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水 利 学 报

２０２４年 １０月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 １０期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）１０ － １１７４ － １３

高土石坝变形监测研究进展

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马 刚 １，２ ，艾志涛 １，２ ，郭承乾 ，李少林 ，陈 华 ，周 伟 １，２
（１．武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉 ４３００７２；２．武汉大学 水工程科学研究院，湖北 武汉 ４３００７２；
３．长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 ４３００１０；４．武汉大学 测绘学院，湖北 武汉 ４３００７９）

摘要：土石坝变形协调控制对保证其全生命期安全至关重要，准确可靠的变形监测是评估大坝变形性态、进行变
形控制的基础。我国土石坝设计水平与建造技术已达到世界领先水平，其建设高度已迈入 ３００ｍ级，安全监测技
术也得到显著提升。本文总结了 土 石 坝 变 形 监 测 技 术 的 发 展 与 实 践，介 绍 了 分 布 式 光 纤 传 感、管 道 监 测 系 统、
ＧＮＳＳ?北斗、ＩｎＳＡＲ等新型内外观变形监测技术的工作原理、应用情况、技术优势和局限性，并简述了监测资料
整编工作的相关进展。最近建成和在建的几座高土石坝已初步呈现了多技术协同、测点密集化等新态势，可全方
位感知土石坝变形，为大坝安全评估提供了良好的数据基础。未来需进一步提升监测仪器可靠性与寿命，研发适
用于超深厚覆盖层巨型土石坝的监测技术和仪器，研究海量多源异构监测数据治理理论与方法，全面提升复杂条
件下的土石坝安全监测能力和数据治理水平。
关键词：土石坝；变形监测；多源异构数据；监测资料整编；仪器寿命；数据治理
中图分类号：ＴＶ６４１．１ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０３６１
文献标识码：Ａ

１ 研究背景

土石坝凭借其经济性和适应性优势，成为大型水利水电工程和抽水蓄能电站的主力坝型之一，约
占 ２００ｍ以上高坝的 ４０％和抽水蓄能电站的 ８０％ ［１］ 。基于变形协调理论和现代筑坝技术建造的土石
坝，已实现从 ２００ｍ向 ３００ｍ级超高土石坝的跨越 ［２ － ３］ 。随土石坝建设高度增加，筑坝条件与运行环
境更为复杂，对大坝变形安全提出重大挑战 ［４ － ６］ 。随着坝高增加，坝体需承担更大的水压与自重荷载，
复杂的填筑和蓄水过程使坝体应力路径更为复杂，颗粒破碎更加显著，筑坝堆石料力学特性的非线性
增强，导致坝体变形呈非线性增长 ［７ － ９］ 。马洪琪 ［１０］ 指出阿瓜米尔帕、天生桥一级等 ２００ｍ级面板堆石
坝变形过大、面板脱空、面板结构性裂缝等问题的根本原因是没有从变形控制的角度来进行大坝设计
与施工。变形监测能掌握土石坝的变形状态，是进行土石坝安全评价和变形控制的基础 ［１１］ 。
土石坝变形监测可分为内观和外观监测两类。常规内观变形监测技术，如水管式沉降仪、引张线
式位移计等，一般布设在坝体重点部位，按照以点代面、以局部代整体的方法反映大坝变形。这些技
术具有原理简单、仪器设备成熟、使用经验丰富等优点，因此被广泛应用。但在工程实践中，也存在
一些问题亟待解决，如水管式沉降仪要求长度超过百米的管道埋设坡度在 １％以内，给仪器安装带来
较大困难，在监测过 程中 常由 于 管 道 坡 度 低、坝 体 不 均 匀 沉 降 而 产 生 倒 坡 现 象，导 致 监 测 数 据 异

收稿日期：２０２４ － ０６ － １１；网络首发日期：２０２４ － １０ － １４
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４１０１２．１５１５．００５
基金项目：国家自然科学基金项目（５２３２２９０７，５２１７９１４１，Ｕ２３Ｂ２０１４９，Ｕ２３４０２３２）；云南省重大科技专项计划项目（２０２２０２ＡＦ０８０００３，
２０２２０２ＡＦ０８０００４，２０２２０３ＡＡ０８０００９）；中央高校基本科研业务费专项项目（２０４２０２４ｋｆ１０３１，２０４２０２３ｋｆｙｑ０３）；中国电建
科技项目（ＤＪ － ＺＤＸＭ－ ２０２２ － ０１）；水电水利规划设计总院有限公司科技项目（ＺＹＧＮ － ＫＷ２３１０ － ０５１）
作者简介：马刚（ １９８５ － ），教授，博士生导师，主要从事水工结构和流域库岸监测、预测与评估等研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｍａｇａｎｇ６３０＠
ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：艾志涛（１９９９ － ），博士生，主要从事高坝结构变形监测与预测等研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ａｚｔ１２３＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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