二建水利水电工程实务精讲 水利水电工程勘察与测量（二）.doc

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1、2F311022 掌握测量仪器的使用一、常用测量仪器及其作用水利工程施工常用的测量仪器有水准仪、经纬仪、电磁波测距仪、全站仪、全球定位系统（ GPS ）。（一）水准仪分类及作用水准仪按精度不同可分为普通水准仪和精密水准仪，国产水准仪按精度分有 DS05 、 DS1、 DS3 、 DS10 等。工程测量中一般使用 DS3 型微倾式普通水准仪， D 、 S 分别为“大地测量”和“水准仪”的汉语拼音第一个字母，数字 3 表示该仪器精度，即每公里往返测量高差中数的偶然中误差为士 3mm 。随着科学技术不断进步，各种新型水准仪不断问世，如自动安平水准仪、数字水准仪等。水准仪用于水准测量，水准测量是利用水

2、准仪提供的一条水平视线，借助于带有分划的尺子，测量出两地面点之间的高差，然后根据测得的高差和已知点的高程，推算出另一个点的高程。 （二）经纬仪分类及作用 经纬仪按精度不同可分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6和DJ10等，D、J分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉语拼音第一个字母，数字07、1、2、6、10表示该仪器精度。按读数装置不同可分为两类：测微尺读数装置；单平板玻璃测微器读数装置。 经纬仪是进行角度测量的主要仪器。它包括水平角测量和竖直角测量，水平角用于确定地面点的平面位置，竖直角用于确定地面点的高程。另外，经纬仪也可用于低精度测量中的视距测量。 （三）电磁波测距仪分类及作用 电磁波测距

3、仪按其所采用的载波可分为：用微波段的无线电波作为载波的微波测距仪；用激光作为载波的激光测距仪；用红外光作为载波的红外测距仪，后两者又统称为光电测距仪。 电磁波测距仪是用电磁波（光波或微波）作为载波传输测距信号，以测量两点间距离的。一般用于小地区控制测量、地形测量、地籍测量和工程测量等。（四）全站仪及其作用 全站仪是一种集自动测距、测角、计算和数据自动记录及传输功能于一体的自动化、数字化及智能化的三维坐标测量与定位系统。 全站仪的功能是测量水平角、天顶距（竖直角）和斜距，借助于机内固化的软件，可以组成多种测量功能，如可以计算并显示平距、高差以及镜站点的三维坐标，进行偏心测量、悬高测量、对边测量、

4、面积计算等。 （五）全球定位系统（GPS） 全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是拥有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点。在大地测量、城市和矿山控制测量、建筑物变形测量、水下地形测量等方面得到广泛的应用。（六）水准尺精密水准测量一般指国家一、二等水准测量，国家三、四等水准测量为普通水准侧量。三、四等水准测量或普通水准测量所使用的水准尺是用干燥木料或者玻璃纤维合成材料制成，一般长约 3 一 4m ，按其构造不同可分为折尺、塔尺、直尺等数种。为使尺子不弯曲，其横剖面做成丁字形、

5、槽形、工字形等。尺面每隔 1 cm 涂有黑白或红白相间的分格，每分米有数字注记。为倒像望远镜观测方便，注字常倒写。三、四等水准测量采用的尺长为 3m ，是以厘米为分划单位的区格式木质双面水准尺。双面水准尺的一面分划黑白相间称为黑面尺（也叫主尺），另一面分划红白相间称为红面尺（也叫辅助尺）。黑面分划的起始数字为“0”，而红面底部起始数字不是“0“，一般为 4687mm或 4787mm。为使水准尺能更精确地处于竖直位置，可在水准尺侧面装一个圆水准器。二、常用测量仪器的使用（一）水准仪的使用1微倾水准仪的使用步骤包括安置仪器和粗略整平（简称粗平）、调焦和照准、精确整平（简称精平）和读数。（1）安置水

