探讨大坝坝体变形监测的技术方法与应用

探讨大坝坝体变形监测的技术方法与应用

郑永锋张耀傅志达

郑永锋张耀傅志达

浙江省水利水电勘测设计院浙江杭州310002

摘要：本研究主要是探讨分析大坝坝体变形监测的技术方法与应用，重点介绍了传统测量技术和新型测量技术的不同特点及获取大坝坝体变形点坐标数据的过程。以GNSS测量技术方法为例，简述大坝坝体变形监测过程，全面分析坝体变形点坐标数据获取变形形态，为大坝运行安全提供依据。

关键词：坝体变形监测；技术方法；应用

随着现代测绘技术的快速发展，也相应促进了变形监测手段的发展，当前在监测大坝坝体时，较多地采用GNSS测量技术。众所周知，在大坝坝体建设和运营期间，由于受到各种因素地影响，较大程度上影响了坝体质量，因此为了了解大坝坝体的安全现状，需要利用各种技术手段监测坝体变形情况。通过获取坝体的垂直位移和水平位移数据，对坝体的变形趋势进行预测，从而为大坝管理提供决策依据。

1、大坝坝体变形监测技术方法分析

1.1传统测量技术方法

在传统测量技术中，首先需要在坝体主轴线周边选取变形点和基准点，这样就形成了监测点，之后将监测点布设为边角网，通过全站仪对边角网中的距离和角度进行观测，以此估算出平面坐标，之后对变形点位水平位移数值进行分析[1]。其次，利用精密水准测量技术对大坝变形点进行观测，计算出变形点位的垂直位移量。按照垂直位移和水平位移的大小对坝体变形情况进行判断。

利用传统测量技术能够监测大坝坝体变形情况，然而应用传统的变形监测方法会存在大量的外业观测量，提升了监测成本，并且会增加数据处理的难度和复杂度，所以利用先进技术进行监测显得尤为重要。

1.2GNSS测量技术

随着定位技术的快速发展，在大坝坝体变形监测中应用GNSS测量技术具有明显的作用。相比于传统测量技术来说，GNSS测量技术具有自动化、性价比高等优势。采用GNSS控制网布设技术，在变形点和基准站中分别安置GNSS接收机，对变形点进行观测[2]。比如在某水库大坝变形监测中，坝体布设变形监测GNSS控制网，改网主要是由基准点（5个）和变形点（3个）组成，使用GNSS接收机在不同时段进行观测，之后将观测结果传输到GNSS数据处理软件中，对变形点的三维坐标进行计算，可以获取大坝坝体变形量。

1.3GNSS测量技术的优势与影响因素分析

在以往的大坝变形监测中，所应用的变形监测技术主要是通过监测网监测大坝变形要素。然而，由于大坝所处得地理位置不同，在一定程度上影响了监测网形和监测点的位置精度，进而对测量精度造成影响[4]。此外，应用传统测量技术进行监测时的劳动强度比较大，观测时间比较长，未能实现全面自动化检测。随着GNSS技术的快速发展，在变形监测工程中可以实现数据采集自动化传输，平差计算和变形分析。经过相关研究可以得出，应用GNSS技术监测的水平位移误差在2毫米左右，高程测量误差在3毫米以内[4]。

2、坝体变形监测方法的应用

2.1工程概况

此次工程所选取的水库大坝为高黏土心墙土石坝，坝体高度为120m，坝顶长度和宽度分别为585m和9m，体积为924万m³，水库中的总库容量为1.36万亿m³。该大坝是以百年一遇防洪标准设计，河床段为土石混合坝，河两岸阶地逐渐扩大心墙过渡为均质土坝。在始建之初，大坝变形监测工作能够为管理人员提供参考依据。

2.2GNSS测量技术的应用

（1）布设监测点：该水库坝体变形监测点布设如图1所示，在图中K01至K04是远离大坝体200m以上的基准点，J01至J07属于大坝体上埋设的变形点。通过GNSS测量技术观测和计算大坝坝体变形点，获取变形点的三维坐标，并对这些数据进行处理分析，从而完成大坝运营期间的变形监测任务[5]。

图1水库大坝变形监测点布置图

（2）大坝坝体GNSS控制网外业观测方案：该水库主要是应用4台GNSS接收机进行观测，由于受误差累积影响，因此对于不同变形点的各个周期制定静态外业观测方案。采用此种方式能够有效消除掉变形点间的误差影响，可以在较大程度上提升数据解算质量。在完成每期外业观测之后，由于每个时段的数据仅存在一个变形点，所以需要对每一个时段的数据进行单独解算，之后按照三个基准点解算出变形点三维坐标。

2.3数据分析

下载完每一个时段的数据之后进行处理分析，将数据信息传输到GNSS数据处理软件中，可以对变形点的三维坐标数据进行解算，表1为2017年下半年解算结果。

2017年下半年的监测数据进行解算之后，将解算得到的数据输入到专业表格中，在比较分析之后能够获取相应的变形点最大坐标差值数据。从坐标差值数据能够看出，在2017年下半年期间，该水坝坝体基本处于稳定状态，并且位于坝体中部位置的J04变形点存在较大的位移量。

3、结束语

综上所述，在大坝运营期间通过变形监测工作可以为其提供基础参数。此次研究主要是介绍了在坝体变形监测中，传统测量技术及GNSS测量技术的不同特点及获得大坝变形点坐标数据的过程。此次研究以GNSS技术手段为主，详细叙述了大坝坝体变形监测的过程，获得准确的变形点坐标数据，得到了大坝坝体变形状态。随着现代技术的快速发展，大坝坝体变形监测也开始较多的应用自动化监测技术。

参考文献:

[1]杨杰,马春辉,程琳,等.高陡边坡变形及其对坝体安全稳定影响研究进展[J/OL].岩土力学:1-14[2018-11-12].

[2]崖尚松.上海地铁M2线曲阜路车站基坑围护墙体变形监测数据分析[J].广东公路交通,2017,43(04):104-109+127.

[3]宋彦刚,由丽华,龙选明,等.经历汶川特大地震的紫坪铺水利枢纽工程安全监测分析[J].四川水力发电,2018,37(04):7-13.

[4]何金平,陈德忠,叶世榕,等.土石坝GNSS监测水平位移与库水压荷载建模分析[J/OL].测绘科学:1-9[2018-11-12].

[5]黄耀英,赵新瑞,万智勇,等.涔天河面板堆石坝施工期变形监测资料及参数反演分析[J].水利水电技术,2018,49(01):82-89.