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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