大坝监测资料

四、监测仪器的分类

变形观测仪器	沉降仪	水管式沉降仪
		电磁式沉降仪
		静力水准仪
		横臂式沉降仪
	测斜仪	伺服加速度计式测斜仪
		电阻应变片式测斜仪
		振弦式测斜仪
		倾斜仪
	位移计	引张线式水平位移计
		滑动电阻式位移计
		振弦式位移计
	测缝计	滑动电阻式测缝计
		振弦式测缝计
		差动电阻式测缝计
	光学仪器	大坝视准仪
	光学仪器	全站仪
渗流观测仪器	孔隙水压力计
	测压管
	渗漏水量观测仪
压力（应力）观测仪器	孔隙水压力计	振弦式孔隙水压力计
		差动电阻式孔隙水压力计
		双水管封闭式孔隙水压力计
		压阻式孔隙水压力计
		气压式孔隙水压力计
	土压力计	振弦式土压力计
		差动电阻式土压力计
		气压式土压力计
温度观测仪器	铜电阻温度计
动态观测仪器	动孔隙水压力计
	动土压力计
	动位移计
	加速度计
接受仪表	振弦式仪器接受仪表
	差动电阻式仪器接受仪表
	压阻式仪器接受仪表
	气压式仪器接受仪表
	伺服加速度计式仪器接受仪表
	电阻式仪器接受仪表
	电阻应变片式仪器接受仪表
	电容式仪器接受仪表
	电平仪接受仪表
	电感调频式仪器接受仪表

五、两种主要监测仪器的基本原理

1、振弦式仪器

①发展历史

最早开发振弦式仪器的国家是前苏联，时间约在20世纪30年代初。

弦式传感器法国的TELEMAC公司在三十年代中期即研制开发, 三十年代末投入正式应用, 至今已有70多年的历史，1999年TELEMAC公司因经营不善及软件对克因公司的过分依赖，导致被加拿大ROCTEST 公司收购。

五十年代, 美国(如SINCO公司)、德国、意大利, 加拿大（ROCTEST 公司）等国家相继开发了不同型式的弦式仪器。1996——2002年中加合作项目引进的主要是ROCTEST 公司的监测仪器和美国GEOMATION公司的数据采集系统。

我国对弦式仪器的开发研制, 始于六十年代初, 由上海城建局和南京水利科学研究院土材所研制、应用。弦式仪器在我国土石坝原型观测中的应用始于1965年, 首先在浙江横山水

库试用并取得成功, 正常运用达二十六年之久。国内的仪器生产史已近40年，客观的讲，国内振弦式仪器的生产当以南京水科院为最早，在20世纪末国内10数家上产厂家的技术基本上源于水科院。但真正的发展和技术上进步应属于近5年的事，不管是性能、系列还是外在质量，都取得长足的进步，应用领域进一步拓宽，在水利工程、地基加固及石油化工等领域都得到广泛应用, 在水利工程上的应用前景是广阔的。

70年的历史说明：

②振弦式孔隙水压力计工作原理

1 2 4

1. 承压膜

p 2. 钢弦

3. 线圈

4. 支架

传感器结构示意图

特点

● 非电量测量，基本不受接引线长度影响，信号传输距离可达1km，经特殊处理，信号可传输数公里。

● 结构简单，长期稳定性好。

● 易于实现自动化。

2、差阻式仪器

①差动的概念

首先，差动是减小非线性的一种技术措施，目的在于消除或减小由于结构原因引起的共模误差，基本原理如下：

设一传感器之输出为：

Y1=a0+a1X+a2X2+a3X3+a4X4+…… ….(1)

另一个相同的传感器，但其输入量符号相反，它的输出为

Y2=a0－a1X+a2X2伏秒特性的绘制方法和含义－a3X3+a4X4－……….(2)

（1）－（2）即为：

ΔY=2(+a1X+ a3X3+……)

这样，总输出消除了零位输出和偶次非线性项，得到的是对称于原点的相当宽的近似线性范围，在减小非线性的同时，使传感器灵敏度提高一倍，且抵消了共模误差（如温度误差）。

②测量方式

A五芯测量

5线制所测得的结果将不受接长电缆长度（﹤5km）的影响。

B三芯测量夏桑菊对新型冠状病毒有效吗

3线制所测得的结果将直接受到接长电缆长度的影响。

药用复合膜C四芯测量

4线制所测得的结果将间接受到接长电缆长度的影响。

建议有条件的工程采用5线测量方式。

六、主要监测仪器简介

（一）变形观测仪器

1、光学仪器

经纬仪、水准仪、大坝视准仪、全站仪。

根据工程测量精度的需要，选择相应的精度等级的观测仪器。国产经纬仪、水准仪可选厂家较多，北光、苏光、南京1002厂仪器均较成熟，可供选购。水准仪建议选择自动安平式正像产品，观测便捷（价格1000～100000元不等）。

配套设施，如固定觇标、移动觇标、强制对中装置根据经济条件及观测精度要求，可选择南京1002厂或成都飞翔机械厂产品。

大坝视准仪虽在工程中有一定运用，但据用户反映，效果欠佳，最好不用。

全站仪是一种兼有电子测距、电子测角、计算和数据记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统，用于大坝变形观测，不仅便捷、准确，而且减少了传统意义上的人为观测误差及资料整编分析中的可能造成的数据差错。

