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受自重、水压载荷及地震等影响,土石坝体变形伴随着其整个生命周期。对坝体表面进行变形监测和结果分析工作有助于了解坝体运行性态,掌握其变形规律,进一步可以开展变形预报和预警。我国目前拥有近十万座库容10万m3以上水库,大部分为中小型土石坝,长期以来,这些水库坝体表面变形监测主要采用“全站仪＋水准仪”的人工作业方式,不具有实时性和连续性。GPS技术在我国知名水利工程如隔河岩、小浪底、糯扎渡水电站等大型坝体监测中得到很好地应用,表明该技术可很好的用于坝体表面变形的连续实时监测。由于坝体坡度及库区周围环境造成信号遮挡,仅使用GPS系统有时会出现可见星数量不足、几何结构强度差、定位精度下降的问题,采用多系统融合定位算法可提高系统的可靠性。我国的北斗系统于2012年底具备了区域定位服务能力,本文分析了北斗/GPS在大坝变形监测中的应用情况。以茜坑水库主坝北斗/GPS自动化变形监测系统为例,详细分析了系统的设计方法与实现流程,对该系统的观测数据质量和精度进行了评估分析,最后利用GNSS系统获取的时间跨度为两年坝体位移数据进行了分析,得到茜坑水库主坝体变形的规律和特征,采用时间序列分析、多元回归分析以及本文中提出的位移与载荷回归模型建立了全部监测站Y方向位移模型并对模型预报效果进行了验证分析。本文主要工作和贡献如下:1.从时空基准统一、GNSS基本观测方程及双差观测方程、观测误差影响与处理方面,对北斗/GPS融合相对定位的基本理论公式进行了推导,分析了影响高精度定位的主要误差源及其影响量级。2.分析了大坝变形结果建模分析理论框架,针对数理统计模型、确定性模型和混合模型的不同和优缺点开展了理论分析,并推导了大坝变形建模分析基本流程和针对中小型土石坝水平位移的一个简化建模过程。3.论文以茜坑水库主坝北斗/GPS自动化变形监测系统为例,开展了大坝表面变形监测系统设计。通过实验和统计分析验证了该系统的监测精度和可靠性,其4h时段基线解算结果统计在垂直和平行坝轴线方向2mm,高程方向3mm以内;24h精度在平行坝轴线方向2mm,垂直坝轴线方向1mm,高程方向2.5mm以内;在水平方向精度北斗/GPS融合较单GPS平均提升10.3%,高程方向两者相仿。4.统计分析了坝体上监测站点的北斗/GPS观测数据质量,包括伪距多路径、完成率、完整率、可用性及有效率等。结果表明,受坝体坡度造成的信号遮挡影响,靠近坝基处的监测站的观测数据质量较靠近坝顶的差。5.提出了一种结合坝体结构和水位的水压载荷的坝体水平位移变化回归模型。针对茜坑水库主坝全部监测站为期两年的位移时间序列特征进行了分析和总结,并与时间序列、逐步回归建模结果进行了对比分析,结果表明本文提出的模型能够很好的符合坝体位移的规律和大小,有效地解释坝体在垂直坝轴线方向位移的物理成因,适用于相似的中小土石坝变形分析。