大坝安全监测
— 设计、施工与资料分析
（第 7,8课）
主讲教师：张爱军
第四章 应力观测
图 6。主应力矢量分布图（红色表示
拉力，绿色表示压力） 图 7 大主应力等值线图
混凝土坝的应力分布
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
700
720
740
760
780
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280
700
720
740
760
780
斜心墙土石坝大主应力等值线图
直心墙土石坝大主应力等值线图
? 坝体应力是表征大坝安全的重要指标
? 大坝应力状况是大坝设计者关心的问题，
也是大坝管理者关心的问题
? 土石坝应力与混凝土坝不同，它有总应
力、有效应力之分。除测定坝体总应力
外，还需要通过孔隙水压力的观测得到
坝体的有效应力。
? 坝体应力的观测较为复杂。
? 大坝应力监测的内容包括,
?混凝土应力应变观测
?岩体应力应变观测
?钢材应力应变观测
?土应力观测
注：书中的地震观测我们不讲
温度监测
自由体积
变形监测
同
时
进
行
§ 1 混凝土应力监测
? 基本原理
? 混凝土应力监测的原理是通过在混凝土中埋
设 应变 计来测定混凝土的应变值，由 应变 值
通过弹性理论计算混凝土的 应力 值。因为应
变好测。同时是通过测定水平、倾斜和垂直
方向的应力值，来计算测点的大小主应力值。
? 由应变 → 应力需要其他什么参数？
? 弹性模量 E，
?非应力产生的应变值 ε0
0()E? ? ???
? 弹性模量是否就是一成不变的？
?弹性模量与混凝土的龄期有关
?不同的龄期测定的值应该选用不同的弹性
模量
? 非应力因素引起的应变包括：
?温度应变
?湿度应变
?化学因素引起的应变
? 另外还需要考虑，蠕变和松弛引起的应变
E
龄期 t（ d）
? 混凝土应力需要观测和试验的内容
?总应变
?温度和湿度引起的应变
?混凝土各龄期下弹性模量试验
?混凝土蠕变和松弛试验
蠕
变
度
持载时间 t
观测内容
试验内容
? 观测方法
? 应力计（单向、多项）：测定总应变
? 无应力计：测定因为温度、湿度和化学变化
引起的应变
? 应变计
通过内部应变片电阻的变化测定坝体的应变
分为：单应变计、应变计组（ 7～ 9向,3～ 5向）
上接座 波纹管
油
波纹管 上接座
埋设在混凝土内部的应变计
支座锚固杆
应变计
绑在钢筋上的应变计
应变计
支座
钢筋
? 无应力计（混凝土、钢筋、岩体无应力计三
种）
? 无应力计筒内材料与所测材料应该一致
?无应力计变形应该不受坝体变形的影响
隔层
外桶内桶
无应力计
? 重力坝
? 在重点监测坝段布置 1～ 2个监测横断面，每
个断面在不同高程上布置几个水平监测截面，
坝踵与坝趾处应该加强监测
? 坝体表面也应该布设一定的观测点
? 岸坡也应该适当布置监测点
? 监测点的布置应该满足坝体结构应力分布为
目的
? 每个观测点应该布置应变计组，测定坝体的
各个方向的应力，在应变计组 0.6~1.0m距离
内，布置无应力计无应力计筒内部的混凝土
与坝体内部的一致。
? 拱坝
? 在拱冠,1/4拱弧处选择垂直监测断面 1～ 3
个，在同一垂直监测断面上的 3～ 5个高程上
设置观测点，每个高程点数不得小于 3个。
? 在上下游坝面上也应该设置一定的测点
? 坝踵与坝趾上应该重点监测
? 每个观测点应该布置应变计组，测定坝体的
各个方向的应力，在应变计组 1.5m距离内，
布置无应力计。无应力计筒内部的混凝土与
坝体内部的一致。
? 面板坝
?测点按照面板条块布置，并宜布置于
面板条块的中心线，一般观测 1～ 3个
面板条块，其中一个应该是面板中部
最长的条块。
?无应力计设置应该与测点等高程
?应该用 3～ 5向应变计组，并布设于与
面板平行的表面上或面板内部，其中
应变计的方向应该有一个是顺坡方向
的。
? 监测部位
? 坝基地下工程
? 坝肩岩体
? 洞室
? 观测方法与仪器
? 岩基应变计（即：大应变计，标距长度为
1～ 2m），多点位移计，滑动测微计
? 岩石弹性模量可用室内试验或钻孔弹模仪测
定
§ 2 岩体的应力监测
引张线式多点位移计
? 测点布置
?对于重力坝应该重点在坝踵与坝趾区
基岩，对于拱坝重点在两岸坝肩
?高边坡监测可采用多点位移计观测
?洞室应力监测应该用收敛仪、三向位
移计、多点位移计等，对于锚杆可以
用锚杆测力计。
? 计算方法
由应变计算应力；由位移计算应变，再
计算应力
§ 3 钢材的应力监测
? 主要讲混凝土内部钢筋应力监测，钢板
应力监测与混凝土基本一致。
? 监测方法：埋设钢筋计和钢筋无应力计
? 钢筋计
钢筋
连接杆 传感器 钢套
电缆
? 要求
?钢筋计应该焊接再同一直径的受力钢
筋的轴线上，无应力计也应该布置在
附近
?钢筋计距钢筋的绑扎接头大于 1.5m，
不使传感器弯曲。
? 基本原理
?土的应力分为：总应力和有效应力。
对于饱和土：
对于非饱和土：
?土体基本上不能承受拉力，主要承受
压力，因此土体应力监测以压力监测
为主。
§ 4 土压力监测
u?????
