性，其監測成果可作為修改設計、改進施工的依據。
基本介紹
- 中文名：垂直位移監測
- 外文名：monitoring of vertical displacement
- 學科：水利工程
- 領域：監測
- 依據：觀測儀器、設備
- 目的：控制土石壩填築速度
簡介,垂直位移監測的分類,表面垂直位移監測,內部垂直位移監測,監測資料整理分析,
簡介
垂直位移監測是指使用觀測儀器、設備對水工建築物及地基有代表性的點位進行垂直位移量的量測。混凝土閘、壩的垂直位移是由於庫水自重和壩體自重引起的地基沉陷、自重作用下的壩體壓縮變形、水平裂縫開展、基岩失穩、溫度與濕度的變化以及鹼性骨料反應等原因形成的。土石壩的垂直位移又稱沉降，是由於庫水自重和壩體自重引起的地基沉降、自重作用下壩體的壓縮變形、孔隙壓力消散形成的土料固結、壩體或地基的滑動、壩體的開裂或滑坡、土層的冰凍和消融、築壩材料或壩基的沖蝕等原因而形成的。
不均勻的垂直位移有可能使壩體開裂，甚至導致更為嚴重的破壞。垂直位移的異常變化可能預示著某種破壞的形成或綜合影響的發展。對垂直位移及其他有關項目的監測資料進行分析，可以預測壩體開裂、滑坡、壩基失穩或其他有關險情，從而採取相應措施，防止事故的發生和擴大。因此，在水庫首次蓄水時和長期運行階段，垂直位移監測都是大壩安全監測的基本項目之一。在施工階段的垂直位移監測可以用於控制土石壩填築速度，研究、測定基岩的回彈變形和壩體土料特性，其監測成果可作為修改設計、改進施工的依據。
垂直位移監測的分類
垂直位移監測分為表面垂直位移監測和內部垂直位移監測。
表面垂直位移監測
方法有2種:幾何水準測量法和液體靜力水準測量法。二者都是以起測基點高程為基準，引測建築物變形前後的測點高程，通過計算求得該點高程變化，即該點的垂直位移。
（一）幾何水準測量法。
適用於各種類型的水工建築物，簡便易行。這種方法採用三級點位、兩級控制。三級點位即設定水準基點、起測基點和垂直位移標點(測點)。兩級控制即由水準基點校測起測基點，由起測基點觀測位移標點。
(1)水準基點。可採用國家水準網的水準點或國家水準點接測的點位。水準基點的高程以國家水準網的絕對基面起算。在特殊情況下，要假設起測高程，位置應布設在不受庫區變形影響的地區，但也不宜相距太遠，以免長距離引測降低觀測準確度。
(2)起測基點。是測定垂直位移標點的起始點或終點。為了便於觀測，減少傳遞誤差，起測基點力求布置在一縱排垂直位移標點的相近高程上，一般設定在壩頂、廊道和壩基的兩端以及兩岸坡的相應位置。
(3)垂直位移標點。是設定在壩體、壩基和基岩上的需要觀測垂直位移的點位，一般和水平位移標點結合布置。其具體布置應考慮壩型特點、對大壩整體和局部變形能起到控制作用及針對大壩己出現的變形問題等因素。
(4)觀測設施和觀測儀器。①水準基點可以選用土基標、地表岩石標、深埋鋼管標、雙金屬標等結構形式。②起測基點要求設定在岸坡基岩或原狀土上的穩定部位，根據地基性質選用相應的結構。③垂直位移標點根據設定位置的情況選用綜合標、混凝土嵌心標、鋼管標、牆上標等結構形式。綜合標是將水平位移標點和垂直位移標點設定在同一個混凝土墩上的標點，一般用於壩體位移觀測。
垂直位移監測中常用的觀測儀器是威爾特N3水準儀或蔡司Ni004水準儀。這兩種儀器適用於精密水準測量。SD65大壩視準儀、全站儀也可用於垂直位移監測。
（二）液體靜力水準測量法
這種方法適用於在有廊道的大壩內進行垂直位移監測，觀測精度高，便於實現自動遙測。液體靜力水準法要求環境溫度變化不大，否則將引起較大誤差。觀測方法是在測點上布置液體容器，測點之間用水管及氣管連通，通過水位計測針或遙測感測器測量液體容器內的水位變化，通過計算求得各測點的垂直位移。由測點布置方法分為兩點法測量和多點法測量2種。
(1)兩點法測量。是僅有兩個測點的液體容器用水管及氣管連通，以測定兩點間的高差變化，然後計算測點所決定的斷面的轉角即傾斜的變化，因此這種設定又稱水管式傾斜儀。這種設備和測點通常布置在混凝土壩基礎橫向廊道內。
(2)多點法測量。是在起測基點處布置補償水箱，在各垂直位移觀測點設定連通容器，各點至水箱皆用水管串連，各測點的水位變化測定後，就可以根據起測基點高程確定各測點的絕對垂直位移。
(3)觀測儀器。液體靜力水準法的觀測儀器有人工觀測儀器和遙測儀器。人工觀測儀器有座式水管儀、懸掛式水管儀等多種，要求在現場讀數。遙測儀器是利用各種類型感測器量測水位變化。圖2是一種電容式多點遙測水管儀的示意圖，可以用攜帶型儀表在觀測室遙測，也可以由遠傳插口接線到數據採集系統。
內部垂直位移監測
又稱分層沉降觀測，主要用於土石壩內部觀測。常用的儀器有橫臂式沉降儀、深式標點組、電磁式沉降儀和水管式沉降儀等。
監測資料整理分析
垂直位移監測資料應按規範要求及時整理分析，將觀測成果反饋到設計、施工和運行部門，使其發揮應有作用。有條件的應運用數理統計理論及其他有關數學方法、力學理論和水工建築物設計理論，建立反映變化規律的數學模型，預測垂直位移變化，供運行管理參考。
垂直位移是最早開展並普遍設定的觀測項目，20世紀30年代己經有精密水準測量、橫臂式沉降儀等觀測方法，中國在50年代己在一些大型水庫大壩上套用。經過半個世紀的研究發展，許多高精密的光學測量儀器以及自動化遙測儀器相繼出現，使垂直位移監測向自動化和實時安全監測(監控)方向發展。
