大坝安全监测
— 设计、施工与资料分析
（第 3,4课）
主讲教师：张爱军
第 2章 变形观测
? 大坝变形的组成
?大坝变形包括那些方面？
?那些是方便观测的，那些是不方便观
测的？那些地方变形大，那些地方变
形小，其特征点在什么地方？
?变形是连续的，观测点一定是有限的，
用那些有限的指标就可以反映大坝的
变形？
大坝变形示意图 （ 岱峪水库空腹重力坝 ）
表面水平位移
表面垂直位移
裂缝
内部变形 (垂直向和
水平向 )
？
？
?大坝变形 指标
表面位移
内部位移
垂直位移
水平位移 垂直坝轴线平行坝轴线
垂直位移
水平位移 垂直坝轴线平行坝轴线
整体位移
弯曲,用挠度表示
倾斜,用倾斜度表示
裂缝,用裂缝开度表示
坝
体
变
形
? 这些指标中，通过以下几个观测项目可以反映
大坝变形
? 表面水平位移观测
? 垂直位移观测（包括坝体表面、内部）
? 挠度（与以上联合，表征内部位移）
? 倾斜度
? 裂缝情况（变形的极端情况）
? 布点
? 一般在表面布设的点多一点，原因是：方便、
也是位移变化最大的部位
? 内部和各方向上的布点一般应该大于 3个
§ 1 观测断面的布设
? 土石坝
? 位移观测
横断面 一般不少于 2～ 3个
纵断面一般上游 1～ 2个（正常高水位以上），下
游 2～ 5个
内部断面：在横断面布设 1～ 3个，每个断面布设
1～ 3个观测垂线，各观测垂线与观测纵断面保持一致
? 挠度观测（倾斜观测与挠度观测设置一致）
同一坝段设置 2～ 3条垂线即可，同一垂线设置 多 个
测点
? 裂缝观测（设在接缝、突变部位和重点部位）
? 其中面板堆石坝一定在周边缝上设置裂缝观测
横断面线
校核基点
纵断面线
纵断面线
测点
观测基点
? 混凝土坝（重力坝、拱坝等）
? 位移观测
纵断面：在坝顶与廊道中各设置一个，坝高时在坝
中间部位增设置 1～ 2纵断面
内部断面（横断面）：布置在最大坝高断面上，与
结构复杂断面处 1～ 2个
? 挠度观测（倾斜观测与挠度观测设置一致）
同一坝段设置 2～ 3条垂线即可，同一垂线设置多个
测点
? 裂缝观测（设在接缝、突变部位和重点部位 ）
? 横断面与纵断面应该相互交叉，共用一个测点
§ 2 水平位移观测
? 观测的方法
? 引张线法
? 视准线法
? 激光准直法
? 交会法
? 测斜仪与位移计
? 卫星定位法
? 导线法（全站仪）
坝型 方法 说明
引张线法 一般坝体、坝基均适用
视准线法 坝体较短时用之
激光准直法
包括大气和真空激光法，坝体较长时
用真空管法
视准线法 重点测点用之
交会法 交会边较短，交会角较好时用之
导线法
一般实用，可用光电测距仪测定导线
的长度
视准线法 坝体较短时用之
大气激光法 有条件 时用，可以布设管道
测斜仪或位移
计
测内部分层与界面位移时用之
卫星定位法 坝体较长时用
交会法 同拱坝
重力坝
拱坝
土石坝
? 各方法的适用性
? 大坝水平位移的特点
? 范围大
? 持续变形
? 量值小（混凝土坝 mm级,土石坝 cm级）
? 对量测方法的要求
? 参照基准
－反映大坝初始位置的点或者 线,
并要求该点或线固定不变
? 测量手段
－量测基准与大坝的水平变位
? 提高精度的设施、措施和观测规范
?引张线法
?基本原理
引张线
测点
观测基点
？
2,测点示意图
测点与读数设备,
与 坝体 相连
引张钢丝, 与岸
边基点相连, 相
对固定不动
测点随坝体 变
形而移动
标尺
大坝量测标尺与
设备
引张钢丝
重物
1,原理示意图
3、张拉固定结构示意图
重锤
滑轮
钢丝
夹具
固定墩
4、浮托原理示意图
Y1
Y2
浮托装置
引张钢丝
（ 有浮托 ）
引张钢丝
（ 无浮托 ）
垂径,悬链线最大垂度
钢丝的形状为悬链线，其最底端的近似的拉力的方向
为与水平方向夹角为 α,根据悬链线的方程其值为：
根据力平衡原理可得：
4s i n t a n
1
4
YY
SS
??? ? ?