0()wuu?? ?? ? ?
? 通过 土压力计 可以测出总应力值，通过 孔隙
水压力计 可以测出孔隙压力，通过 吸力计 可
以测定土体的吸力，这样可以计算出土体的
有效应力
? 在两个相互垂直的方向上设置一组土压力计，
就可以计算出土体的大小主应力值。
? 土压力计
? 分为：界面土压力计和土中土压力计
单膜土压力计和双膜土压力计
钢弦式、差动电阻式等
膜盒
膜腔 接管
传感器
屏蔽电缆
土压力 硅油
双模式土压力计示意图
双模式土压力计工作原理图
单膜式土压力计
传感器在盒内
土压力
界面式土压力计
? 坝体内部土压力监测
?观测断面,1～ 2个横断面
?每个横断面在 2～ 3个高程设置观测点，
并在每个高程上布置 2～ 3个观测点
心墙
观测点
坝壳
? 注意：
?土压力观测难度大，观测点不易多
?测点附近同时布设渗压计，测孔压，计算
有效应力
?安排进行相应的土力学试验，
?用双膜土压力计好
不
同
方
向
埋
设
示
意
图
土压力计
? 接触土压力观测
? 观测目的：监测土或堆石与混凝土、面板、
岩石和建筑物接触面的土压力，也用于监测
上游淤砂压力的监测。
? 沿界面布设，一般 3～ 5个观测点
土压力计 外土
§ 5 温度监测
? 观测断面
?坝体内部根据不同的坝型以网格法布
置，以可以绘制温度等值线为宜
?基岩、坝面也应该布置测点
?气温观测可以包括在气象观测站上进
行，但是能距离坝体太远。
? 观测仪器
电阻温度计
电阻线圈 外壳 引出电缆
谢谢各位！
— 设计、施工与资料分析
（第 7,8课）
主讲教师：张爱军
第四章 应力观测
图 6。主应力矢量分布图（红色表示
拉力，绿色表示压力） 图 7 大主应力等值线图
混凝土坝的应力分布
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
700
720
740
760
780
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280
700
720
740
760
780
斜心墙土石坝大主应力等值线图
直心墙土石坝大主应力等值线图
? 坝体应力是表征大坝安全的重要指标
? 大坝应力状况是大坝设计者关心的问题，
也是大坝管理者关心的问题
? 土石坝应力与混凝土坝不同，它有总应
力、有效应力之分。除测定坝体总应力
外，还需要通过孔隙水压力的观测得到
坝体的有效应力。
? 坝体应力的观测较为复杂。
? 大坝应力监测的内容包括,
?混凝土应力应变观测
?岩体应力应变观测
?钢材应力应变观测
?土应力观测
注：书中的地震观测我们不讲
温度监测
自由体积
变形监测
同
时
进
行
§ 1 混凝土应力监测
? 基本原理
? 混凝土应力监测的原理是通过在混凝土中埋
设 应变 计来测定混凝土的应变值，由 应变 值
通过弹性理论计算混凝土的 应力 值。因为应
变好测。同时是通过测定水平、倾斜和垂直
方向的应力值，来计算测点的大小主应力值。
? 由应变 → 应力需要其他什么参数？
? 弹性模量 E，
?非应力产生的应变值 ε0
0()E? ? ???
