第十五章 大坝变形观测
西安理工大学工程管理系 马 斌
Project Management Department of XI’An
University of Technology
Ma Bin
2005年 1月 22日
22.1.2005
?视准线法观测水平位移
Observing level displacement in directrix way?
波带板激光衍射法观测水平位移
Observing level displacement in laser and diffraction
?引张线发光测水平位移
Observing level displacement in light of down-lead?
前方交会法测水平位移
Observing level displacement in the way of focusing
?挠度测法
?概述 summarize
§ 15.1 概述
§ 15.1 summarize
第一节 概述
大坝建成水库蓄水投入运行后, 由于基础与地基本身形状的改变；由于外
力的作用和外界 （ 如水的压力变化, 渗透, 侵蚀和冲刷, 温度变化与地震等 ）
的影响；由于坝体内部应力的作用等, 会产生沉陷, 位移等变化, 称为大坝的
变形 。 在一般情况下, 这种变形是缓慢而持续的, 在一定的范围内具有规律性
,如果超出某一限度, 就影响大坝的稳定和安全, 甚至造成失事 。 因此, 需要
对大坝进行经常的, 系统的观测, 以判断其运行工作情况是否正常, 并根据观
测中发现的问题, 分析原因, 及时采取必要的措施, 以保证安全运行 。 同时,
通过长期观测, 分析其变化规律, 检验设计理论的准确性, 为设训和科研提供
有关资料 。
土坝变形观测, 包括水平位移, 垂直位移, 固结和裂缝观测 。 而混凝土坝
除水平位移, 垂直位移和裂缝观测外, 还有挠度和伸缩缝观测 。 本章主要介绍
水平位移, 挠度和垂直位移观测的基本原理和常用的基本方法 。
§ 15.2视准线法观测水平位移
§ 15.2 Observing level displacement in directrix way一, 观测原理
如图 15-1所示, 在坝端两岸山坡上设置固定工作基点 A和 B,在坝面沿 AB方向上设流向
（ 二 ） 观测设备
(1)工作基点及校核基点 。 都要建造专用的观测墩, 用以安置仪器和专用的
规标, 埋设在大坝两端山坡上的工作基点和校核基点, 称固定工作基点 。 如果
大坝较长或为折线型坝, 需在坝体上增设工作基点时, 这种工作基点将随坝体
位移而位移, 称为非固定工作基点 。 观测墩一般是用钢筋混凝土浇筑而成 （ 参
见图 12-11）, 其顶部大都埋设有强制对中设备, 以便减小仪器和规标的对中误
差 （ 可使对中误差不大于 O.lmm） 。
（ 2） 位移标点 。 位移标点的标墩应与坝体连结, 从坝面以下 0.3-0.4m处起
浇筑 。 其顶部也应埋设强制对中设备, 常常还在位移标点的基脚或顶部设铜质
标志, 兼作垂直位移的标点 。
（ 3） 规标 。 规标分为固定规标和活动规标 。 前者是安置在工作基点上, 供
经纬仪瞄准构成视准线用；后者是安置在位移标点上, 供经纬仪瞄准以测定位移
标点的偏离值用 。 图 15 -2为规牌式活动规标, 其上附有微动螺旋和游标, 可使
规牌分划尺
四, 观测方法
如图 15一所示, 在工作基点 A安置经纬仪, B安置固定规标, 在
位移标点 a安置活动规标, 用经纬仪瞄准 B点上固定规标作为固定
视线, 然后俯下望远镜照准 a点, 并指挥司规者移动规牌, 直至规
牌中丝恰好落在望远镜的竖丝上时发出停止信号, 随即由司规标
者在规牌上读取读数 。 转动规牌微动螺旋重新瞄准, 再次读数,
如此共进行 2一 4次, 取其读数的平均值作为上半侧回的成果 。 倒
转望远镜, 按上述方法测下半测回, 取上下两半测回读数的平均
值为一测回的成果 。 一般说来, 当用 DJ,型经纬仪观测, 测距在
300m以内时, 可测 2一 3测回, 其测回差不得大于 3mm,否则应
重测 。
§ 15.3波带板激光衍射法观测水平位移
§ 15.3 Observing level displacement in laser and diffraction
一, 仪器构造及其工作原理
（ 一 ） 仪器构造
如图 15-3所示, 波带板激光准直系统主要由激光器点光源, 波带板和接收靶三部分
组 成 。 现将各部分略述如下：
激光器
针孔光栅
波带板
接收靶
工作基点
位移标点
工作基点
图 15-3波带板激光衍射法原理