2 s i nH SW? ? 2
8
SWY
H?
SW
H
角度为 α
Y
S
H
H H
5、防风管
为了防止张引线摆动。
测点必须用保护箱保护
防风、防锈，提高精度。
6、分段引张线
多设几个固定点，分段测定相对位移，并测定各
固定分点的位移，推算总位移。
7,其他
对钢丝的要求、对标尺精度的要求等。
8、符号规定
水平位移指向下游和左岸为正 —— 规范规定，符合
人们的习惯。
?引张线的布设
?在坝体表面沿坝轴线方向布置
?观测基点一般设在坝体两端的不受
坝体变形影响的基岩上或廊道里
?坝顶与下游侧布线多，上游侧布线
少
总 结
?引张线法是通过测定,不变,的引张
线钢丝与,变形” 的大坝坝体之间的
变位来反映坝体的变形
?引张线法适用于测定坝体表面水平位
移
?大坝变形观测必须建立坝体,动,而
观测基准,不动,的概念
—— 这是大坝安全监测中，许多观测项目需
要建立的概念。
? 视准线法
? 基本原理
与引张线基本一致，但是其固定不动的“线”
是“光线” —— 经纬仪的光线
校核基点
观测基点测点 坝体
河流
? 观测基点的构造
基点固定在坝两侧相对不变形的位置上，测点固
定在坝体上，与坝体同步位移。强制对中。
观测基点的观测墩
安装觇牌安装经纬仪
测点固定墩
强制对中设备
测点
固定
墩
觇标,可以左右移动
标尺,固定在固定墩上
0 10 20
觇标可以通过调节
螺丝左右移动
? 观测过程
? 在大坝修好后，先将经纬仪安装在观测基点的固
定墩上（要强制对中）,并将活动觇牌固定在
测点固定墩上（要强制对中），然后用经纬仪照
准对面的另一个观测基点的觇标，固定经纬仪转
向螺栓，使经纬仪不能转动，从而形成一条连接
两个观测基点的直线光线，再用经纬仪对准各个
测点，用活动觇标的微调螺栓调整觇标的位置，
使之十字线与经纬仪十字线重合，读取活动觇标
上游标的读数，作为 初始读数 。
? 在大坝运行期，用同样的方法测定觇标的 测读读
数,测读读数与初始读数之差，就是要测定测点
的 水平位移 。
?关键点
观测基点固定位置应该稳固
观测基点的间距不能太大（由经纬仪的精度
决定）
用校核基点经常校核观测基点的位置
观测光线等因素影响
? 激光准直法
? 大气激光准直法
原理与视准线法相同，只是用激光束代替了经纬仪
人工瞄准，更精确。激光的特性是发散小，可以为
测量提供一条看得见摸不着的“直线”。
? 真空激光准直线法
激光在真空中衰减慢，可以长距离传播，测量距离
更长。
真空泵 真空泵
真空管 激光束
觇牌光源
? 导线法
实际上和测量课所学的导线三角测量是一个原
理，只是要求的精度较高，一般用较高精度的
仪器如全站仪、测距仪等进行，适用于拱坝等
不能通视情况下的测量，这里不再介绍。
? 交会法
同上
§ 3 垂直位移监测
? 观测方法
? 精密水准法，适用于混凝土坝
? 三角高程法，适用于土坝（用全站仪）
? 沉降仪，观测内部点垂直位移
? 沉降板，观测内部点垂直位移
? 多点位移计，观测内部点各个方向的位移
? 符号
向下为正，向上为负。
? 高精密水准法 （表面垂直位移测定）
? 原理不讲，强调几点：
?水准基点固定在岸坡灌浆廊道里，构造三
点的等边三角形网
?测量点固定在坝体上，牢固，保护。特别
是对于土坝。
? 三角高程法
? 原理不讲
? 强调：精度要求高，仪器用全站仪（解决了
大气折光问题）
? 沉降板法
?适用于监测分层垂直位移，坝体内部
垂直位移
?原理
沉降板
? 沉降仪法
