高拱坝施工期变形监控方法及系统

摘要

本发明提供一种高拱坝施工期变形监测方法及系统，即在河床岸边高拱坝坝肩基岩上固定全站仪，在坝体不同高程外表面设置若干个监测点，在中间坝段的中间处设置校正点，在各监测点和校正点处固定观测棱镜，在中间坝段的中心坝轴线上自坝基面处开始布设若干个串联的分布式传感器；根据大坝设计参数建立高拱坝模型；根据校正点和各监测点的实际位移量和理论位移量修正高拱坝模型；通过修正后的高拱坝模型计算不同高程坝体各点的实际位移量，与高拱坝的设计标准进行比较，判断高拱坝的变形是否在允许的范围内。本发明自高拱坝浇筑施工开始即监测高拱坝的变形情况，为高拱坝的施工质量提供可靠的保障，为高拱坝的施工监理提供准确、可靠的参考依据。

权利要求

1.一种高拱坝施工期变形监测方法，其特征在于：它包括如下步骤：S1、布设监测系统

S1.1、在河床左岸和/或右岸坝肩基岩上固定一台全站仪；

S1.2、在河床左岸和/或右岸坝肩基岩上、与全站仪同侧选取一个基本观测点，在基本观测点处固定一观测棱镜，该观测棱镜与同侧全站仪保持通视，且全站仪与同侧基本观测点处的观测棱镜的连线与高拱坝坝轴方向相同或异面；

S1.3、在高拱坝每段高程不同坝段坝体的外表面选取若干个监测点，在同一高程中间坝段的中间位置选取一个点作为校正点；在各监测点和校正点处分别固定一观测棱镜，该观测棱镜与全站仪保持通视；

S1.4、在高拱坝中间坝段的中心位置坝轴线上，自坝基面开始布设若干个串联的分布式传感器，保证分布式传感器与步骤S1.3中选取的各监测点和校正点位于同一高程；

S1.5、全站仪和各分布式传感器通过有线或无线方式与数据传输模块相连，通过数据传输模块上传检测数据；

S2、根据大坝设计参数建立高拱坝模型；

S3、仿真修正步骤S2建立的高拱坝模型，得到高拱坝施工期模型；

计算校正点和各监测点的实际位移和理论位移，根据校正点和各监测点的实际位移量和理论位移量修正高拱坝模型，得到高拱坝施工期模型；

S3.1、根据步骤S2建立的高拱坝模型仿真计算施工期中间坝段校正点的理论位移量；

S3.2、根据步骤S1.4布设的分布式传感器检测的中间坝体中心位置的内部变形数据计算施工期中间坝段校正点的实际位移量；

具体计算步骤：

S3.2.1、计算自坝基面开始，每一段高程中间坝段校正点的水平位移增量Δuxi：每一段带状载体内都放有一个MEMS传感器，MEMS传感器测得对应高程为i时，水平方向加速度值为accxi：accxi＝Axi+Kxi*G*sin(θxi)

式中：Axi是MEMS传感器的偏值，Kxi是MEMS传感器的标度因数，G地球重力加速度，θxi对应MEMS传感器测值轴上倾角，即MEMS传感器轴与重力方向的夹角：根据求得的MEMS传感器轴与重力方向夹角θxi，求得高程为i时中间坝段校正点的实际水平位移增量Δuxi：Δuxi＝L×sin(θxi)

式中，L为MEMS传感器的载体长度；Δuxi下角标中的x表示内部观测，i表示高程；

S3.2.2、计算自坝基面到任意高程i处中间坝段校正点累积的水平实际位移量uxi为：S3.3、通过修改坝体的热学参数，包括散热系数，导热系数，导温系数，使中间坝段校正点的理论位移量等于实际位移量，得到中间坝段被修正后的高拱坝施工期模型；