6、准仪和粗平。先选好平坦、坚固的地面作为水准仪的安置点，然后张开三脚架使之高度适中，架头大致水平，再用连接螺旋将水准仪固定在三脚架头上，将架腿的脚尖踩实。调整三个脚螺旋，使圆水准气泡居中称为粗平。（2）调焦和照准。水准仪整平后，将望远镜对着明亮的背景，转动目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；用望远镜的准星和照门瞄准水准尺，然后旋紧制动螺旋固定望远镜；转动物镜调焦螺旋，待水准尺成像清晰后，再转动水平微动螺旋，使十字丝竖丝照准水准尺；瞄准目标后，眼睛可在目镜处作上下移动，如发现十字丝与目标影像有相对移动，读数随眼睛的移动而改变，说明有视差；产生视差的原因是目标影像与十字丝分划板不重合，它将影响读数的正确性；

7、必须消除视差，办法是先调目镜调焦螺旋看清十字丝，再继续仔细地转动物镜调焦螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。（3）精平。转动微倾螺旋，同时察看水准管气泡观察窗，当符合水准泡成像吻合时，表明已精确整平。（4）读数。当符合水准气泡居中时，立即根据十字丝中丝在水准尺上读数。不论使用的水准仪是正像或是倒像，读数总是由注记小的一端向大的一端读出。通常读数保留四位数。2精密水准仪的操作程序。与一般DS3水准仪基本相同，不同之处是精密水准仪是采用光学测微器测出不足一个分格的数值。作业时，先转动微倾螺旋，使望远镜视场左侧的符合水准管气泡两端的影像符合，保证视线水平。再转动测微轮，使十字丝上楔形丝精确地夹住整分划，

8、读取该分划线读数。3自动安平水准仪操作程序：粗平一照准一读数。4数字水准仪操作程序，与自动安平水准仪基本一样，但数字式水准仪能自动观测和记录，并将测量结果以数字的形式显示出来。（二）经纬仪的使用经纬仪的使用包括对中、整平、照准和读数四个操作步骤。1对中和整平有用垂球对中及经纬仪整平的方法和用光学对中器对中及经纬仪整平的方法。（1）用垂球对中及经纬仪整平的方法垂球对中。先打开三脚架放在测站上，脚架长度要适当，以便于观测；三脚架架头应大致水平。把脚架上的连接螺旋放在架头中心位置，挂上垂球，移动脚架使垂球尖概略对准测站点，同时保持脚架头大致水平。从箱中取出仪器放到三脚架上，旋紧连接螺旋使仪器与脚架连

9、接。此时再细心观察垂球是否偏离标志中心，如偏离可略放松连接螺旋，在架头上平移仪器，使垂球尖准确对准测站点，再旋紧连接螺旋。 整平。先转动仪器照准部，使水准管平行于任意两个脚螺旋连线，转动这两个脚螺旋使气泡居中；然后将仪器照准部旋转90，旋转第三个脚螺旋，使气泡居中。按上述方法反复进行几次，直到仪器旋到任何位置，气泡都居中时为止。（2）用光学对中器对中及经纬仪整平的方法目估初步对中，并使三脚架架头大致水平；转动和推拉对中器目镜调焦，使地面标志点成像清晰，且分划板上中心圆圈也清晰可见；转动仪器脚螺旋，使地面标志点影像位于圆圈中心；伸缩调节三脚架架腿，使圆水准器气泡居中；按用垂球安置仪器的整平方法进

10、行精确整平；检查光学对中器，此时若标志点位于圆圈中心则对中、整平完成，若仍有偏差，可稍松动连接螺旋，在架头上移动仪器，使其准确对中，然后重新进行精确整平，直到对中和整平均达到要求为止。2照准（1）目镜调焦：将望远镜对向明亮的背景，转动目镜调焦螺旋，使十字丝清晰。（2）粗瞄目标：松开望远镜水平、竖直制动螺旋，通过望远镜上的粗瞄器对准目标，然后拧紧制动螺旋。（3）物镜调焦：转动望远镜物镜调焦螺旋，使目标成像清晰。注意消除视差现象。（4）准确瞄准目标：转动水平微动及竖直微动螺旋，使十字丝竖丝与目标成像单线平分或双丝夹准，并且使十字丝交点部分对准目标的底部。3读数打开反光镜，调整其位置，使读数窗内进光

