水平位移監測

水平位移監測是指用觀測儀器和設備對水工建築物及地基有代表性的點位進行的水平方向位移量的量測。監測並分析水平位移的規律性，目的在於了解水工建築物在內、外荷載和地基變形等因素作用下的狀態是否正常，為工程安全運行提供依據。

基本介紹

• 中文名：水平位移監測
• 外文名：monitoring of horizontal displacement    
• 學科：水利工程
• 領域：監測
• 依據：觀測儀器和設備
• 內容：水平方向位移量的量測

簡介

水平位移監測是指用觀測儀器和設備對水工建築物及地基有代表性的點位進行的水平方向位移量的量測。

中國規定水平位移的方向向下游為正，向上游為負;向左岸為正，向右岸為負。混凝土建築物的水平位移通常是由於水和溫度荷載的作用、壩基不均勻沉降、壩體和壩基的徐變變形、混凝土材料的自身體積增長和其他變化因素等引起。土石建築物的水平位移主要是由於水荷載的作用、壩體土料的壓縮(或固結)、壩基不均勻沉降、土料的冰凍消融等引起。水平位移變化有一定規律性。監測並分析水平位移的規律性，目的在於了解水工建築物在內、外荷載和地基變形等因素作用下的狀態是否正常，為工程安全運行提供依據。

水平位移監測的分類

水平位移監測分為表面水平位移監測和內部水平位移監測。

表面水平位移監測

表面水平位移監測是量測水工建築物和壩基的表面測點或水工建築物內部結構的表面測點的水平位移，其主要監測設備安裝在表面。監測方法有視準線法、引張線法、雷射準直法、垂線法、交會法和導線法等

(1)視準線法。以經過光學測量儀器的視準線建立一個平行或通過壩軸線的固定鉛直平面作為基準面，定期觀測確定的點位與基準面之間的偏離值的大小，即該點的水平位移。這種方法適用於混凝土建築物頂部橫向水平位移和土石建築物橫向水平位移的觀測。視準線法要求在水工建築物上及其附近分別布置位移標點(測點)、工作基點和校核基點。可採用經緯儀或視準線儀進行觀測，觀測方法有活動規標法和小角度法2種。

(2)引張線法。利用張緊在兩工作基點之間的不鏽鋼絲作為基準線，測量沿線測點和鋼絲之間的相對位移，以確定該點的水平位移。這種方法適用於直線形的混凝土壩，一般設定在水平縱向廊道內。

其觀測方法有2種:

①用肉眼或光學儀器對準測線鋼絲後，由測點上安裝的標尺讀數，經過計算求得該點的水平位移。

②在測點上安裝遙測引張線儀，在觀測室利用接收儀表或自動檢測裝置進行遙測記錄，然後求得水平位移。

(3)雷射準直法。利用雷射束代替通過光學測量儀器的視線進行照準的準直方法。這種方法適用於直線形混凝土壩。根據觀測裝置不同分為雷射準直儀、波帶板雷射準直系統和真空管道雷射準直系統3種。其中，前兩種的觀測精度較視準線略有提高，但仍然不能消除空氣折光影響，後一種方法消除了空氣折光影響，使觀測準確度達到2X10單位，而且可同時測定測點的垂直位移，但是造價高，維護困難。

(4)垂線法。以壩體或壩基的鉛垂線為基準線，運用坐標儀測定沿線壩體不同高程的點位和鉛垂線之間的相對位移。由垂線上不同高程測點的水平位移觀測資料可以繪製壩體沿垂線的撓度曲線。這種方法又稱為撓度觀測。適用於各種類型的混凝土壩，觀測準確度高，便於實現集中遙測和自動化，是大壩安全自動監控的主要項目，少數高土石壩也利用垂線法觀測壩基水平位移。

根據垂線的固定方式，可分為正垂線和倒垂線。

①正垂線，垂線上端固定在壩體上，下端吊重錘，使垂線保持鉛直位置。

②倒垂線，垂線的下端錨固在深層基岩的穩定位置上，垂線上端與浮筒相連，利用浮筒承受的浮力使垂線保持在鉛直位置上。

(5)交會法。利用2個或3個己知坐標的固定點測定水工建築物位移標點的坐標變化，從而確定建築物位移的大小和方向，一般用於長度超過500m的混凝土重力壩、土石壩以及拱壩壩頂和下游面的水平位移觀測。這種方法的工作量大而準確度低，施測時受氣候條件限制，因而較少使用。

(6)導線法。在廊道內布置折線形導線，其兩端點設定倒垂線以測定端點的絕對位移，然後用導線法測定導線點的切向位移和徑向位移。導線法適用於觀測大型拱壩廊道內的表面水平位移。

導線法有2種測量方法:

①精密邊角導線法，通過測量導線點的角度變化和邊長變化，計算導線點的位移。

②精密弦矢導線法，測量導線的矢距代替測角，觀測準確度較精密邊角導線法高。

水工建築物表面水平位移的其他測量方法

測量水工建築物表面水平位移還有一些其他方法，例如用電子測距儀或三角網測量拱壩兩拱座垂直河流方向的位移;用直接精密丈量方法測量土石壩沿壩軸線方向的位移。

內部水平位移監測

內部水平位移監測主要用於土石壩、岩土邊坡的觀測。將觀測儀器、設備埋設在壩體、壩基及近壩庫岸的內部或其交界處，用以量測相應測點的水平位移。主要觀測儀器有引張線式水平位移計、電測位移計、測斜儀和撓度計等。

土石壩內部水平位移觀測布置要和表面水平位移觀測以及其他觀測項目配合進行，選擇有代表性的重點觀測斷面，如不同高程和不同土料交界面以及可能產生拉應力的部位。根據不同的觀測目的、施工方法和埋設部位，選擇相應的觀測儀器、設備。

水平位移監測資料應按規範要求及時整理分析，有條件的應建立反映變化規律的數學模型，用以進行測值預報和安全監控。

混凝土壩和土石壩的表面水平位移監測開始於20世紀初，30年代己較普遍。中國在50年代修建的一些大壩上開始套用。70年代研製成功不少新型遙測儀器，使表面水平位移監測技術有了新的發展。隨著UPS技術、真空雷射準直自動監測系統及全站型電子速測儀(全站儀)在大壩變形監測中的成功使用，中國大壩表面水平位移監測水平有了長足的進步。UPS技術及全站儀的使用不受壩長及壩軸線形式的限制，且施測方便快捷。世界上一些先進國家的土石壩內部水平位移監測始於20世紀60年代，在高土石壩中套用廣泛。中國在80年代初期研製了多種土石壩內部水平位移監測儀器，己逐步在新建土石壩中使用。

水平位移監測的發展方向有:

①從光學測量儀器向高精度電子化方向發展，使水平位移監測準確度和速度得以提高。

②從遙測儀器向自動化方向發展，使數據採集和處理自動化，做到實時安全監測、監控。