S3.4、通过S3.3得到的中间坝段被修正后的高拱坝施工期模型计算高拱坝其余坝段所有外表面监测点的理论位移量；

S3.5、根据全站仪观测的不同坝段坝体外表面各监测点的变形数据，计算不同坝段坝体外表面各监测点的实际位移量Δuoji；

式中，Δuoji表示高程为i第j个坝段外表面监测点的实际位移量，下角标O表示外部观测，j表示坝段数，j＝1，2...M...，i表示高程； 表示高程为i全站仪到第j个坝段外表面监测点观测棱镜的距离； 表示高程为i全站仪到第j个坝段外表面监测点观测棱镜的仰角； 表示高程为i基本观测点观测棱镜到第j个坝段外表面监测点观测棱镜之间的夹角；

S3.6、通过修改坝体的热学参数，包括散热系数，导热系数，导温系数，使不同坝段外表面监测点的理论位移量等于实际位移量，得到全坝段均被修正后的高拱坝施工期模型；

S4、通过S3得到修正后的高拱坝施工期模型，计算不同高程不同坝段坝体各点的位移量，根据高拱坝设计标准，判断高拱坝施工期不同高程坝体的变形是否在允许的范围内；

S5、随着坝体浇筑不断升高，根据需求和数据采集的变化，重复S3‑S4的步骤，得到高拱坝各个施工期模型，监测各施工期的坝体变形。

2.根据权利要求1所述的高拱坝施工期变形监测方法，其特征在于：所述监测系统包括外部位移观测装置、内部位移观测装置、数据传输模块和监测分析终端；

所述外部位移观测装置和所述内部位移观测装置自高拱坝施工期开始观测不同高程不同坝段坝体的外部和内部的变形；所述外部位移观测装置和内部位移观测装置将观测的数据通过所述数据传输模块以无线传输的方式上传给所述监测分析终端；

所述外部位移观测装置包括固定在河床岸边坝肩处基岩上的全站仪、固定在与所述全站仪同侧坝肩基岩上的基本观测点观测棱镜和固定在不同高程不同坝段坝体外表面上的若各个间隔设置的监测点观测棱镜；

所述内部位移观测装置设置在高拱坝中间坝段的中心位置的坝轴线上；它包括若干段首尾相连的载体和若干个固定在载体上的串联的分布式传感器；所述分布式传感器的数据线沿所述载体铺设；

所述分布式传感器与所述坝体外表面的各监测点观测棱镜位于同一高程；

所述监测分析终端布设在高拱坝控制中心，它包括数据接收端口、数据处理模块。

3.根据权利要求2所述的高拱坝施工期变形监测方法，其特征在于：所述基本观测点观测棱镜固定在观测期间不会发生垂直变形的物体上，与位于同侧岸基岩上的所述全站仪保持通视，且与所述全站仪的连线与高拱坝坝轴方向相同或异面。

4.根据权利要求3所述的高拱坝施工期变形监测方法，其特征在于：在高拱坝中间坝段的中心位置自坝趾开始，随着坝体高程的增加开有一纵向通孔，所述内部位移观测装置内置在该纵向通孔内。

5.根据权利要求4所述的高拱坝施工期变形监测方法，其特征在于：所述载体沿所述纵向通孔铺设；所述载体由柔性抗腐蚀抗拉材料制成。

6.根据权利要求5所述的高拱坝施工期变形监测方法，其特征在于：所述分布式传感器为MEMS传感器。

说明书

高拱坝施工期变形监控方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种监控高拱坝施工期变形的方法及系统，具体地说，本发明涉及一种自高拱坝开始混凝土浇筑即开始实时监测其变形的系统及方法。本发明属于高拱坝施工监理技术领域。

背景技术

[0002] 通常，高拱坝采用顺河向通仓、拱向设横缝的浇筑方式，当坝段达到一定高度时，再采用接缝灌浆的方式，将单坝段连成整体，形成高拱坝。在高拱坝浇筑过程中，已浇混凝土分为接缝灌浆高程以下的整体部分和接缝灌浆高程以上的各坝段独立悬臂部分。