11、明亮均匀，然后进行读数显微镜调焦，使读数窗内分划清晰，进行读数。电子经纬仪可在屏幕上直接读数。（三）电磁波测距仪的使用1为测量A、B两点的距离D，先在A点安置经纬仪，对中整平，然后将测距仪安置在经纬仪望远镜的上方。2在B点安置反射器。3瞄准反射器。4设置单位、棱镜类型和比例改正开关在需要的位置。5距离测量。 D=1/2ct式中：c 电磁波在大气中的传播速度； t 电磁波在 A 、 B 两点往返的时间。6运用键盘除可以实现上述测距外，还可通过输入有关数据计算平距、高差和坐标增量。（四）全站仪的使用全站仪放样模式有两个功能，即测定放样点和利用内存中的已知坐标数据设置新点，如果坐标数据未被存入内存，

12、则也可从键盘输入坐标。放样步骤如下：1选择数据采集文件，使其所采集数据存储在该文件中。2选择坐标数据文件，可进行测站坐标数据及后视坐标数据的调用。3设置测站点。4设置后视点，确定方位角。5输入所需的放样坐标，开始放样。三、测量误差 1 误差产生的原因在实际工作中真值不易测定，一般把某一量的准确值与其近似值之差称为误差。产生目量误差的原因，概括起来有以下三个方面： ( 1 ）人的原因； ( 2 ）仪器的原因； ( 3 ）外界环境的影响。 2 误差的分类与处理原则误差按其产生的原因和对观测结果影响性质的不同，可以分为系统误差、偶然误差和粗差三类。 ( 1 ）系统误差：在相同的观测条件下，对某一量进

13、行一系列的观测，如果出现的误差在符号和数值上都相同，或按一定的规律变化，这种误差称为“系统误差”。 ( 2 ）偶然误差：在相同的观测条件下，对某一量进行一系列的观测，如果误差出现的符号和数值大小都不相同，从表面上看没有任何规律性，这种误差称为“偶然误差”。 ( 3 ）粗差：由于观测者粗心或者受到干扰造成的错误 ( 4 ）误差处理原则：粗差是大于限差的误差，是由于观测者的粗心大意或受到干扰所遥成的错误。错误应该可以避免，包含有错误的观测值应该舍弃，并重新进行观测。例：1一般地形条件下渠道中心线位置标定使用的测量仪器是（A）。 A 经纬仪 B 水准仪 C 罗盘仪 D 垂直仪 2山丘地区的中线测量除

14、标定其中心线的位置外，还应概略确定中线的高程位置，确定高程使用的测量仪器是（B）。 A 经纬仪 B 水准仪 C 罗盘仪 D 垂直仪 3对DJ6经纬仪，下列说法正确的是( ACD)。A、D表示“大地测量”；B、D表示“大面积测量”C、J表示“经纬仪”；D、数字6表示该仪器精度E、数字6表示该仪器的型号4土坝坝身控制测量包括( BD )。A坝轴线测设 B平面控制测量C坡脚线放样 D高程控制测量E清基开挖线放样5土坝护坡桩从坝脚线开始，沿坝坡面平行坝轴线布设，每排高差为（B）。 A . 3m B . 5m C . 6m D .10m 2F311023 了解工程地质和水文地质的条件与分析一、水工建筑物

15、的工程地质和水文地质条件水工建筑物都是建在地基上，构成天然地基的物质是地壳中的岩石和土。地基岩土的工程地质条件将直接影响建筑物的安全。工程地质和水文地质条件，可理解为与工程建筑物有关的各种地质因素的综合。（一）地质构造地质构造是指在漫长的地质发展过程中，地壳在内外力地质作用下，不断运动演变，所遗留下来的种种构造形态，如地壳中岩体的位置、产状及其相互关系等。地质构造的规模有大小，但即使是大型的复杂的地质构造，也是由一些基本构造形态组合而成的，常见的如褶皱和断层。 1 产状。地质构造（或岩层）在空间的位置叫做地质造面或岩层层面的产状。产状有三个要素，即走向、倾向和倾角，如图 2F311023 一

