1、集中式数据采集系统结构缺点主要有：每一个采集器只能接受一种类型的传感器（如差阻式仪器只能接入差阻式集线箱），且采集器置于主机附近，使得传感器不能就近入箱，总线过长 。众多仪器连接在一条总线上，一旦总线或某台仪器出现故障，势必影响其他仪器的正常测量；缺乏灵活性，一般工程测量中，每个项目的测点数量是不均匀的，差别很大，而集中式系统中子系统的划分与测点数量无关，使得各个子系统的负载很不平衡。分布式数据采集系统结构的优点：技术简单，适应能力强，可靠性高，观测速度快，维护及方便，电缆用量少。P57国内外安全监测自动化系统的发展现状：1分布式的体系结构采用分布式结构；2测控系统结构模块化；3通信方式多样化
2、；4供电方式多样化；5防雷和抗干扰能力得到加强。存在的问题：普遍存在系统的可靠性不高和设备更新换代困难等问题。因此，需要从监测系统结构、通信制式和标准化上开展研究，以提高监测系统的可靠性，并解决设备的更新换代问题。今后的发展：（1）加强监测手段和监测方法的研究（大坝安全监测自动化必将完成由“点”向面、由标量向矢量、由小范围向大空间、由单参数向多参数的转变。）（2）加快技术进步，适应用户要求：1）加快系统应用软件研究；2）加强自动化系统设备的环境适应性、长期稳定性和实用性，使其安装调试方便、造价低廉、维护简单；3）增加测控装置（数据采集单元）的智能性，真正实现数据采集网络的“网络化”；4）大坝安
3、全监测自动化系统应具有与水情测报自动化系统、闸门监控自动化系统、气象数据接口实现资源共享的功能。安全监测的基本方法工程三大问题：（1）强度问题（稳定问题）；（2） 变形问题沉降与不均匀沉降；（3）渗透与渗透破坏。（反映状态的关键物理量：应力、位移、孔隙水压力）监测内容（项目）：一、仪器监测：1. 变形监测；2. 渗流监测；3. 应力监测。（1-3反映结构物反应量） 4. 水文、气象监测；5. 水力学监测（4-5反映环境量）大坝变形：大坝建成水库蓄水投入运行后，由于基础与地基本身形状的改变，由于外力的作用和外界（如水的压力变化、渗透、侵蚀和冲刷、温度变化与地震等）的影响；由于坝体内部应力的作用等
4、，会产生沉陷、位移等变化。 土坝变形观测，包括水平位移、垂直位移、裂缝观测。混凝土坝除水平位移、纯挚位移和裂缝观测外，还有挠度和伸缩缝观测。大坝变形指标：坝体变形：一、表面位移，包括垂直位移和水平位移（后者有垂直坝轴线和平行坝轴线）；二、内部位移，包括垂直位移和水平位移（后者有垂直坝轴线和平行坝轴线）；三、整体位移，包括弯曲,用挠度表示；倾斜,用倾斜度表示；裂缝,用裂缝开度表示。大坝变形表面水平位移观测 表面水平位移观测；垂直位移观测（包括坝体表面、内部） 垂直位移观测（包括坝体表面、内部）；挠度（与以上联合，表征内部位移） 挠度（与以上联合，表征内部位移）；倾斜度 倾斜度；裂缝情况（变形的极
5、端情况） 裂缝情况（变形的极端情况）；布点一般在表面布设的点多一点，原因是：方 一般在表面布设的点多一点，原因是：方便、也是位移变化最大的部位 便、也是位移变化最大的部位；内部和各方向上的布点一般应该大于 内部和各方向上的布点一般应该大于3 个。观测断面的布设：土石坝：一、位移观测，横断面 一般不少于23个；纵断面一般上游12个（正常高水位以上），下游25个；内部断面：在横断面布设13个，每个断面布设13个观测垂线，各观测垂线与观测纵断面保持一致。 二、挠度观测（倾斜观测与挠度观测设置一致），同一坝段设置23条垂线即可，同一垂线设置多个测点。 三、裂缝观测（设在接缝、突变部位和重点部位）。 四
6、、其中面板堆石坝一定在周边缝上设置裂缝观测。混凝土坝（重力坝、拱坝等）：一、位移观测，纵断面：在坝顶与廊道中各设置一个，坝高时在坝中间部位增设置12纵断面；内部断面（横断面）：布置在最大坝高断面上及结构复杂断面处，12个。 水平位移观测的方法：引张线法，视准线法，激光准直法，交会法，测斜仪与位移计，卫星定位法，导线法（全站仪）。各方法的适用性：（如下表）大坝水平位移的特点：范围大，持续变形，量值小（混凝土坝mm级,土石坝cm级）。对量测方法的要求：一、参照基准，反映大坝初始位置的点或者线，并要求该点或线固定不变；二、测量手段，量测基准与大坝的水平变位；三、提高精度的设施、措施和观测规范。引张线