[0003] 由于高拱坝为双曲拱坝，为了更好发挥其拱向和梁向的双向拱作用，大坝在梁向有一定的倒悬度，通常，自坝基开始随浇筑高程的增大，其倒悬度不断增大，到2/3坝高时，倒悬度达到最大值，之后倒悬逐步减小，在浇筑过程中自重倒悬和浇筑、封拱灌浆压力的耦合作用，会给高拱坝带来三方面的问题：

[0004] 1)倒悬应力问题。

[0005] 倒悬会引起高拱坝坝趾部位的拉应力增大，当倒悬应力增大到一定程度后，与坝体温度应力叠加产生坝趾处建基面法向拉应力，严重时引起沿建基面方向的裂缝(已有工程发生过该类严重裂缝)。

[0006] 2)陡坡坝段向河谷方向的挤压变形引起陡坡坝段下部裂缝。

[0007] 陡坡坝段在其自重作用下有向河谷方向变形的倾向，进而形成对河床坝段的挤压，当河床坝段倒悬向上游变形时，又为陡坡坝段向下向内的变形腾出空间，进一步加大坝段向上游方向和河谷方向的变形，致使坝段基础部位上侧受拉，严重时在陡坡坝段底部产生裂缝。

[0008] 3)已灌浆横缝的增开问题。

[0009] 坝体的倒悬变形会使大坝整体向上游变形，增大了坝拱的弧长，使已浇筑坝体的拱向产生拉应力，已灌浆横缝一般仅有较小的抗拉强度，倒悬引起的拱向拉应力极易使横缝重新张开。

[0010] 故，在高拱坝施工期过程中，需要严密地监控坝体的变形，使其变形在设计范围内。然而，目前在高拱坝施工期，还无法做到从施工开始就实时监测高拱坝的变形，其主要原因是：目前的高拱坝变形监测方法无法做到！

[0011] 目前，高拱坝变形监测方法主要有两种：一种是垂线法，一种是光学法。

[0012] 垂线法是目前观测高拱坝坝体变形的主要方法，所谓垂线法即通过布设一条一端固定的、铅直张紧的、直径为1.5mm～2mm的不锈钢丝(垂线)，测出沿垂线不同高程的测点相对于垂线固定点的水平投影距离，来求算出各测点的水平位移值。其弊端是：观测坝体垂线变形的观测仪器必须得等大坝建设到一定高程才能安装，一般是大坝浇筑高程到达2/3以上，初次蓄水前才能安装完成。这直接导致观测数据中缺少了大部分数据，特别是坝体自重变形数据，使得计算出来的大坝变形和实测大坝变形难以相互印证，难以作为高拱坝施工期、运行期安全管理的依据。

[0013] 光学法是另一种观测高拱坝坝体变形的方法，即利用水准仪和全站仪对坝体变形进行定期测量，但是，这种观测方法也是要在大坝具备观坝条件之后才能进行，此时一般大坝已浇筑一半以上，且无法观测到1/2高程以上的悬臂部位，而且，随着大坝蓄水，大坝底部的不动点也无法观测。

[0014] 因此，现有监测/观测方法难以对高拱坝施工期的变形进行有效地、全过程的监测，特别是对高拱坝施工早期的变形漏测，造成对高拱坝施工后期变形分析、风险预判、施工工艺的改进造成很大的影响和无法挽回的后果。

发明内容

[0015] 为解决现有技术对高拱坝整个施工期坝体变形缺乏有效地、全过程监测的问题，本发明的主要目的是提供一种监测高拱坝整个施工期变形的方法，该方法可连续、自动、全程地监测坝段变形，预测大坝工作性态。

[0016] 本发明的另一目的是提供一种高拱坝施工期变形监测系统，该系统可连续、自动、全程地监测坝段的位移，为判断高拱坝坝体变形程度提供可靠的数据支持。

[0017] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高拱坝施工期变形监测方法，它包括如下步骤：

[0018] S1、布设监测系统

[0019] S1.1、在河床左岸和/或右岸坝肩基岩上固定一台全站仪；

[0020] S1.2、在河床左岸和/或右岸坝肩基岩上、与全站仪同侧选取一个基本观测点，在基本观测点处固定一观测棱镜，该观测棱镜与同侧全站仪保持通视，且全站仪与同侧基本观测点处的观测棱镜的连线与高拱坝坝轴方向相同或异面；