?有电磁式、钢弦式、电感式、水管式
等等，以电磁感应式用的多
?原理
坝体
基岩
测斜管
磁性环
探头
侧绳
磁性环固定在坝体
上, 与测斜管可以
相对滑动, 因此其
位置随坝体的位移
而变动 。
§ 4 挠度观测
? 挠度指坝体的分层变形情况（内部）
? 符号
? 向下游，向左岸为正
? 方法
? 正垂线法
? 倒垂线法
? 布置
? 混凝土坝：在最高坝段面处，拱冠处
? 土石坝：校核基准点
? 一般布置在灌浆廊道里
? 正垂线法
坝顶
垂线固定块
保护井
垂线钢丝
保护箱
油槽
油
重锤
? 倒垂线法
坝顶
浮球
保护井
垂线钢丝
基岩
油
油槽
§ 5 倾斜监测
? 概念
? 方法
?倾斜仪：混凝土坝或土石坝
?测斜仪：土石坝
?精密水准：混凝土坝与土石坝
? 倾斜仪
就是一把带有地脚调节螺栓的水平尺，
可以测定倾斜的角度，用于表面倾斜测
量
? 测斜仪
§ 6 裂缝观测
? 方法
?测微器、卡尺、百分表和千分表
?测缝计（单项、三向）
?等等如表 2－ 5所示
? 符号
?裂缝张开为正，闭合为负
? 原理
?宽度：利用固定在裂缝两侧的位移传
感器或卡尺、百分表等测量
?长度：钢尺人工测量，探地雷达、电
视等新方法
?深度：探地雷达，超声波等
? 强调面板坝周边缝的观测
? 面板坝的关键是面板的防渗作用，周边缝是
容易开裂的，监测非常必要
? 周边缝在水下，监测应该用遥测或其他可靠
方法
? 一般用三向测缝仪
三向测缝仪
Any questions?
— 设计、施工与资料分析
（第 3,4课）
主讲教师：张爱军
第 2章 变形观测
? 大坝变形的组成
?大坝变形包括那些方面？
?那些是方便观测的，那些是不方便观
测的？那些地方变形大，那些地方变
形小，其特征点在什么地方？
?变形是连续的，观测点一定是有限的，
用那些有限的指标就可以反映大坝的
变形？
大坝变形示意图 （ 岱峪水库空腹重力坝 ）
表面水平位移
表面垂直位移
裂缝
内部变形 (垂直向和
水平向 )
？
？
?大坝变形 指标
表面位移
内部位移
垂直位移
水平位移 垂直坝轴线平行坝轴线
垂直位移
水平位移 垂直坝轴线平行坝轴线
整体位移
弯曲,用挠度表示
倾斜,用倾斜度表示
裂缝,用裂缝开度表示
坝
体
变
形
? 这些指标中，通过以下几个观测项目可以反映
大坝变形
? 表面水平位移观测
? 垂直位移观测（包括坝体表面、内部）
? 挠度（与以上联合，表征内部位移）
? 倾斜度
? 裂缝情况（变形的极端情况）
? 布点
? 一般在表面布设的点多一点，原因是：方便、
也是位移变化最大的部位
? 内部和各方向上的布点一般应该大于 3个
§ 1 观测断面的布设
? 土石坝
? 位移观测
横断面 一般不少于 2～ 3个
纵断面一般上游 1～ 2个（正常高水位以上），下
游 2～ 5个
内部断面：在横断面布设 1～ 3个，每个断面布设
1～ 3个观测垂线，各观测垂线与观测纵断面保持一致
? 挠度观测（倾斜观测与挠度观测设置一致）
同一坝段设置 2～ 3条垂线即可，同一垂线设置 多 个
测点
? 裂缝观测（设在接缝、突变部位和重点部位）
? 其中面板堆石坝一定在周边缝上设置裂缝观测
横断面线
校核基点
纵断面线
纵断面线
测点
观测基点
? 混凝土坝（重力坝、拱坝等）
? 位移观测
纵断面：在坝顶与廊道中各设置一个，坝高时在坝
中间部位增设置 1～ 2纵断面
内部断面（横断面）：布置在最大坝高断面上，与
结构复杂断面处 1～ 2个