16、1 所示。 ( l ）走向。是指地质构造面或倾斜面或倾斜岩层层面水平面的交线的两端的延伸方向，它表示地质构造或层在空间的水平延伸方向。 ( 2 ）倾向。是指垂直于走向线的地质构造面或岩层倾斜方向线在水平面上的投影，即地质构造面或岩层层面的倾斜方向，倾向与走向正交。 ( 3 ）倾角：地质构造面或倾斜岩层层面与水平面之间所夹的锐角。产状要素可以用地质罗盘测得，测量结果以倾向的方位角（从正北开始顺时针方向量倾斜线）和倾角表示出来，如 15060 表示：倾向为 150 0（即南偏东 300) ，倾角为 600。 2 褶皱构造。是指组成地壳的岩层受水平构造应力作用，使原始为水平产状的岩层生塑性变形，形成

17、一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造，如图 2F311023 一 2 所示。3 断裂构造。是指岩体在地壳运动的作用下，受力发生变形达一定程度后，在其内部产生了许多断裂面，使岩石丧失了原有的连续完整性而形成的地质构造。断裂构造可分为两种类型：节理和断层。 ( 1 ）节理。也称裂隙，是断裂面两侧的岩层未发生位移或仅有微小错动的断裂构造。 ( 2 ）断层。是指岩体受力断裂后，在断裂层两侧的岩块发生了显著位移。处于断层面两侧相互错动的两个断块中位于断层面之上的称为上盘，位于断层面之下的称为下盘。如按断块之间的相对错动的方向来划分，上盘下降，下盘上升的断层，称正断层；反之，上盘上升，下盘下降的断层称逆断

18、层；如两断块水平互错，则称为平移断层。如图 2F311023 一 3 所示。断层面往往是有一定宽度的断层带。断层破碎带和层间错动破碎带均易风化、软化，其力学性质较差，属于构造软弱带。工程设计原则上应避免将建筑物跨放在断层带上，尤其要注意避开近期活动的断层带。不同的构造形态，对水工建筑物的影响是不同的。如岩层的断裂，破坏了岩体的完整性，降低了岩体的稳定性，增大了岩体的透水性，故对水工建筑物产生了不良影响。而褶皱构造，使岩层层面的倾斜方向和倾角发生变化，从而改变了岩体的稳定条件和渗漏条件。（二）地形地貌条件 1 地形。一般指地表形态、高程、地势高低、山脉水系、自然景物、森林植被，以及人工建筑物分布

19、等，常以地形图予以综合反映。 2 地貌。主要指地表形态的成因、类型，以及发育程度等，常以地貌图予以反映。（三）水文地质条件水文地质条件一般包括以下内容： 1 地下水类型。如上层滞水、潜水、承压水等。 2 含水层与隔水层的埋藏深度、厚度、组合关系、空间分布规律及特征。 3 岩（土）层的水理性质。包括容水性、给水性、透水性等。 4 地下水的运动特征。包括流向、流速、流量等。 5 地下水的动态特征。包括水位、水温、水质随时间的变化规律。 6 地下水的水质。包括水的物理性质、化学性质、水质评价标准等。水文地质条件的好坏直接关系到水库是否漏水，坝基是否稳定，地下水资源评价是否可靠等一系列工程建设问题。二

20、、水利水电工程地质问题分析（一）坝基岩体的工程地质问题分析不同的坝型，其工作特点不同，所以对地质条件的要求也就不同。因此，除了对各类坝型的工作特点应有所了解外，特别要了解不同坝型对地质条件的适应性和对工程地质条件的要求。由于坝区岩体中存在的某些地质缺陷，可能导致产生的工程地质问题主要有坝基稳定问题（包括渗透稳定、沉降稳定和抗滑稳定）和坝区渗漏问题（包括坝基渗漏和绕坝渗漏）。（二）边坡的工程地质问题分析 1 边坡变形破坏的类型和特征。在野外常见到的边坡变形破坏主要有松弛张裂、蠕动变形、崩塌、滑坡四种类型。此外尚有塌滑、错落、倾倒等过渡类型，另外泥石流也是一种边坡破坏的类型。 ( 1 ）松弛张裂。