[0021] S1.3、在高拱坝每段高程不同坝段坝体的外表面选取若干个监测点，在同一高程中间坝段的中间位置选取一个点作为校正点；在各监测点和校正点处分别固定一观测棱镜，该观测棱镜与全站仪保持通视；

[0022] S1.4、在高拱坝中间坝段的中心位置坝轴线上，自坝基面开始布设若干个串联的分布式传感器，保证分布式传感器与步骤S1.3中选取的各监测点和校正点位于同一高程；

[0023] S1.5、全站仪和各分布式传感器通过有线或无线方式与数据传输模块相连，通过数据传输模块上传检测数据；

[0024] S2、根据大坝设计参数计算机建立高拱坝模型；

[0025] S3、仿真修正步骤S2建立的高拱坝模型，得到高拱坝施工期模型；

[0026] S3.1、根据步骤S2建立的高拱坝模型仿真计算施工期中间坝段校正点的理论位移量；

[0027] S3.2、根据步骤S1.4布设的分布式传感器检测的中间坝体中心位置的内部变形数据计算施工期中间坝段校正点的实际位移量；

[0028] 具体计算步骤：

[0029] S3.2.1、计算自坝基面开始，每一段高程中间坝段校正点的水平位移增量Δuxt：

[0030] 每一段带状载体内都放有一个MEMS传感器，MEMS传感器测得对应高程为i时，水平方向加速度值为accxi：

[0031] accxi＝Axi+Kxi*G*sin(θxi)

[0032] 式中：Axi是MEMS传感器的偏值，Kxi是MEMS传感器的标度因数，G地球重力加速度，θxi对应MEMS传感器测值轴上倾角，即MEMS传感器轴与重力方向的夹角：

[0033]

[0034] 根据求得的MEMS传感器轴与重力方向夹角θxi，求得高程为i时中间坝段校正点的实际水平位移增量Δuxi：

[0035] Δuxi＝L×sin(θxi)

[0036] 式中，L为MEMS传感器的载体长度；Δuxi参数下角标中的x表示内部观测，i表示高程；

[0037] S3.2.2、计算自坝基面到任意高程i处中间坝段校正点累积的水平实际位移量uxi为：

[0038]

[0039] S3.3、通过修改坝体的热学参数，包括散热系数，导热系数，导温系数，使中间坝段校正点的理论位移量等于实际位移量，得到中间坝段被修正后的高拱坝施工期模型；

[0040] S3.4、通过S3.3得到的中间坝段被修正后的高拱坝施工期模型计算高拱坝其余坝段所有外表面监测点的理论位移量；

[0041] S3.5、根据全站仪观测的不同坝段坝体外表面各监测点的变形数据，计算不同坝段坝体外表面各监测点的实际位移量Δuoji

[0042]

[0043] 式中，Δuoji表示高程为i第j个坝段外表面监测点的实际位移量，下角标O表示外部观测，j表示坝段数，j＝1，2...M...，i表示高程； 表示高程为i全站仪到第j个坝段外表面监测点观测棱镜的距离； 表示高程为i全站仪到第j个坝段外表面监测点观测棱镜的仰角； 表示高程为i基本观测点观测棱镜到第j个坝段外表面监测点观测棱镜之间的夹角；

[0044] S3.6、通过修改坝体的热学参数，包括散热系数，导热系数，导温系数，使不同坝段外表面监测点的理论位移量等于实际位移量，得到全坝段均被修正后的高拱坝施工期模型；

[0045] S4、通过S3得到修正后的高拱坝施工期模型，计算施工期不同高程不同坝段坝体各点的位移量，根据高拱坝设计标准，判断高拱坝不同高程坝体的变形是否在允许的范围内；

