【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土石坝等各类填筑工程的变形监测，具体涉及一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统及方法。
技术介绍
1、土石填筑工程通常作为建筑地基或者直接作为建筑结构，无论是作为地基还是结构本身，都需要有足够的强度与体积稳定性，通常从填筑料岩性、级配、碾压做功、工后沉降时间等多方面进行综合控制。填筑不密实等原因会导致建筑结构承载力降低，在荷载作用下产生较大的变形或不均匀变形，而这些大的变形或不均匀变形危害较大，易引起结构开裂、稳定性下降等，需要进行监测与控制。《土石坝安全监测技术规范》（sl 551）、《土石坝安全监测技术规范》（dl/t 5259）对监测系统的布置做了详细规定，通常设置若干横断面、纵剖面、按高程分若干层进行监测系统布置，对于大坝变形监测，又根据监测部位与监测手段分为内部变形监测与外部变形监测，布置在坝体表面采用大地测绘方法、卫星导航定位方法等进行监测，谓之外部变形监测，简称“外观”；采用水平垂直位移计、沉降测斜管等进行坝体内部位移监测，谓之内部变形监测，简称“内观”。其中沉降管或沉降测斜管中用于测量坝体分层沉降的沉降环通常按照一定间距布置，间距1m-10m不等，可通过沉降仪测量沉降环处的沉降量以及环间土层的压缩量，而填筑施工会根据填筑材料的最大粒径、压实设备的能力等条件通过碾压试验确定填筑碾压的分层厚度进行分层填筑、碾压施工，分层厚度一般30cm-100cm不等，这样一来，沉降环的位置与层厚就很难对应起来，即沉降环很多不在层面了，虽然不影响总的沉降量与沉降率等指标的计算，但每一层的间歇时间及荷载条
2、另外，内部变形监测受仪器设备、安装埋设等多因素影响，其结果总是不如外观数据直观可信，但上游面在运行后常被水淹没，以运行安全监测为主要目的的上述两规范通常不会在淹没区布置永久性外观监测系统，在施工期为了指导施工和控制变形，尤其是为了确定混凝土面板堆石坝的面板施工时机，通常会按照《水电水利工程施工安全监测技术规范》（dl/t 5308）或工程经验，在上游的面板垫层布置临时变形监测点，按照一定的间隔呈网格状布置，通常情况并未考虑测点是否在填筑层面、是否与内观测点对应起来，同上原理其监测成果无法精准对应施工实际分层和内观数据，影响变形监测成果的分析精度。
3、根据以上分析，可以总结当前土石坝变形监测系统布置存在的问题与不足，如下：
4、1、内部变形沉降测点布置在填筑层的中间，测点之间不是整的填筑层厚度。安装之后观测到的沉降监测数据，对于土石坝的宏观分析和推断，没有问题，是基于把土石坝在竖直方向上视为均质对象来考虑，但是未充分考虑每一填筑层在竖直方向上的局部差异。即，因为土石坝在上料、摊铺、碾压施工过程中，不可避免的会造成每一填筑层的上半部分因为接受的碾压做功更直接更大，比下半部分最终密实度要偏高，这种现象通过后期挖试坑揭示出来的断面也很容易观察出来。
5、而这样的传统监测施工做法和土石坝填筑层的局部特性，对于土石坝沉降监测成果的精细化数据整理分析工作会带来一定的干扰。因为按照当前主流的地基理论沉降量计算方法——“分层总和法”，需要相对准确的各填筑层土体参数，在土石坝施工过程中，通过灌水法等方法获取的是所在填筑层的平均密度。
6、如果随着土石坝的填筑施工，沉降环刚好位于所在填筑层的中间，那么在“分层总和法”计算理论沉降量的时候，会需要以该层的平均密度代表该填筑层监测设施所在高程以下那部分土体密度，因此引入一定的偏差，同时，对于其上半部分的计算也会遇到类似的情况。并且，通常需要在该填筑层摊铺、振动碾压等施工完成之后，开挖至设计高程，安装沉降环之后，再进行回填、碾压等作业，对施工也造成一定干扰。
7、与此相对应的，如果把沉降环的安装位置调整到设计位置所在填筑层的顶部或底部，那么，在采用“分层总和法”计算理论沉降量的时候，就会更加方便和精确。
8、2、内部变形测点与外部变形测点位置不在同一断面、同一高程，无法对内观和外观监测数据进行对比和联合分析。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术不足，提供一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统及方法，该方法将土石坝的内部变形监测设施与外部变形监测设施成组对应布设，即按照同断面、同高程，并与填筑施工分层完整对应的原则进行布设，进行同步观测、联合分析。目的之一：达到内观、外观监测数据互相检验校核、互相印证；目的之二：变形监测数据与填筑施工分层完整对应，监测数据更加准确的揭示变形规律。为土石坝施工期沉降变形控制提供更加全面、精确的监测数据，用以指导施工和验证设计，适应于土石坝等土石填筑工程的变形监测系统设计布置。
2、为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统，其特征在于：包括用于监测土石坝内部沉降变形的内部变形监测设施；
3、还包括用于监测土石坝外部沉降变形的外部变形监测设施；
4、所述内部变形监测设施设置在土石坝的内部，所述外部变形监测设施设置在土石坝的外部；
5、所述内部变形监测设施和外部变形监测设施成组对应布设，按照同断面、同高程，并与填筑施工分层完整对应的原则进行布设，进而进行同步观测、联合分析。
6、所述内部变形监测设施采用电磁式沉降管、水管式沉降仪或振弦式沉降仪。
7、所述外部变形监测设施采用反射棱镜。
8、采用所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统的变形监测方法，将土石坝内部变形监测与外部变形监测的断面、层面合一，即在平面上布置在同一断面桩号上，在竖向布置在同一高程上；对于沉降监测则按照就近微调的原则，把沉降监测点的沉降环和沉降测头按照原设计竖向间隔进行微调，调整至最近的填筑施工分层层面；对内部变形监测设施和外部变形监测设施按照分层施工进行同步观测。
