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