[0046] S5、随着坝体浇筑不断升高，根据需求和数据采集的变化，重复S3‑S4的步骤，得到高拱坝各个施工期模型，监测各施工期的坝体变形。

[0047] 本发明还提供一种高拱坝施工期变形监测系统，它包括外部位移观测装置、内部位移观测装置、数据传输模块和监测分析终端；

[0048] 所述外部位移观测装置和所述内部位移观测装置自高拱坝施工期开始观测不同高程不同坝段坝体的外部和内部的变形；所述外部位移观测装置和内部位移观测装置将观测的数据通过所述数据传输模块以无线传输的方式上传给所述监测分析终端；

[0049] 所述外部位移观测装置包括固定在河床岸边坝肩处基岩上的全站仪、固定在与所述全站仪同侧坝肩基岩上的基本观测点观测棱镜和固定在不同高程不同坝段坝体外表面上的若各个间隔设置的监测点观测棱镜；

[0050] 所述内部位移观测装置设置在高拱坝中间坝段的中心位置的坝轴线上；它包括若干段首尾相连的载体和若干个固定在载体上的串联的分布式传感器；分布式传感器的数据线沿载体铺设；

[0051] 所述内部位移观测装置的分布式传感器与所述坝体外表面的各监测点观测棱镜位于同一高程；

[0052] 所述监测分析终端布设在高拱坝控制中心，它包括数据接收端口、数据处理模块。

[0053] 本发明的优点是：

[0054] 1、本发明能够实时、连续的监测高拱坝从浇筑开始至建成蓄水全过程中全坝段的变形。

[0055] 2、基于全坝段全过程仿真分析和内外位移观测的耦合分析修正模型，可实现全坝段全时空变形监测，建立施工期变形值的预警控制，建立高拱坝施工期变形监测、分析和控制的系统性解决方案。

[0056] 3、本发明解决了高拱坝早期变形数据缺失的问题，解决了高拱坝施工期倒悬、温度等综合影响下的开裂问题，为大坝的安全施工提供保障，对高拱坝施工期防裂具有指导意义。

附图说明

[0057] 图1是本发明高拱坝施工期变形监测系统俯视布置示意图；

[0058] 图2是本发明高拱坝施工期变形监测系统系统组成示意图；

[0059] 图3是本发明高拱坝施工期变形监测系统内部位移观测装置的布置示意图；

[0060] 图4是本发明高拱坝施工期变形监测系统内部位移观测装置结构示意图；

[0061] 图5是本发明监测高拱坝施工期变形的方法流程图。

具体实施方式

[0062] 下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。

[0063] 如图1、图2所示，本发明提供的高拱坝施工期变形监测系统包括外部位移观测装置1、内部位移观测装置2、数据传输模块3和监测分析终端4；外部位移观测装置和内部位移观测装置自高拱坝施工期开始观测坝体的外部和内部的变形；并将观测的数据通过数据传输模块3以无线传输的方式上传给监测分析终端4；监测分析终端4首先根据大坝坝体设计参数计算机建立高拱坝模型，然后，根据校正点和各监测点的实际位移量和理论位移量修正高拱坝模型，得到高拱坝施工期模型；通过高拱坝施工期模型计算施工期不同高程不同坝段坝体各点的实际位移量，与高拱坝的设计标准进行比较，判断高拱坝的变形是否在允许的范围内。

[0064] 如图1所示，为观测高拱坝坝体的外部和内部变形，本发明自高拱坝5开始浇筑施工起在不同高程不同坝段的外表面不同位置处设置若干个监测点A，如监测点A1、监测点A2、……、监测点An，在同一高程中间坝段的中间位置外表面处设置一校正点B；在河床右岸、左岸坝肩的基岩上分别设计一基本观测点C1和C2。

[0065] 所述外部位移观测装置包括固定在河床岸边坝肩处基岩上的全站仪6和固定在每一个监测点、校正点和基本观测点处的观测棱镜，该观测棱镜为六角锥棱镜，其反射精度为5s，棱镜常数为23.1mm。

[0066] 全站仪6固定的高度高于高拱坝设计高度，用于观测坝体表面各监测点、校正点顺河向的角度和距离。

[0067] 基本观测点观测棱镜固定在稳定的大型岩石壁或树干等在观测期间不会发生垂直变形的物体(如水泥浇筑的桩体等)上，与全站仪位于同侧岸边，且与全站仪保持通视。