? 挠度观测（倾斜观测与挠度观测设置一致）
同一坝段设置 2～ 3条垂线即可，同一垂线设置多个
测点
? 裂缝观测（设在接缝、突变部位和重点部位 ）
? 横断面与纵断面应该相互交叉，共用一个测点
§ 2 水平位移观测
? 观测的方法
? 引张线法
? 视准线法
? 激光准直法
? 交会法
? 测斜仪与位移计
? 卫星定位法
? 导线法（全站仪）
坝型 方法 说明
引张线法 一般坝体、坝基均适用
视准线法 坝体较短时用之
激光准直法
包括大气和真空激光法，坝体较长时
用真空管法
视准线法 重点测点用之
交会法 交会边较短，交会角较好时用之
导线法
一般实用，可用光电测距仪测定导线
的长度
视准线法 坝体较短时用之
大气激光法 有条件 时用，可以布设管道
测斜仪或位移
计
测内部分层与界面位移时用之
卫星定位法 坝体较长时用
交会法 同拱坝
重力坝
拱坝
土石坝
? 各方法的适用性
? 大坝水平位移的特点
? 范围大
? 持续变形
? 量值小（混凝土坝 mm级,土石坝 cm级）
? 对量测方法的要求
? 参照基准
－反映大坝初始位置的点或者 线,
并要求该点或线固定不变
? 测量手段
－量测基准与大坝的水平变位
? 提高精度的设施、措施和观测规范
?引张线法
?基本原理
引张线
测点
观测基点
？
2,测点示意图
测点与读数设备,
与 坝体 相连
引张钢丝, 与岸
边基点相连, 相
对固定不动
测点随坝体 变
形而移动
标尺
大坝量测标尺与
设备
引张钢丝
重物
1,原理示意图
3、张拉固定结构示意图
重锤
滑轮
钢丝
夹具
固定墩
4、浮托原理示意图
Y1
Y2
浮托装置
引张钢丝
（ 有浮托 ）
引张钢丝
（ 无浮托 ）
垂径,悬链线最大垂度
钢丝的形状为悬链线，其最底端的近似的拉力的方向
为与水平方向夹角为 α,根据悬链线的方程其值为：
根据力平衡原理可得：
4s i n t a n
1
4
YY
SS
??? ? ?
2 s i nH SW? ? 2
8
SWY
H?
SW
H
角度为 α
Y
S
H
H H
5、防风管
为了防止张引线摆动。
测点必须用保护箱保护
防风、防锈，提高精度。
6、分段引张线
多设几个固定点，分段测定相对位移，并测定各
固定分点的位移，推算总位移。
7,其他
对钢丝的要求、对标尺精度的要求等。
8、符号规定
水平位移指向下游和左岸为正 —— 规范规定，符合
人们的习惯。
?引张线的布设
?在坝体表面沿坝轴线方向布置
?观测基点一般设在坝体两端的不受
坝体变形影响的基岩上或廊道里
?坝顶与下游侧布线多，上游侧布线
少
总 结
?引张线法是通过测定,不变,的引张
线钢丝与,变形” 的大坝坝体之间的
变位来反映坝体的变形
?引张线法适用于测定坝体表面水平位
移
?大坝变形观测必须建立坝体,动,而
观测基准,不动,的概念
—— 这是大坝安全监测中，许多观测项目需
要建立的概念。
? 视准线法
? 基本原理
与引张线基本一致，但是其固定不动的“线”
是“光线” —— 经纬仪的光线
校核基点
观测基点测点 坝体
河流
? 观测基点的构造
基点固定在坝两侧相对不变形的位置上，测点固
定在坝体上，与坝体同步位移。强制对中。
观测基点的观测墩
安装觇牌安装经纬仪
测点固定墩
强制对中设备
测点
固定
墩
觇标,可以左右移动
标尺,固定在固定墩上
0 10 20
觇标可以通过调节
螺丝左右移动
? 观测过程
? 在大坝修好后，先将经纬仪安装在观测基点的固