9、将内部变形监测设施和外部变形监测设施分别监测到的内观变形监测数据和外观变形监测数据进行互相检验校核、互相印证，变形监测数据与填筑施工分层完整对应，变形监测数据用于揭示变形规律，为土石坝施工期沉降变形控制提供更加全面、精确的监测数据，用以指导施工和验证设计。
10、按照以下方法进行理论沉降计算：将填筑体划分若干计算单元，与原型观测单元对应起来，按照自然填筑层为计算单元，每填筑一层，对填筑层以下的土体沉降进行计算，获得一个沉降理论计算值d，将实测沉降值d’与理论计算值d进行比较，即可知道沉降比率，当沉降比率达到一定数值即可认定为沉降稳定。
11、理论计算值d是由每一层的压缩量累加而成，每一层的压缩量=上覆荷载/变形模量，施工期主要考虑填筑土自重，不考虑土的侧向约束，土的自重g=γh，通过土工大型固结试验获得压缩模量，再根据不同部位换算成变形模量，有条件时采本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统，其特征在于：包括用于监测土石坝内部沉降变形的内部变形监测设施；
2.根据权利要求1所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统，其特征在于：所述内部变形监测设施采用电磁式沉降管、水管式沉降仪或振弦式沉降仪。
3.根据权利要求1所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统，其特征在于：所述外部变形监测设施采用反射棱镜。
4.采用权利要求1-3任意一项所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统的变形监测方法，其特征在于，将土石坝内部变形监测与外部变形监测的断面、层面合一，即在平面上布置在同一断面桩号上，在竖向布置在同一高程上；对于沉降监测则按照就近微调的原则，把沉降监测点的沉降环和沉降测头按照原设计竖向间隔进行微调，调整至最近的填筑施工分层层面；对内部变形监测设施和外部变形监测设施按照分层施工进行同步观测。
5.根据权利要求4所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统的变形监测方法，其特征在于，将内部变形监测设施和外部
6.根据权利要求4所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统的变形监测方法，其特征在于，按照以下方法进行理论沉降计算：将填筑体划分若干计算单元，与原型观测单元对应起来，按照自然填筑层为计算单元，每填筑一层，对填筑层以下的土体沉降进行计算，获得一个沉降理论计算值D，将实测沉降值D’与理论计算值D进行比较，即可知道沉降比率，当沉降比率达到一定数值即可认定为沉降稳定。
7.根据权利要求6所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统的变形监测方法，其特征在于，理论计算值D是由每一层的压缩量累加而成，每一层的压缩量=上覆荷载/变形模量，施工期主要考虑填筑土自重，不考虑土的侧向约束，土的自重G=γh，通过土工大型固结试验获得压缩模量，再根据不同部位换算成变形模量，有条件时采用原型观测数据分析计算不同部位不同深度的的变形模量，进而计算得到每一层的压缩量=G/E0=γh/E0；其中，γ为土重度；h为土层厚度；E0为土变形模量。
8.根据权利要求7所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统的变形监测方法，其特征在于，通过计算得到各填筑层所在层面的沉降理论计算值D，预估土石坝高程坝体最终沉降量，并与变形监测系统所测得的实际沉降量进行比较，掌握土石坝沉降进度，为面板施工工序的组织提供参考。
...【技术特征摘要】
1.一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统，其特征在于：包括用于监测土石坝内部沉降变形的内部变形监测设施；
2.根据权利要求1所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统，其特征在于：所述内部变形监测设施采用电磁式沉降管、水管式沉降仪或振弦式沉降仪。
3.根据权利要求1所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统，其特征在于：所述外部变形监测设施采用反射棱镜。
4.采用权利要求1-3任意一项所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统的变形监测方法，其特征在于，将土石坝内部变形监测与外部变形监测的断面、层面合一，即在平面上布置在同一断面桩号上，在竖向布置在同一高程上；对于沉降监测则按照就近微调的原则，把沉降监测点的沉降环和沉降测头按照原设计竖向间隔进行微调，调整至最近的填筑施工分层层面；对内部变形监测设施和外部变形监测设施按照分层施工进行同步观测。
5.根据权利要求4所述一种基于填筑施工分层层面布置的土石坝内外部变形监测系统的变形监测方法，其特征在于，将内部变形监测设施和外部变形监测设施分别监测到的内观变形监测数据和外观变形监测数据进行互相检验校核、互相印证，变形监测数据与填筑施工分层完整对应，变形监测数据用于揭示变形规律，为土石坝施工期沉降变形控制提供更加全面、精确的监测数...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭光文，吴光富，余英，谭恺炎，胡迪忠，张新源，李战备，黄小红，张成阔，姚红兵，虞贵期，程志华，孙文胜，梁钦露，罗晓华，曹永辉，潘高倡，易静，金海燕，
申请(专利权)人：中国葛洲坝集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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