[0068] 各监测点观测棱镜和校正点观测棱镜在坝体浇筑时固定在坝体的外表面，且与全站仪保持通视。

[0069] 为实现对整个高拱坝坝段的监测，避免因拱坝的拱作用导致的一个全站仪无法对全坝进行监测。如图1所示，本发明在河床右岸、左岸坝肩的基岩上分别设置了一台全站仪6，两台全站仪的布置不需要对称，在每台全站仪的同侧岸边坝肩的基岩上设置一个基本观测点C1、C2。右岸岸边的全站仪6和基本观测点C1用于观测高拱坝5右半边坝体上各监测点的变形，左岸岸边的全站仪6和基本观测点C2用于观测高拱坝5左半边坝体上各监测点的变形。如图，本发明在右半边坝体上设置有5个监测点，即监测点A1、监测点A2、……、监测点A5，在左半边坝体上设置有5个监测点，即监测点A6、监测点A7、……、监测点A10。左右坝体上的监测点数量可以不同，各监测点的间距可以不相等。

[0070] 为观测高拱坝坝体内部变形，如图1‑图4所示，本发明内部位移观测装置设置在高拱坝中间坝段的中心位置的坝轴线上。本发明在高拱坝中间坝段的中心位置自坝趾开始，随着坝体高程的增加开有一纵向通孔7，内部位移观测装置内置在该纵向通孔内。内部位移观测装置包括若干段首尾相连的载体8和若干个串联的分布式传感器9。分布式传感器9间隔地固定在载体8上，载体8沿纵向通孔铺设，分布式传感器的数据线沿载体铺设，并与数据传输模块3相连，将分布式传感器检测到的数据上传给监测分析终端4。

[0071] 在本发明较佳实施例中，所述载体8可以是带状载体，也可以是柱状载体。载体采用柔性抗腐蚀抗拉材料制成，当载体的长度不足时，可以将两根载体通过插头和插槽的方式对接固定连接在一起，或者，通过球链连接的方式连接固定在一起，增加载体的长度。固定在载体上的分布式传感器9彼此串联，分布式传感器用于记录所在位置处坝体内部的位移以及与相邻传感器之间的角度变化，即，本发明内部位移观测装置通过多个不同位置的分布式传感器感测自身位置处的位移变化，以及与相邻位置的分布式传感器之间的角度变化。在本发明较佳实施例中，所述分布式传感器为MEMS传感器。

[0072] 本发明对于高拱坝坝体表面监测点的数量及位置的选择没有严格要求，可根据浇筑情况确定，但是坝体表面监测点的选址应和内部位移观测装置相互耦合，互相印证，即同一高程应同时具有内部位移观测装置和表面监测点，使得计算的坝体内、外位移误差具有逻辑性。

[0073] 本发明监测分析终端4布设在高拱坝控制中心，它与外部位移观测装置和内部位移观测装置之间通过无线方式进行数据传输。监测分析终端4包括数据接收端口、数据处理模块，其主要功能是根据大坝坝体设计参数计算机建立高拱坝模型，然后，接收外部、内部位移观测装置检测的数据，计算校正点和各监测点的实际位移和理论位移，根据校正点和各监测点的实际位移量和理论位移量修正高拱坝模型，得到高拱坝施工期模型；通过修正后的高拱坝施工期模型计算施工期不同高程不同坝段坝体各点的实际位移量，与高拱坝的设计标准进行比较，判断高拱坝的变形是否在允许的范围内。

[0074] 图5为本发明监测高拱坝施工期变形的方法流程图，如图所示，本发明监测高拱坝施工期变形的方法为：

[0075] S1、布设监测系统

[0076] S1.1、在河床左、右岸坝肩基岩上各固定一台全站仪；

[0077] S1.2、在河床左、右岸坝肩基岩上各选取一个基本观测点，在每个基本观测点处固定一观测棱镜，该观测棱镜与同侧全站仪保持通视，且全站仪与同侧基本观测点处的观测棱镜的连线与高拱坝坝轴方向相同或异面；

