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上篇 水电工程安全监测理论与技术3

第1章 绪论3

1.1 水电工程安全监测的目的和意义3

1.1.1 水电工程安全监测的目的3

1.1.2 水电工程安全监测的意义4

1.2 水电工程安全监测的内容和要求8

1.2.1 水电工程安全监测的主要项目8

1.2.2 水电工程安全监测的具体要求11

1.3 工程安全监测理论研究进展12

1.3.1 安全监测数据的合理性分析理论与方法12

1.3.2 大坝安全监测资料的模型分析理论12

1.3.3 基于监测资料的结构性态反分析14

1.3.4 大坝安全决策支持系统研究进展15

1.3.5 大坝安全监控及综合评判与决策16

1.4 工程安全监测新技术及其发展趋势17

1.4.1 概述17

1.4.2 工程安全监测技术发展趋势19

参考文献26

第2章 水电工程安全监测技术31

2.1 变形监测31

2.1.1 概述31

2.1.2 表面变形监测32

2.1.3 内部变形监测37

2.1.4 裂缝及接缝监测40

2.1.5 近坝岸坡位移监测43

2.2 渗流监测44

2.2.1 渗流监测项目和要求44

2.2.2 渗压监测45

2.2.3 渗流量监测46

2.2.4 绕坝渗流监测47

2.2.5 渗流水质监测47

2.3 应力应变与温度监测48

2.3.1 混凝土应力应变监测48

2.3.2 土坝孔隙水压力监测52

2.3.3 土压力监测52

2.3.4 钢筋和钢板应力应变监测53

2.3.5 岩体应力应变监测53

2.3.6 温度监测54

2.4 水力学监测55

2.4.1 动水压力监测55

2.4.2 流态及水面线监测56

2.4.3 流速和流量监测56

2.4.4 空蚀与掺气监测57

2.4.5 消能及冲刷监测58

2.5 环境量及地震监测59

2.5.1 监测内容和要求59

2.5.2 水位监测59

2.5.3 降雨量监测61

2.5.4 气温及水温监测61

2.5.5 波浪、淤积和冰冻监测62

2.5.6 地震反应监测63

参考文献64

第3章 监测仪器及其原理65

3.1 常用传感器类型65

3.1.1 差动电阻式传感器的基本原理65

3.1.2 钢弦式传感器的基本原理66

3.1.3 电感式传感器的基本原理69

3.1.4 电阻应变片式传感器的基本原理71

3.1.5 其他原理的传感器73

3.2 常用监测仪器简介73

3.2.1 变形监测仪器74

3.2.2 应力应变监测仪器92

3.2.3 渗流监测仪器100

3.2.4 环境量监测仪器108

3.3 弦式沉降仪112

3.4 线法变形监测仪器114

3.4.1 滑动测微计114

3.4.2 滑动变形计115

3.4.3 三向位移计115

3.4.4 其他线法监测仪器115

3.4.5 线法变形监测仪器的应用117

3.5 声发射监测117

3.6 微震监测120

3.6.1 微震监测系统120

3.6.2 微震监测信息处理123

3.6.3 基于微震信息的岩体稳定性评价124

3.7 光纤监测125

3.7.1 准分布光纤传感监测原理126

3.7.2 分布式光纤传感监测原理127

参考文献133

第4章 安全监测自动化134

4.1 概述134

4.1.1 自动化监测的必要性134

4.1.2 自动化监测系统的基本要求134

4.1.3 自动化监测系统的设计模式135

4.2 自动化监测系统设计136

4.2.1 自动化监测的范围136

4.2.2 自动化监测系统的内容与功能136

4.2.3 自动化监测系统的结构137

4.2.4 自动化监测系统的防雷措施138

4.2.5 自动化监测系统的实施139

4.3 监测数据采集管理软件140

4.3.1 软件系统开发目标140

4.3.2 软件系统开发原则141

4.3.3 系统总体功能框图141

4.3.4 系统物理功能概要142

4.3.5 系统工作流程143

4.3.6 系统体系结构144

4.3.7 数据库144

4.3.8 系统的安全管理146

4.4 远程监控系统147

4.4.1 远程监控管理网络的构建147

4.4.2 远程监控数据库148

4.5 综合分析决策支持系统149

4.5.1 方法库149

4.5.2 模型库152

4.5.3 综合分析推理系统154

参考文献155

第5章 监测资料分析的主要内容与环节156

5.1 监测资料分析的基本内容156

5.1.1 资料分析的范围156

5.1.2 资料分析的主要内容156