（ 二 ） 工作原理
采用波带板激光准直法观测水平位移, 是将激光器和接收靶分别安置在两端
固定工作基点上, 波带板安置在位移标点上 （ 图 15-3）, 并要求点光源, 波带板
中心和接收靶中心三点基本上同在一高度上, 这在埋设工作基点和位移标点时应
考虑满足此条件 。 当激光器发出的激光束照准波带板后, 在接收靶上形成一个亮
点或, ＋, 字亮线 （ 图 15-4）, 按照三点准直法, 在接收靶上测定十字亮线的中
心位置, 即可决定位移标点的位置, 从而求出其偏离值 。 由于激光具有方向性强
亮度高, 单色性和相干性好等特点, 其观测精度比视准线法有较大的提高 。
二, 观测方法
如图 15 -5所示, 观测时,
由安置在基点 A上的激光器发出
激 光束, 照准位移标点 c上的波
带板, 则在另一工 作基点 B的
接收靶上呈现亮点或十字亮线
。
§ 15.4引线发光测水平位移
§ 15.4 Observing level displacement in light of down-lead
一, 观测原理
如图 15-6所示, 引张线法是在坝
顶或廊道两端的基岩上浇筑固定端点
,在两固定端点间拉紧一根不锈钢丝
作为基准线, 然后定期测量坝体上各
位移标点对此基准线偏离值的变化情
况从而计算水平位移量, 若端点设于
坝体上, 则应与倒垂线 （ 参见本章第
五节 ） 相连接, 借以测定端点的位移
量, 进一步推算位移标点的位移量 。
二, 观测设备
引张线设备主要由测线, 端点装置和位移观测点组成 。
（ 1） 测线 。 一般采用 0,8一 1.2mm的不锈钢丝, 为了防风及保护测 线, 通常用
塑料管或铁管把测线套在管内 。
（ 2） 端点装置 。 端点装置由混凝土基座, 夹线装置, 滑轮和重锤等组成 。 夹
线装置的作用是使测线始终处于同一位置, 安置时使测线通过滑轮拉紧后, 恰与 V
形槽中心重裸护箱图 15-7引张线法位移观测点装置,
（ 3） 位移观测点 。 位移观测点与浮托装置结合在一起 。 在该处的坝体上埋有
一只金属箱, 箱内设有水箱, 水上有支承钢丝的浮托器, 在垂直于钢丝方向的槽钢
上, 设有毫米分划的标尺用以读数 （ 图 15-7） 。
三, 观测方法
由于引张线是与两端的固定端点相连接, 其位置可认为不变, 而位移观测点
是埋在坝体上, 随坝体变形而位移, 因此定期测定钢丝在测点标尺上的读数变化
,即可算出该点在垂直坝轴线方向的水平位移值 。
§ 15.5前方交会法观测水平位移
§ 15.5 Observing level displacement in the way of focusing
前方交会法不仅适用于直线型大坝, 也适用于折线和曲线型大坝, 它可
以测出坝顶的水平位移, 也可以测出大坝下游面的水平位移 。 用视准线求得
的水平位移值为垂直于视准线方向的分量, 而前方交会法则可求水平位移的
总量 。
前方交会法是在两个或三个固定工作基点上用观测交会角来测定位移标
点的坐标变化, 从而确定其位移情况 。
图 15-8中 A,B为两固定工作基点, I,B为坝轴线的端点, 它们的坐标为
已知, P1,P2,P3,P4为位移标点 。 将经纬仪安置在工作基点 A,B上, 分别
测出角度 a,β, 即可求得各位移点的坐标值 。 第 i次观测的坐标值与第一次
观测坐标值之差即为水平位移 。 为此建立 xly坐标系, 以坝轴线为 x轴, Y轴
指向下游为正, AB距离为 S,它与 Ix轴的交角为 ω, 偏向下游为正 〔 图 15-8
(a)〕 偏向上游为负 〔 图 15 -8 (b) ].
§ 15.6挠度测法
坝体的挠度观测，一般是在坝体内设置铅垂线作为标准线，然后测
量坝体不同高度相对于铅垂线的位置变化，以测得各点的水平位移，
从而得知坝体的挠度。设置铅垂线的方法有正垂线和倒垂线两种。
一、正垂线观测坝体挠度
如图 15-9所示，正垂线是在坝内的观测并或宽缝等上部悬挂带有
重锤的不锈钢丝，提供一条铅垂线作为标准线。它是由悬挂装置、夹
线装置、钢丝、重锤及观测台等组成。悬挂装置及夹线装置一般是在
竖井墙壁上埋设角钢进行安置。
图 15-9挠度观测 —正垂线
图 5-10挠度观测 —倒垂线
西安理工大学工程管理系 马 斌
Project Management Department of XI’An
University of Technology
Ma Bin
2005年 1月 22日
22.1.2005
?视准线法观测水平位移
Observing level displacement in directrix way?