[0078] S1.3、在高拱坝每段高程不同坝段坝体的外表面选取若干个监测点，在同一高程坝体的中间坝段的中间位置选取一个点作为校正点；在各监测点和校正点分别固定一观测棱镜，该观测棱镜与全站仪保持通视；

[0079] S1.4、在高拱坝中间坝段的中心位置坝轴线上布设若干个串联的分布式传感器，保证分布式传感器与步骤S1.3中选取的各监测点和校正点位于同一高程；

[0080] S1.5、全站仪和各分布式传感器通过有线或无线方式与数据传输模块相连；

[0081] S2、根据高拱坝大坝设计参数计算机建立高拱坝模型；

[0082] S3、计算机仿真修正步骤S2建立的高拱坝模型，得到高拱坝施工期模型；

[0083] S3.1、根据步骤S2建立的高拱坝模型仿真计算施工期中间坝段校正点的理论位移量；

[0084] S3.2、根据步骤S1.4布设的分布式传感器检测的坝体中心位置的内部变形数据计算施工期中间坝段校正点的实际位移量；

[0085] 由于分布式传感器布设于高拱坝中间坝段中心位置的坝轴线上，中心位置前后温度位移相互抵消，故，根据分布式传感器检测到的数据计算可得施工期中间坝段校正点的非温度影响的实际位移量uxi，具体计算步骤：

[0086] S3.2.1、计算自坝基面开始，每一段高程中间坝段校正点的水平位移增量Δuxi：

[0087] 每一段带状载体内都放有一个MEMS传感器，MEMS传感器可测得对应高程为i时，水平方向加速度值为accxi，

[0088] accxi＝Axi+Kxi*G*sin(θxi)

[0089] 式中：Axi是MEMS传感器的偏值(零偏)，Kxi是MEMS传感器的标度因数，G是地球重力加速度，θxi是对应MEMS传感器测值轴上倾角，即MEMS传感器轴与重力方向夹角为：

[0090]

[0091] 根据求得的MEMS传感器轴与重力方向夹角，计算得到高程为i时中间坝段校正点的实际水平位移增量Δuxi为：

[0092] Δuxi＝L×sin(θxi)

[0093] 式中，L为MEMS传感器每段载体长度；Δuxi中下角标x表示内部观测，i表示高程，特别的，由于内部观测装置只布置在中间坝段，故不需要区分不同坝段的测量值。

[0094] S3.2.2、计算自坝基面到任意高程i处中间坝段校正点累积的水平实际位移量uxi为：

[0095]

[0096] S3.3、通过修改坝体的热学参数，包括散热系数，导热系数，导温系数，使中间坝段校正点的理论位移量等于实际位移量，得到中间坝段被修正后的高拱坝施工期模型；

[0097] 具体修正方式如下：

[0098] 在时段Δτn内产生的应变增量为：

[0099]

[0100] 式中： 为弹性应变增量； 为徐变应变增量； 为温度应变增量；为自生体积变形增量； 为干缩应变增量，τn表示第n个龄期。

[0101]

[0102] 式中 为中点龄期 的弹性模量，Δσn表示第n个龄期下的应力增量，[Q]为系数矩阵，计算公式如下：

[0103]

[0104] 徐变应变增量为：

[0105]

[0106]

[0107]

[0108] 式中： 为徐变应力增量； 为徐变度；τn为加载龄期， 为中点龄期[0109] 在时段Δτn内通过外观和内观监测得到的位移增量为ΔuMi

[0110] ΔuMi＝ΔuoMi‑Δuxi

[0111] 式中：ΔuoMi为中间坝段外部观测装置得到的位移值，下角标O表示外部观测装置，M表示中间坝段，i表示高程；Δuxi为中间坝段内部观测装置的到的位移值，下角标x表示内部观测，i表示高程，特别的，由于内部观测装置只布置在中间坝段，故不需要区分不同坝段的测量值；ΔuMi为外观和内观监测得到的位移增量，下角标M表示中间坝段，i表示高程。