5.2 监测资料分析的主要环节159

5.2.1 资料收集159

5.2.2 效应量转换160

5.2.3 数据整编与预处理161

5.2.4 监测资料分析163

5.2.5 图形生成及报表制作165

5.3 大坝安全现场检查168

5.3.1 现场检查的必要性168

5.3.2 现场检查的主要内容169

5.3.3 现场检查的主要方法170

参考文献171

第6章 安全监测数值模拟理论与方法172

6.1 统计学模型172

6.1.1 统计回归模型173

6.1.2 灰色模型178

6.1.3 神经网络模型181

6.2 确定性模型183

6.2.1 数学模型构建183

6.2.2 模型精度控制184

6.2.3 模型应用184

6.3 混合模型184

6.4 大坝安全监测分析的新理论和新方法185

6.4.1 时间序列分析法185

6.4.2 突变理论186

6.4.3 模糊聚类分析理论187

6.4.4 遗传算法187

参考文献188

第7章 岩质边坡位移反分析理论与实践190

7.1 岩质边坡位移反分析的特点190

7.2 边坡开挖过程的有限元分析191

7.3 多介质边坡弹性模量与初始地应力场位移反分析方法193

7.3.1 弹性模量反分析模型193

7.3.2 弹性模量反分析优化算法193

7.3.3 地应力场反分析模型196

7.3.4 地应力场反分析优化算法196

7.3.5 算例198

7.4 基于BP网络与遗传算法的岩石边坡位移反分析方法198

7.4.1 有限元计算的BP网络模拟199

7.4.2 算例199

7.5 工程应用200

7.5.1 第一期开挖位移反分析200

7.5.2 岩体变形机制与开挖松动区202

7.5.3 第二期开挖位移反分析205

7.6 小结209

参考文献209

第8章 大坝安全监测信息管理系统211

8.1 概述211

8.1.1 大坝安全监测信息管理系统的作用及意义211

8.1.2 大坝安全监测信息管理系统理论与应用进展211

8.2 系统设计原理213

8.2.1 系统设计原则213

8.2.2 系统开发模式214

8.2.3 数据库结构及数据流程设计215

8.2.4 系统功能设计216

8.2.5 系统界面设计216

8.2.6 系统集成与接口217

8.2.7 系统硬软件配置218

8.3 大坝信息管理系统219

8.3.1 数据管理子系统219

8.3.2 图形与图表子系统222

8.3.3 文档管理子系统223

8.4 大坝安全监测资料分析及预报系统226

8.4.1 常规分析功能模块226

8.4.2 数学模型分析功能模块227

8.4.3 预测预报功能模块227

8.5 大坝安全分析系统229

8.5.1 正分析子系统230

8.5.2 反分析子系统237

8.6 大坝安全评价系统238

8.6.1 单项关键指标评价子系统239

8.6.2 大坝安全综合评价子系统239

8.6.3 专家系统242

8.7 大坝安全管理系统245

8.7.1 大坝日常安全管理子系统245

8.7.2 大坝安全应急子系统247

参考文献247

第9章 水电工程安全监测管理模式探讨250

9.1 国内外大坝安全管理概况250

9.1.1 国外大坝安全管理现状250

9.1.2 中国大坝安全管理现状与发展趋势256

9.1.3 小结260

9.2 水电工程施工期安全监测管理模式探讨261

9.2.1 施工期安全监测的必要性261

9.2.2 安全监测工作的特殊性、管理环节与内容262

9.2.3 常见的安全监测管理模式及其特点分析264

9.3 水电工程运行期安全监测管理模式探讨265

9.3.1 水电工程运行期安全监测管理现状265

9.3.2 水电工程运行期安全监测管理模式探讨266

参考文献267

下篇 水电工程安全监测与管理实务273

第10章 高拱坝安全监测与管理273

10.1 工程概况273

10.2 监测系统273

10.2.1 拱坝监测项目273

10.2.2 坝体及坝基变形监测274

10.2.3 垂直位移监测276

10.2.4 应力应变监测277

10.2.5 渗压及渗流量监测278

10.2.6 温度观测279

10.2.7 水温及气温观测280

10.2.8 水位观测281

10.2.9 水力学和动力学观测281

10.3 大坝安全管理283

10.3.1 大坝安全管理体系283

10.3.2 防汛管理284

10.3.3 大坝安全监督285

10.3.4 水工维护工程项目管理286

10.4 典型监测资料分析示例286