7、法：防风管：为了防止张引线摆动。测点必须用保护箱保护，防风、防锈，提高精度。 分段引张线：多设几个固定点，分段测定相对位移，并测定各固定分点的位移，推算总位移。 其他：对钢丝的要求、对标尺精度的要求等。 符号规定：水平位移指向下游和左岸为正规范规定，符合人们的习惯。引张线的布设：在坝体表面沿坝轴线方向布置；观测基点一般设在坝体两端的不受坝体变形影响的基岩上或廊道里；坝顶与下游侧布线多，上游侧布线少。引张线法适用于测定坝体表面水平位移。观测项目需要建立的概念：坝体“动”而观测基准“不动”的概念。视准线法：基本原理：与引张线基本一致，但是其固定不动的“线”是“光线”经纬仪的光线。觇标可以通过调节螺
8、丝左右移动，标尺：固定在固定墩上。观测过程：在大坝修好后，先将经纬仪安装在观测基点的固定墩上（要强制对中） ，并将活动觇牌固定在测点固定墩上（要强制对中），然后用经纬仪照准对面的另一个观测基点的觇标，固定经纬仪转向螺栓，使经纬仪不能转动，从而形成一条连接两个观测基点的直线光线，再用经纬仪对准各个测点，用活动觇标的微调螺栓调整觇标的位置，使之十字线与经纬仪十字线重合，读取活动觇标上游标的读数，作为初始读数。 在大坝运行期，用同样的方法测定觇标的测读读数，测读读数与初始读数之差，就是要测定测点的水平位移。关键点：观测基点固定位置应该稳固；观测基点的间距不能太大（由经纬仪的精度决定）；用校核基点经常
9、校核观测基点的位置；观测光线等因素影响。激光准直法：大气激光准直法、真空激光准直线法（原理与视准线法相同，只是用激光束代替了经纬仪人工瞄准，更精确。垂直位移监测：观测方法：1、精密水准法（表面垂直位移测定），适用于混凝土坝；（水准基点固定在岸坡灌浆廊道里，构造三点的等边三角形网；测量点固定在坝体上，牢固，保护。特别是对于土坝。）2、三角高程法，精度要求高，适用于土坝（用全站仪）（解决了大气折光问题）；3、沉降仪，观测内部点垂直位移；（有电磁式、钢弦式、电感式、水管式等等，以电磁感应式用的多）4,、沉降板，适用于监测分层垂直位移，观测内部点垂直位移；5、多点位移计，观测内部点各个方向的位移。挠度
10、观测：挠度指坝体的分层变形情况（内部）：符号，向下游，向左岸为正；方法，正垂线法、倒垂线法。倾斜监测：方法：倾斜仪：混凝土坝或土石坝；测斜仪：土石坝；精密水准：混凝土坝与土石坝。裂缝观测：测微器、卡尺、百分表和千分表；测缝计（单项、三向）；等等符号：裂缝张开为正，闭合为负。原理：宽度：利用固定在裂缝两侧的位移传感器或卡尺、百分表等测量；长度：钢尺人工测量，探地雷达、电视等新方法；深度：探地雷达，超声波等。强调面板坝周边缝的观测：面板坝的关键是面板的防渗作用，周边缝是容易开裂的，监测非常必要；周边缝在水下，监测应该用遥测或其他可靠方法；一般用三向测缝仪。渗流监测：渗流监测对于了解大坝在上下游水位
11、、降雨、温度等环境量作用下的渗流规律以及验证大坝的防渗设计，具有重要意义。大坝渗流监测的主要项目有：坝体浸润线、渗压力、扬压力、绕坝渗流、渗流量、渗流水质。混凝土坝或砌石坝渗流监测的内容：扬压力，地下水位，绕坝渗流（水位），渗流量，特殊部位的渗透压力（如：断层内部，软弱夹层内部等）。土坝、土石坝或面板堆石坝渗流监测的内容：地下水位，浸润线，渗透压力，孔隙压力（施工期），绕坝渗流，渗流量。扬压力监测：适用坝型：混凝土坝、砌石坝观测断面：坝基（关键!）纵断面：1个，帏幕、排水孔下游侧或排水帏幕线上；横断面：25个；观测点：横断面上35个点；坝体数量较坝基少，并与坝基结合。在分缝处埋设，13个横断面