[0112] 则通过调整温度应力增量 得混凝土仿真修正模型，即：

[0113]

[0114] 其中，混凝土温度应力作用下产生的应变 即：

[0115]

[0116] 由应变推导出温度影响下的位移，即：

[0117]

[0118] 式中： 表示龄期τn情况下的混凝土温度应力作用下产生的应变 下标n表示龄期，上标T`表示温度应力作用的仿真计算结果。

[0119] 此步骤可通过计算机进行有限元计算得到。对比仿真应变和实际应变，修改坝体的热学参数，包括散热系数，导热系数，导温系数，待中间坝段校正点的仿真计算的位移增量和实际观测值计算的位移增量相等，即：

[0120] ΔuMi＝ΔuMi`

[0121] 式中：ΔuMi为外观和内观监测得到的位移增量，ΔuMi`为仿真计算得到的位移增量，下角标M表示中间坝段，i表示高程。

[0122] S3.4、通过S3.3得到的中间坝段被修正后的高拱坝施工期模型，计算高拱坝其余坝段所有外表面监测点A1，A2，A3，A4…A10……的理论位移量Δuoji`；

[0123] S3.5、根据全站仪观测的不同坝段坝体外表面各监测点的变形数据，计算不同坝段坝体外表面各监测点的实际位移量Δuoji；

[0124] 设置在河床左右岸坝肩基岩上的全站仪可实时采集到以下数据：全站仪到各监测点观测棱镜的距离 全站仪到各监测点观测棱镜的仰角 基本观测点观测棱镜到各监测点观测棱镜之间的夹角

[0125] 根据全站仪实时采集的上述数据，可计算出不同高程不同坝段坝体表面每一个监测点处坝体的外部顺河向实际位移量Δuoji：

[0126]

[0127] 式中，Δuoji表示高程为i第j个坝段外表面监测点的实际位移量，下角标O表示外部观测，j表示坝段数，j＝1，2...M...，i表示高程； 表示高程为i全站仪到第j个坝段外表面监测点观测棱镜的距离； 表示高程为i全站仪到第j个坝段外表面监测点观测棱镜的仰角； 表示高程为i基本观测点观测棱镜到第j个坝段外表面监测点观测棱镜之间的夹角.[0128] 本发明外部位移观测装置采用一站式测量，全站仪的基准点不变，直接对被监测点进行观测，不需要额外转站。

[0129] S3.6、通过修改坝体的热学参数，包括散热系数，导热系数，导温系数，使不同坝段外表面监测点的理论位移量等于实际位移量，得到全坝段均被修正后的高拱坝施工期模型；

[0130] 通过仿真修正，使各坝段所有监测点的仿真计算的理论位移值和实际位移量相等，得到高拱坝全坝仿真修正模型，用于监测后续施工期全坝各点的位移情况。

[0131] 需要说明的是，本发明用于观测中间坝段坝轴线处内部位移的分布式传感器可自中间坝段坝轴线基础处施工时即开始布设，并将坝轴线基础点设为参考点，用于观测坝体内部变形，也可以在施工中布设，即将分布式传感器布设于某仓混凝土，以该仓混凝土为基准点开始观测，位移监测的起始值即为该仓混凝土的位移值，而非基础的位移值。

[0132] S4、通过S3得到的修正后的高拱坝施工期模型，计算施工期不同高程不同坝段坝体各点的位移量，根据高拱坝设计标准，判断高拱坝不同高程坝体的变形是否在允许的范围内。

[0133] S5、随着坝体浇筑不断升高，根据需求和数据采集的变化，重复S3‑S4的步骤，得到高拱坝各个施工期模型，监控各施工期的坝体变形。

[0134] 本发明解决了高拱坝施工期早期位移数据缺失和变形实测数据难以印证的问题，实现了高拱坝施工期全程的变形监控、分析，提高了监测的实时性和监测精度，保证高拱坝的施工质量。

[0135] 最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。