定墩上（要强制对中）,并将活动觇牌固定在
测点固定墩上（要强制对中），然后用经纬仪照
准对面的另一个观测基点的觇标，固定经纬仪转
向螺栓，使经纬仪不能转动，从而形成一条连接
两个观测基点的直线光线，再用经纬仪对准各个
测点，用活动觇标的微调螺栓调整觇标的位置，
使之十字线与经纬仪十字线重合，读取活动觇标
上游标的读数，作为 初始读数 。
? 在大坝运行期，用同样的方法测定觇标的 测读读
数,测读读数与初始读数之差，就是要测定测点
的 水平位移 。
?关键点
观测基点固定位置应该稳固
观测基点的间距不能太大（由经纬仪的精度
决定）
用校核基点经常校核观测基点的位置
观测光线等因素影响
? 激光准直法
? 大气激光准直法
原理与视准线法相同，只是用激光束代替了经纬仪
人工瞄准，更精确。激光的特性是发散小，可以为
测量提供一条看得见摸不着的“直线”。
? 真空激光准直线法
激光在真空中衰减慢，可以长距离传播，测量距离
更长。
真空泵 真空泵
真空管 激光束
觇牌光源
? 导线法
实际上和测量课所学的导线三角测量是一个原
理，只是要求的精度较高，一般用较高精度的
仪器如全站仪、测距仪等进行，适用于拱坝等
不能通视情况下的测量，这里不再介绍。
? 交会法
同上
§ 3 垂直位移监测
? 观测方法
? 精密水准法，适用于混凝土坝
? 三角高程法，适用于土坝（用全站仪）
? 沉降仪，观测内部点垂直位移
? 沉降板，观测内部点垂直位移
? 多点位移计，观测内部点各个方向的位移
? 符号
向下为正，向上为负。
? 高精密水准法 （表面垂直位移测定）
? 原理不讲，强调几点：
?水准基点固定在岸坡灌浆廊道里，构造三
点的等边三角形网
?测量点固定在坝体上，牢固，保护。特别
是对于土坝。
? 三角高程法
? 原理不讲
? 强调：精度要求高，仪器用全站仪（解决了
大气折光问题）
? 沉降板法
?适用于监测分层垂直位移，坝体内部
垂直位移
?原理
沉降板
? 沉降仪法
?有电磁式、钢弦式、电感式、水管式
等等，以电磁感应式用的多
?原理
坝体
基岩
测斜管
磁性环
探头
侧绳
磁性环固定在坝体
上, 与测斜管可以
相对滑动, 因此其
位置随坝体的位移
而变动 。
§ 4 挠度观测
? 挠度指坝体的分层变形情况（内部）
? 符号
? 向下游，向左岸为正
? 方法
? 正垂线法
? 倒垂线法
? 布置
? 混凝土坝：在最高坝段面处，拱冠处
? 土石坝：校核基准点
? 一般布置在灌浆廊道里
? 正垂线法
坝顶
垂线固定块
保护井
垂线钢丝
保护箱
油槽
油
重锤
? 倒垂线法
坝顶
浮球
保护井
垂线钢丝
基岩
油
油槽
§ 5 倾斜监测
? 概念
? 方法
?倾斜仪：混凝土坝或土石坝
?测斜仪：土石坝
?精密水准：混凝土坝与土石坝
? 倾斜仪
就是一把带有地脚调节螺栓的水平尺，
可以测定倾斜的角度，用于表面倾斜测
量
? 测斜仪
§ 6 裂缝观测
? 方法
?测微器、卡尺、百分表和千分表
?测缝计（单项、三向）
?等等如表 2－ 5所示
? 符号
?裂缝张开为正，闭合为负
? 原理
?宽度：利用固定在裂缝两侧的位移传
感器或卡尺、百分表等测量
?长度：钢尺人工测量，探地雷达、电
视等新方法
?深度：探地雷达，超声波等
? 强调面板坝周边缝的观测
? 面板坝的关键是面板的防渗作用，周边缝是
容易开裂的，监测非常必要
? 周边缝在水下，监测应该用遥测或其他可靠
方法
? 一般用三向测缝仪
三向测缝仪
Any questions?