全站仪选型建议有条件的工程选用瑞士徕卡公司生产的TCA2003型红外线电子全站仪，其基本精度指标为0.5//，1mm+1pmm；如受资金条件限制，美国天宝公司的56系列产品或德国蔡司的产品也可选用；如条件差距大，不必勉强降格选用国产或日产产品，建议选用常规光学测量仪器。光学测量仪器从精度、稳定性、适用性、功能型、耐久性、长期可靠性等方面衡量，西洋货远优于东洋产品。

注意：

如采用全站仪精心变形观测，工作基点站的设置应可靠、方便，在地形条件许可，工作基

点应尽量多设，以确保观测网的可靠性和相互校核，即使受地形限制，仍建议至少设4个工作基点，避免因个别基点遭到破坏导致的基点网的无法恢复的破坏。基点站的设置应注意以下几点：

1 角网最小夹角不小于30°。

2 全站仪不能直接用于高程测量，强制对中装置的设计使用、棱镜的安装、保护应与供货商充分论证，并定制适合于高程测量的棱镜安装装置。

3 十字丝棱镜选用设备生产厂家地原配棱镜当然是好的，但价格太高；目前国产棱镜如苏州春光仪器厂的产品品质能够满足观测需要，价格只有进口产品的1/4。

4 全自动观测还是需要时分组人工观测，根据工程情况、测量频率确定。

5 基点网的构建示意图见下图。

2、变形观测仪器

①沉降仪

A水管式沉降仪

用途及使用范围

用于监测土石坝施工期和运行期间坝体内固结和沉降(垂直位移)情况，从而判断坝体的稳定性。适用于大变形、施工期埋设，可实现自动化测量。

仪器的工作原理和基本结构

水管式沉降仪观测坝体内部沉降是利用液体在连通管两端的水面最终会形成同一水平面的原理制成。如下图所示。如果大坝内部某测点没有沉降发生，观测房测量管水位不会产生变化；反之，如埋设在坝体内部的测头随坝体下降，则坝面测量管水位也跟随下降。从而，判断出大坝内部某一测点相对于观测房的沉降值。

主要技术参数

测量范围：PELOPHYLAX NIGROMACULATUS0～100cm

测量精度：±2mm

环境温度范围：可以在-20℃～ +60℃的环境温度下工作(摄氏零度以下测管内使用“防冻液”)。

读数稳定时间：一个测头从开始溢流到测管水位稳定(即两端水平)所需时间约为3分钟左右。

B电磁式沉降仪

沉降量的测量由两大部分组成：一是地下材料埋入部分，由沉降导管和底盖、沉降磁环组成；二是地面接收仪器，由钢尺沉降仪、测头、测量电缆、接收系统和绕线盘等部分组成，观测精度约±2mm。

沉降管的埋设安装有2推进式搅拌桨种方式：一为施工期埋设——此种埋设方式沉降磁环可正确定位，但在施工期间沉降管保护较困难，管周围需人工夯实；二为已建坝钻孔埋设——能够避开施工干扰，但钻孔封堵应到位，沉降磁环定位准确度欠佳。

一般情况下，沉降和水平位移观测共用1根管，即测斜沉降管。管从材质上大致分为PVC管和铝合金管；管内径基本为φ45和φ60两种。

建议：施工期埋设采用铝合金管；管内径应与测斜仪规格匹配。

C静力水准仪

静力水准仪是测量两点或多点间相对高程变化的精密仪器，液体静力水准仪又称连同管水

准仪，与水管式沉降仪原理相同，可以认为静力水准系统是一种高精度的水管沉降系统，其仪器型式有电容感应式、差动变压器式和振弦式。其中前两种型式可分辨0.01mm，后者0.05～0.15mm。

国内常用的电容感应式仪器以南瑞RJ型电容式静力水准仪为代表，其性能指标如下：
● 量程：20,40,50,100mm
● 分辨率: 0.01mm
● 精度:±0.1～±0.3mm
● 长期零飘:<0.5％F.S./年
● 温度系数:<0.05％F.S./℃
● 环境温度:－30℃～＋60℃

振弦式静力水准监测仪器以基康4675型沉降监测系统为代表，它是由一系列带液位传感器的储液罐组成，储液罐由一根充液管互相连通。基准罐置于一个稳定的标点，而其他的储液罐置于标高大致相同的不同位置，当任何一个储液罐相对于基准罐发生沉降时，将引起该罐内液面的上升或下降。本系统特别适合那些要求高分辨率的关键场合，可以检测出小到0.05～0.15mm的沉降变化。4675仪器性能指标如下：

技术参数
测量范围（mm)	150 300 600
精度	±0.1%F.S.（0.15 0.30 0.60mm）
灵敏度	0.025%F.S.（0.0375 0.075 0.15mm）
温度范围（℃）	－20～+65
稳定性	±0.05%F.S.
配套设备 BGK2-250V6 四芯屏蔽电缆电子倾斜仪通液/通气管 BGK-408（选购）振弦式读数仪