? 弹性模量是否就是一成不变的？
?弹性模量与混凝土的龄期有关
?不同的龄期测定的值应该选用不同的弹性
模量
? 非应力因素引起的应变包括：
?温度应变
?湿度应变
?化学因素引起的应变
? 另外还需要考虑，蠕变和松弛引起的应变
E
龄期 t（ d）
? 混凝土应力需要观测和试验的内容
?总应变
?温度和湿度引起的应变
?混凝土各龄期下弹性模量试验
?混凝土蠕变和松弛试验
蠕
变
度
持载时间 t
观测内容
试验内容
? 观测方法
? 应力计（单向、多项）：测定总应变
? 无应力计：测定因为温度、湿度和化学变化
引起的应变
? 应变计
通过内部应变片电阻的变化测定坝体的应变
分为：单应变计、应变计组（ 7～ 9向,3～ 5向）
上接座 波纹管
油
波纹管 上接座
埋设在混凝土内部的应变计
支座锚固杆
应变计
绑在钢筋上的应变计
应变计
支座
钢筋
? 无应力计（混凝土、钢筋、岩体无应力计三
种）
? 无应力计筒内材料与所测材料应该一致
?无应力计变形应该不受坝体变形的影响
隔层
外桶内桶
无应力计
? 重力坝
? 在重点监测坝段布置 1～ 2个监测横断面，每
个断面在不同高程上布置几个水平监测截面，
坝踵与坝趾处应该加强监测
? 坝体表面也应该布设一定的观测点
? 岸坡也应该适当布置监测点
? 监测点的布置应该满足坝体结构应力分布为
目的
? 每个观测点应该布置应变计组，测定坝体的
各个方向的应力，在应变计组 0.6~1.0m距离
内，布置无应力计无应力计筒内部的混凝土
与坝体内部的一致。
? 拱坝
? 在拱冠,1/4拱弧处选择垂直监测断面 1～ 3
个，在同一垂直监测断面上的 3～ 5个高程上
设置观测点，每个高程点数不得小于 3个。
? 在上下游坝面上也应该设置一定的测点
? 坝踵与坝趾上应该重点监测
? 每个观测点应该布置应变计组，测定坝体的
各个方向的应力，在应变计组 1.5m距离内，
布置无应力计。无应力计筒内部的混凝土与
坝体内部的一致。
? 面板坝
?测点按照面板条块布置，并宜布置于
面板条块的中心线，一般观测 1～ 3个
面板条块，其中一个应该是面板中部
最长的条块。
?无应力计设置应该与测点等高程
?应该用 3～ 5向应变计组，并布设于与
面板平行的表面上或面板内部，其中
应变计的方向应该有一个是顺坡方向
的。
? 监测部位
? 坝基地下工程
? 坝肩岩体
? 洞室
? 观测方法与仪器
? 岩基应变计（即：大应变计，标距长度为
1～ 2m），多点位移计，滑动测微计
? 岩石弹性模量可用室内试验或钻孔弹模仪测
定
§ 2 岩体的应力监测
引张线式多点位移计
? 测点布置
?对于重力坝应该重点在坝踵与坝趾区
基岩，对于拱坝重点在两岸坝肩
?高边坡监测可采用多点位移计观测
?洞室应力监测应该用收敛仪、三向位
移计、多点位移计等，对于锚杆可以
用锚杆测力计。
? 计算方法
由应变计算应力；由位移计算应变，再
计算应力
§ 3 钢材的应力监测
? 主要讲混凝土内部钢筋应力监测，钢板
应力监测与混凝土基本一致。
? 监测方法：埋设钢筋计和钢筋无应力计
? 钢筋计
钢筋
连接杆 传感器 钢套
电缆
? 要求
?钢筋计应该焊接再同一直径的受力钢
筋的轴线上，无应力计也应该布置在
附近
?钢筋计距钢筋的绑扎接头大于 1.5m，
不使传感器弯曲。
? 基本原理
?土的应力分为：总应力和有效应力。
对于饱和土：
对于非饱和土：
?土体基本上不能承受拉力，主要承受
压力，因此土体应力监测以压力监测
为主。
§ 4 土压力监测
u?????
0()wuu?? ?? ? ?
? 通过 土压力计 可以测出总应力值，通过 孔隙
水压力计 可以测出孔隙压力，通过 吸力计 可
以测定土体的吸力，这样可以计算出土体的
有效应力
? 在两个相互垂直的方向上设置一组土压力计，
就可以计算出土体的大小主应力值。
? 土压力计
? 分为：界面土压力计和土中土压力计
单膜土压力计和双膜土压力计
钢弦式、差动电阻式等
膜盒
膜腔 接管
传感器
屏蔽电缆
土压力 硅油
双模式土压力计示意图
双模式土压力计工作原理图
单膜式土压力计
传感器在盒内
土压力
界面式土压力计
? 坝体内部土压力监测
?观测断面,1～ 2个横断面
?每个横断面在 2～ 3个高程设置观测点，
并在每个高程上布置 2～ 3个观测点
心墙
观测点
坝壳
? 注意：
?土压力观测难度大，观测点不易多
?测点附近同时布设渗压计，测孔压，计算
有效应力
?安排进行相应的土力学试验，
?用双膜土压力计好
不
同
方
向
埋
设
示
意
图
土压力计
? 接触土压力观测
? 观测目的：监测土或堆石与混凝土、面板、
岩石和建筑物接触面的土压力，也用于监测
上游淤砂压力的监测。
? 沿界面布设，一般 3～ 5个观测点
土压力计 外土
§ 5 温度监测
? 观测断面
?坝体内部根据不同的坝型以网格法布
置，以可以绘制温度等值线为宜
?基岩、坝面也应该布置测点
?气温观测可以包括在气象观测站上进
行，但是能距离坝体太远。
? 观测仪器
电阻温度计
电阻线圈 外壳 引出电缆
谢谢各位！