波带板激光衍射法观测水平位移
Observing level displacement in laser and diffraction
?引张线发光测水平位移
Observing level displacement in light of down-lead?
前方交会法测水平位移
Observing level displacement in the way of focusing
?挠度测法
?概述 summarize
§ 15.1 概述
§ 15.1 summarize
第一节 概述
大坝建成水库蓄水投入运行后, 由于基础与地基本身形状的改变；由于外
力的作用和外界 （ 如水的压力变化, 渗透, 侵蚀和冲刷, 温度变化与地震等 ）
的影响；由于坝体内部应力的作用等, 会产生沉陷, 位移等变化, 称为大坝的
变形 。 在一般情况下, 这种变形是缓慢而持续的, 在一定的范围内具有规律性
,如果超出某一限度, 就影响大坝的稳定和安全, 甚至造成失事 。 因此, 需要
对大坝进行经常的, 系统的观测, 以判断其运行工作情况是否正常, 并根据观
测中发现的问题, 分析原因, 及时采取必要的措施, 以保证安全运行 。 同时,
通过长期观测, 分析其变化规律, 检验设计理论的准确性, 为设训和科研提供
有关资料 。
土坝变形观测, 包括水平位移, 垂直位移, 固结和裂缝观测 。 而混凝土坝
除水平位移, 垂直位移和裂缝观测外, 还有挠度和伸缩缝观测 。 本章主要介绍
水平位移, 挠度和垂直位移观测的基本原理和常用的基本方法 。
§ 15.2视准线法观测水平位移
§ 15.2 Observing level displacement in directrix way一, 观测原理
如图 15-1所示, 在坝端两岸山坡上设置固定工作基点 A和 B,在坝面沿 AB方向上设流向
（ 二 ） 观测设备
(1)工作基点及校核基点 。 都要建造专用的观测墩, 用以安置仪器和专用的
规标, 埋设在大坝两端山坡上的工作基点和校核基点, 称固定工作基点 。 如果
大坝较长或为折线型坝, 需在坝体上增设工作基点时, 这种工作基点将随坝体
位移而位移, 称为非固定工作基点 。 观测墩一般是用钢筋混凝土浇筑而成 （ 参
见图 12-11）, 其顶部大都埋设有强制对中设备, 以便减小仪器和规标的对中误
差 （ 可使对中误差不大于 O.lmm） 。
（ 2） 位移标点 。 位移标点的标墩应与坝体连结, 从坝面以下 0.3-0.4m处起
浇筑 。 其顶部也应埋设强制对中设备, 常常还在位移标点的基脚或顶部设铜质
标志, 兼作垂直位移的标点 。
（ 3） 规标 。 规标分为固定规标和活动规标 。 前者是安置在工作基点上, 供
经纬仪瞄准构成视准线用；后者是安置在位移标点上, 供经纬仪瞄准以测定位移
标点的偏离值用 。 图 15 -2为规牌式活动规标, 其上附有微动螺旋和游标, 可使
规牌分划尺
四, 观测方法
如图 15一所示, 在工作基点 A安置经纬仪, B安置固定规标, 在
位移标点 a安置活动规标, 用经纬仪瞄准 B点上固定规标作为固定
视线, 然后俯下望远镜照准 a点, 并指挥司规者移动规牌, 直至规
牌中丝恰好落在望远镜的竖丝上时发出停止信号, 随即由司规标
者在规牌上读取读数 。 转动规牌微动螺旋重新瞄准, 再次读数,
如此共进行 2一 4次, 取其读数的平均值作为上半侧回的成果 。 倒
转望远镜, 按上述方法测下半测回, 取上下两半测回读数的平均
值为一测回的成果 。 一般说来, 当用 DJ,型经纬仪观测, 测距在
300m以内时, 可测 2一 3测回, 其测回差不得大于 3mm,否则应
重测 。
§ 15.3波带板激光衍射法观测水平位移
§ 15.3 Observing level displacement in laser and diffraction
一, 仪器构造及其工作原理
（ 一 ） 仪器构造
如图 15-3所示, 波带板激光准直系统主要由激光器点光源, 波带板和接收靶三部分
组 成 。 现将各部分略述如下：
激光器
针孔光栅
波带板
接收靶
工作基点
位移标点
工作基点
图 15-3波带板激光衍射法原理