12、；上游密，排水孔上下游各设观测点。测压管（适用于岩基）：有压测压管，无压测压管（无压力表，用水位计测定管内水位），渗压计（适用于坝基、坝体扬压力监测）。渗压力监测：针对坝型：土石坝（包括面板堆石坝）。 观测断面与观测点：坝基：天然岩层、人工防渗设施（如：帏幕或防渗墙）、排水系统等 横向观测断面为35个，顺流线布。 观测点：（1）对于水平铺盖防渗的坝：铺盖末端、与坝体防渗设施结合的部位布设观测点。（2）对于垂直截渗墙防渗的坝：在墙的上下游各布设一个测点。（3）对于多层透水地基：在弱透水层下部，排水井和渗透出口处布设观测点（4）对于岩石地基：在断层、软弱层和帏幕等中布设观测点坝体：包括坝体内部渗透
13、压力分布和浸润面位置横向观测断面与坝基相配合，一般3个一般布置成观测垂线，按坝体流线布置。（1）均质坝，（2）斜墙坝与面板坝（看ppt图）（3）心墙坝：主要在坝体心墙和其下游坝体上布设。测压管法，渗压计法。测压管法：适用于水头小于20m，土体渗透系数大于1104的坝体渗压观测。一般为无压测压管：1、孔口段2、导管段：15，反滤包裹。 岩体直接钻孔。10cm，L1m4、沉淀段：岩基用。土体不用，且孔底封堵。渗压计法：与扬压力测定一致，适用性广，便于自动化，广泛应用。监测土体固结时孔隙水压力变化；一般应用于监测土坝施工期的饱和土固结过程，或监测软弱地基在施工中的固结过程，保证施工期安全。绕坝渗流监
14、测：测压管；渗压计。注意事项：1、进水段不能太长，否则失真，2、多层地层时，注意分层封堵，3、深度达到死水位、原地下水位以下，4、其他原理等与上节同。地下水位：与渗压观测原理同，只是观测的目的是地下水位而已。渗流量：观测内容：1、总渗流量，2、分区渗流量：各坝段渗流量（河床、溢流段等）；坝体、坝基、绕渗流量；导渗渗流量，如减压井、排水井等，3、水质（结合渗流量观测，对渗水进行）。布置：土坝或土石坝，在坝后设置，分区用隔水墙分隔混凝土坝、砌石坝和面板坝，一般在下游检查廊道内进行，也可以在坝后设置注意：1、坝后坝面上设排水沟，导出地面径流2、避免泄洪流和下游回水干扰3、切实做好分区渗流的分隔4、用
15、导渗沟将渗流导渗与集中部位，以便于观测1、流量小于1L/s，容积法2、流量在1300L/s，量水堰法3、太大时用导渗沟如排水沟，流速仪法量水堰法：要求：1、量水堰设在矩形平直的渠段上，隔水2、堰板与水流垂直3、堰口为自由出流4、堰板为不锈钢平板，其堰口下游边为450斜角5、测度设备设在堰口上游35倍堰顶水位处6、堰槽长度应该大于7倍堰顶水头，其中上游段应该大于5倍堰顶水头三角堰 50L/s：堰的形状为矩形，其他与三角堰一致。人工测针，自动水位计。水质监测：一般包括渗流水质监测与水库水质监测两种内容：物理指标：温度，pH值，电导率，透明度，颜色、悬浮物，矿化度；化学指标：总磷，总氮、硝酸盐，溶解
16、氧，生化需氧量、有机金属化合物等。仪器：水温计，pH计，电导率计，透明度计，自动水质监测仪等。目前趋于自动水质监测：黄河水质自动监测站，都江堰水质自动监测等应用实例。应力监测：强度理论：经典强度理论（传统强度理论）最大正（拉）应力理论 （第一强度理论），最大正（拉）应变理论 （第二强度理论），最大剪应力理论（第三强度理论），最大变形能理论（第四强度理论）； 土的强度理论（ 1.屈雷斯卡（Tresca）准则（K越大,强度越高）及其广义准则（考虑球应力水平的影响），2、密塞斯（Von Mises）准则及其广义准则，3. 莫尔库仑（Mohr-Coulomb）强度准则）。土石坝应力与混凝土坝不同，它有
17、（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。心墙坝蓄水期坝体应力水平：（略看）1、在心墙与两侧堆石材料过渡处应力有一定程度的凹凸变化，这是由于心墙料模量较两侧材料模量小造成的。2、心墙各高程的竖向应力均大于该高程心墙所受的水的浮托力，心墙内没有出现拉应力，因此心墙内发生拉裂破坏的可能性不大。3、从应力水平的分布看来，坝体整体的应力水平不高。4、由于水压力集中在心墙上游面使心墙向下游位移，导致墙前局部过渡区和坝壳处于主动土压力下，即接近极限平衡状态，所以该处部分单元应力水平接近1.0。5、由于心墙内应力水平较低，最大不超过0.7，所以心墙是安全的。