21、在边坡形成过程中，由于在河谷部位的岩体被冲刷侵蚀掉或人工开挖，使边坡岩体失去约束，应力重新调整分布，从而使岸坡岩体发生向临空面方向的回弹变形及产生近平行于边坡的拉张裂隙，一般称为边坡卸荷裂隙。 ( 2 ）蠕动变形。是指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向发生长期缓慢的塑性变形的现象，有表层蠕动和深层蠕动两种类型。 ( 3 ）崩塌。高陡的边坡岩体突然发生倾倒崩落，岩块翻滚撞击而下，堆积于坡脚的现象，称作崩塌。在坚硬岩体中发生的崩塌也称岩崩，而在土体中发生的则称土崩。 ( 4 ）滑坡。边坡岩体主要在重力作用下沿贯通的剪切破坏面发生滑动破坏的现象，称为滑坡。在边坡的破坏形式中，滑坡是分布最广、危害最大

22、的一种。它在坚硬或松软岩层、陡倾或缓倾岩层以及陡坡或缓坡地形中均可发生。 2 影响边坡稳定的因素。地形地貌条件的影响；岩土类型和性质的影响；地质构造和岩体结构的影响；水的影响；其他因素，包括风化因素、人工挖掘、振动、地震等。（三）软土基坑工程地质问题分析 1 软土基坑工程地质问题主要包括两个方面：土质边坡稳定和基坑降排水。 2 在软土基坑施工中，为防止边坡失稳，保证施工安全，通常采取措施有：采取合理坡度、设置边坡护面、基坑支护、降低地下水位等。 3 软土基坑降排水的目的主要有：增加边坡的稳定性；对于细砂和粉砂土层的边坡防止流砂和管涌的发生；对下卧承压含水层的黏性土基坑，防止基坑底部隆起；保持基

23、坑土体干燥，方便施工。 4 软土基坑开挖的降排水一般有两种途径：明排法和人工降水。其中人工降水经常采用轻型井点或管井井点降水两种方式。 ( 1 ）明排法的适用条件： 1 ）不易产生流砂、流土、潜蚀、管涌、淘空、塌陷等现象的黏性土、砂土、碎石土的地层； 2 ）基坑地下水位超出基础底板或洞底标高不大于 2 . 0m 。 ( 2 ）轻型井点降水的适用条件： l ）黏土、粉质黏土、粉土的地层； 2 ）基坑边坡不稳，易产生流土、流砂、管涌等现象； 3 ) 地下水位埋藏小于 6 . 0m ，宜用单级真空点井；当大于 6 . 0m 时，场地条件有限宜用喷射点井、接力点井；场地条件允许宜用多级点井。 ( 3

24、）管井降水适用条件l ）第四系含水层厚度大于 5.0m ; 2 ）基岩裂隙和岩溶含水层，厚度可小于 5 . 0m ; 3 ）含水层渗透系数 K 宜大于 1 . 0m / d 。（四）渗透变形渗透变形又称为渗透破坏，是指在渗透水流的作用下，土体遭受变形或破坏的现象。一般可分为管涌、流土、接触冲刷、接触管涌或接触流土等类型。例：1地质构造（或岩层）在空间的位置叫做地质构造面或岩层层面的（B）。 A 地质构造B 产状C 褶皱构造 D 断裂构造 2地质构造面与水平面的交线的两端的延伸方向称为（A）。 A 走向 B 倾向 C 延向 D 斜向 3下列属于水库工程地质问题的是（ACDE ) 。A 水库渗漏 B 水库侵害 C 水库塌岸 D 水库淤积 E 水库诱发地震 4轻型井点降水的适用条件（AC）A黏土、粉质黏土、粉土的地层B含水层渗透系数宜大于10mdC基坑边坡不稳，易产生流土、流砂、管涌等现象D第四系含水层厚度大于50mE基坑地下水位超出基础底板或洞底标高不大于20m5.地质断层按断块之间相对错动的方向可划分为( ACD )。（10年考点）A正断层；B反断层；C逆断层 D平移断层；E顺移断层