（ 二 ） 工作原理
采用波带板激光准直法观测水平位移, 是将激光器和接收靶分别安置在两端
固定工作基点上, 波带板安置在位移标点上 （ 图 15-3）, 并要求点光源, 波带板
中心和接收靶中心三点基本上同在一高度上, 这在埋设工作基点和位移标点时应
考虑满足此条件 。 当激光器发出的激光束照准波带板后, 在接收靶上形成一个亮
点或, ＋, 字亮线 （ 图 15-4）, 按照三点准直法, 在接收靶上测定十字亮线的中
心位置, 即可决定位移标点的位置, 从而求出其偏离值 。 由于激光具有方向性强
亮度高, 单色性和相干性好等特点, 其观测精度比视准线法有较大的提高 。
二, 观测方法
如图 15 -5所示, 观测时,
由安置在基点 A上的激光器发出
激 光束, 照准位移标点 c上的波
带板, 则在另一工 作基点 B的
接收靶上呈现亮点或十字亮线
。
§ 15.4引线发光测水平位移
§ 15.4 Observing level displacement in light of down-lead
一, 观测原理
如图 15-6所示, 引张线法是在坝
顶或廊道两端的基岩上浇筑固定端点
,在两固定端点间拉紧一根不锈钢丝
作为基准线, 然后定期测量坝体上各
位移标点对此基准线偏离值的变化情
况从而计算水平位移量, 若端点设于
坝体上, 则应与倒垂线 （ 参见本章第
五节 ） 相连接, 借以测定端点的位移
量, 进一步推算位移标点的位移量 。
二, 观测设备
引张线设备主要由测线, 端点装置和位移观测点组成 。
（ 1） 测线 。 一般采用 0,8一 1.2mm的不锈钢丝, 为了防风及保护测 线, 通常用
塑料管或铁管把测线套在管内 。
（ 2） 端点装置 。 端点装置由混凝土基座, 夹线装置, 滑轮和重锤等组成 。 夹
线装置的作用是使测线始终处于同一位置, 安置时使测线通过滑轮拉紧后, 恰与 V
形槽中心重裸护箱图 15-7引张线法位移观测点装置,
（ 3） 位移观测点 。 位移观测点与浮托装置结合在一起 。 在该处的坝体上埋有
一只金属箱, 箱内设有水箱, 水上有支承钢丝的浮托器, 在垂直于钢丝方向的槽钢
上, 设有毫米分划的标尺用以读数 （ 图 15-7） 。
三, 观测方法
由于引张线是与两端的固定端点相连接, 其位置可认为不变, 而位移观测点
是埋在坝体上, 随坝体变形而位移, 因此定期测定钢丝在测点标尺上的读数变化
,即可算出该点在垂直坝轴线方向的水平位移值 。
§ 15.5前方交会法观测水平位移
§ 15.5 Observing level displacement in the way of focusing
前方交会法不仅适用于直线型大坝, 也适用于折线和曲线型大坝, 它可
以测出坝顶的水平位移, 也可以测出大坝下游面的水平位移 。 用视准线求得
的水平位移值为垂直于视准线方向的分量, 而前方交会法则可求水平位移的
总量 。
前方交会法是在两个或三个固定工作基点上用观测交会角来测定位移标
点的坐标变化, 从而确定其位移情况 。
图 15-8中 A,B为两固定工作基点, I,B为坝轴线的端点, 它们的坐标为
已知, P1,P2,P3,P4为位移标点 。 将经纬仪安置在工作基点 A,B上, 分别
测出角度 a,β, 即可求得各位移点的坐标值 。 第 i次观测的坐标值与第一次
观测坐标值之差即为水平位移 。 为此建立 xly坐标系, 以坝轴线为 x轴, Y轴
指向下游为正, AB距离为 S,它与 Ix轴的交角为 ω, 偏向下游为正 〔 图 15-8
(a)〕 偏向上游为负 〔 图 15 -8 (b) ].
§ 15.6挠度测法
坝体的挠度观测，一般是在坝体内设置铅垂线作为标准线，然后测
量坝体不同高度相对于铅垂线的位置变化，以测得各点的水平位移，
从而得知坝体的挠度。设置铅垂线的方法有正垂线和倒垂线两种。
一、正垂线观测坝体挠度
如图 15-9所示，正垂线是在坝内的观测并或宽缝等上部悬挂带有
重锤的不锈钢丝，提供一条铅垂线作为标准线。它是由悬挂装置、夹
线装置、钢丝、重锤及观测台等组成。悬挂装置及夹线装置一般是在
竖井墙壁上埋设角钢进行安置。
图 15-9挠度观测 —正垂线
图 5-10挠度观测 —倒垂线