18、面板坝蓄水期坝体应力水平：1、坝体应力分布符合一般面板坝的规律。2、坝体的应力水平不高，在0.67左右，但混凝土面板的应力分布复杂（图中未明示，坝趾处局部出现拉应力。3、由于二维计算无法完全反映面板的应力应变情况，例如无法反映面板垂直缝，水平缝等的特性，故面板的应力应变状态及其安全性主要依靠以往面板坝的工程经验判断。大坝应力监测的内容包括：1、混凝土应力应变观测，2、岩体应力应变观测，3、钢材应力应变观测，4、土应力观测。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
19、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0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。观测布置：重力坝：1、在重点监测坝段布置12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，2、坝踵与坝趾处应该加强监测。3、坝体表面也应该布设一定的观测点。4、岸坡也应该适当布置监测点。5、监测点的布置应该满足坝体结构应力分布为目的。6、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。拱坝：1、在拱冠、1/
20、4拱弧处选择垂直监测断面13个，在同一垂直监测断面上的35个高程上设置观测点，每个高程点数不得小于3个。2、在上下游坝面上也应该设置一定的测点3、坝踵与坝趾上应该重点监测4、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。面板坝：1、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13个面板条块，其中一个应该是面板中部最长的条块。2、无应力计设置应该与测点等高程3、应该用35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。岩体的应力监测：监测部位：坝基地下工程，坝肩岩体，洞室。观测方法与仪器：1、岩基应变计（即：大应变计，标距长度为12
21、m），多点位移计，滑动测微计；2、岩石弹性模量可用室内试验或钻孔弹模仪测定。测点布置：1、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2、高边坡监测可采用多点位移计观测3、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：由位移计算应变，再计算应力。钢材的应力监测：混凝土内部钢筋应力监测。监测方法：埋设钢筋计和钢筋无应力计。1、钢筋计应该焊接在同一直径的受力钢筋的轴线上2、钢筋计距钢筋的绑扎接头大于1.5m，不使传感器弯曲。土压力监测：1、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2、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）坝体内部土压力监测：1、观测断面：12个横断面，2、每个横断面在23个高程设置观测点，并在每个高程上布置23个观测点。1、土压力观测难度大，观测点不易多2、测点附近同时布设渗压计，测孔压，计算有效应力3、安排进行相应的土力学试验，4、用双膜土压力计好接触土压力观测：1、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。2、沿界面布设，一般35个观测点。