10.4.1 环境量变化特征286

10.4.2 坝体温度场分析291

10.4.3 大坝水平位移分析295

10.4.4 渗流渗压分析305

10.5 安全监测结论313

参考文献314

第11章 混凝土重力坝安全监测与管理316

11.1 工程概况316

11.2 大坝安全监测布置316

11.2.1 监测项目316

11.2.2 表面变形监测317

11.2.3 内部监测319

11.2.4 渗流监测319

11.3 典型监测资料分析323

11.3.1 环境量监测资料整理323

11.3.2 水平位移323

11.3.3 竖向位移325

11.3.4 坝体横缝与温度325

11.3.5 坝体应力应变328

11.3.6 厂坝联合受力330

11.3.7 基础扬压力330

11.3.8 坝肩绕渗与地下水位332

11.3.9 坝区渗流场分析334

参考文献334

第12章 土石坝安全监测与管理335

12.1 工程概况335

12.2 大坝安全监测布置336

12.2.1 监测项目336

12.2.2 表面变形监测336

12.2.3 内部变形监测338

12.2.4 渗流监测339

12.2.5 应力应变监测339

12.2.6 温度监测342

12.3 典型监测资料分析342

12.3.1 环境量监测资料整理342

12.3.2 大坝表面变形342

12.3.3 内部变形346

12.3.4 大坝渗流352

参考文献360

第13章 闸坝安全监测与管理361

13.1 工程概况361

13.2 监测系统布置361

13.2.1 变形监测361

13.2.2 渗流监测362

13.2.3 环境量监测362

13.2.4 其他监测364

13.3 典型监测资料分析364

13.3.1 水平位移364

13.3.2 竖向位移364

13.3.3 闸基渗透压力364

13.4 闸坝安全监测信息管理系统366

13.4.1 开发模式与平台366

13.4.2 系统总体架构366

13.4.3 大坝信息管理子系统367

13.4.4 监测资料分析子系统374

13.4.5 大坝安全分析子系统376

13.4.6 大坝安全评价子系统379

参考文献383

第14章 地下洞室群施工期安全监测与管理实务384

14.1 工程概况384

14.2 地下厂房安全监测系统386

14.2.1 围岩变形监测设计386

14.2.2 支护锚杆受力监测设计386

14.2.3 锚索荷载监测设计395

14.2.4 岩锚梁变形与受力监测设计396

14.3 厂房安全监测管理及实施396

14.4 典型监测成果分析397

14.4.1 围岩变形特征397

14.4.2 锚杆受力特征402

14.4.3 锚索受力分析404

14.4.4 岩锚梁变形及受力分析406

14.5 小结410

参考文献411

第15章 高边坡施工期安全监测与管理实务412

15.1 边坡地质环境条件简介412

15.2 边坡监测设计原则及布置414

15.2.1 边坡表面变形监测414

15.2.2 边坡浅部开挖影响区监测415

15.2.3 边坡深部变形监测417

15.2.4 谷幅平距监测418

15.3 典型监测成果分析422

15.3.1 地表测点变形监测分析422

15.3.2 边坡浅部开挖影响区监测成果分析424

15.3.3 边坡深部变形监测分析430

15.3.4 谷幅平距监测432

15.3.5 高边坡总体变形特征分析433

参考文献435

第16章 库岸稳定与滑坡监测实务436

16.1 泄滩滑坡简介436

16.2 监测系统设计与布置438

16.2.1 水库水位监测439

16.2.2 降雨量监测439

16.2.3 地下水位监测439

16.2.4 渗压监测439

16.2.5 变形监测440

16.2.6 体积含水量和基质吸力监测440

16.3 监测系统实施及主要监测成果440

16.3.1 水库水位监测440

16.3.2 降雨量监测441

16.3.3 地下水位监测442

16.3.4 渗压监测444

16.3.5 滑体深部变形445

16.3.6 体积含水量和基质吸力监测447

16.4 典型监测成果分析449

16.4.1 蓄水期滑坡体的水动力学响应449

16.4.2 降雨条件下地表体积含水量和基质吸力的变化规律454

16.4.3 降雨与滑坡体地下水位的关系454

16.4.4 蓄水期滑坡体的变形响应458

16.4.5 运行期滑坡体的变形规律459

16.5 小结461

参考文献461

附录 水工大坝安全监督管理法规目录一览表462