一种混凝土重力危坝溃坝风险的测定方法技术

本发明专利技术涉及一种混凝土重力危坝溃坝风险的测定方法，其属于水利工程领域。它首先采用的声波层析检测技术对混凝土重力式危坝进行检测，即利用声波层析技术先对重力式危坝进行全面的检测，确定出坝体最不利的危险断面，其次以此为基础提出和建立了一种混凝土重力危坝溃坝风险的动力测定与稳定性评价的动弹模参数，运用该参数监测在库水位变化的条件下重力式危坝的最不利危险断面变化规律，并运用单位动力损伤率和单位时间损伤率综合对危险断面的动弹模的变化规律进行评价与分析，进而达到对混凝土重力式危坝的动态稳定性及耐久性等进行评价与预测。 1

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土重力危坝溃坝风险的测定方法
本专利技术涉及一种混凝土重力危坝溃坝风险的测定方法，其属于水利工程领域。
技术介绍
随着我国建筑业的飞速发展，城市化建设的不断加快，混凝土成为国民基础设施、交通、水利等土木工程领域最重要的结构材料之一。在我国，混凝土的用量高达数十亿立方米，被广泛的应用于道路、房建、桥梁和国防建设中。但是，混凝土通常应用于复杂的环境中，在混凝土服役的过程中，往往因化学侵蚀、外部荷载以及自然条件(温度的循环变化、冰冻)等因素，引起混凝土工程产生累计损伤和破坏，严重的情况下，甚至会导致灾难性事故的发生。因此，采取必要的监测手段对大型混凝土工程(混凝土重力坝、混凝土桥梁)结构实施实时动态的监测和预警，保证在其服役期间的安全运营变得极其重要。混凝土重力坝由于其特殊的工作环境，受自然条件的作用(温度的循环变化、冰冻等)以及水动力的反复变化使混凝土坝产生老化。因此，我们需要了解大坝经长期工作后坝体内部的特性变化以及内部危险断面的发生情况。传统的方式是依靠在坝体的断面上埋设仪器，如应力计、应变计、侧缝计等，根据仪器监测结果来了解大坝的工作状态，但是大坝在长期运行过程中大坝发生老化病害的位置，不一定是在原来埋设仪器的断面上，此外在大坝运行数十年后内部埋设的仪器已经逐渐无效，无法再进行监测。因此，传统的方法已经不能满足人们迫切对大坝安全性使用与监测要求。为了保障混凝土重力坝的安全性，对其各项性能指标进行检测评估显得极其重要，混凝土的损伤是一个长期累积的过程，必要时应对其进行长期的在线监测，以保证其在服役期间的安全性。目前，对混凝土大坝现有的检测手段可分为有损检测技术和无损检测技术：有损检测技术对检测结构会造成一定的损伤，例如拔出法，钻芯取样法等，这类方法的特点是以对混凝土构件的局部破坏获得实际抵抗破坏的能力，并且直观可靠，测试所得的结果也容易被人们接收；其缺点是会对混凝土构件局部造成破坏，检测后需要进行二次修补，不适用于大面积的混凝土构件的检测，因而此种方法对于重力式危坝会造成一定程度的结构损坏，所以一般不采用此种方法。而随着科学技术的快速发展，无损检测技术也逐渐突破了原有的范畴，涌现了一批新的测试方法，包括微波吸收、雷达扫描、红外线成像法、脉冲回波、激光应用、核磁共振法(NMR)、声发射检测法等。无损检测方法已在结构混凝土质量检测中得到普遍的应用，并且取得了较好的技术经济效应。
技术实现思路
本专利技术针对目前对混凝土重力坝测定方法的不足与局限性，提供一种利用声波层析检测技术对混凝土重力式危坝进行全面检测的混凝土重力危坝溃坝风险的测定方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种混凝土重力危坝溃坝风险的测定方法，包括如下步骤：步骤一，大坝主要测量参数的确定根据声波监测大坝的特点与需求，选取坝体上部、中部和底部不同部位边长为150mm的立方体10个，利用公式测定各个试块的密度，取它们的算术平均值为ρ。步骤二，重力式危坝监测仪器探测位置与危险断面的确定从大坝一端起始沿纵向布置ST-2000型声波层析检测系统，该系统主要包括高频电火花振源和速度型检波器，其布置方式如图1所示：1)根据当地库区库水调度资料，确定每年库水位的涨幅△H，选取每年的旱季对应的最低水位h0对其坝体进行初始测量。在坝体水面以上DE面位置采用人工借助绳索的方法布置探测点，沿DE面均匀布置10个ST-2000型检波器，高频电火花振源沿AB面均匀布置监测点，振源沿监测点每发声一次下降至下一监测点，直至到达水面。2)通过振源逐步发射声波，在坝体DE面对发出的声波进行接收检测。在检测过程中，振源每发射一次，检波器能接收到一次信号，为保证接收波形的准确性，振源应多发射几次信号，结合实际工程经验及考虑ST-2000系统的可操作性，本方案发射次数取5次。3)而后沿大坝纵向移动一定距离△l(L为坝体纵向长度)布置检测系统并重复上述过程直至移动到大坝另一端部。4)在此过程中，根据检波器接收到的波形的异常情况确定出重力式危坝的危险断面所在位置，判断方式如下：当接收到的波形的包络线呈半圆形时,判断速度型检波器所处位置的断面正常；当波形的的包络线呈喇叭形时,判断速度型检波器所处位置的断面异常，据此确定出重力式危坝的危险断面的位置(详见原理1)。步骤三：重力式危坝初始动弹模、水动力动弹模、蠕变动弹模的确定根据原理2，重力式危坝危险断面在库水位变化(或时间变化)的条件下动泊松比ν和动弹模Ed与纵波波速vp及横波波速vs之间存在式(1)、(2)的关系。其中：Ed—重力式危坝的动弹模；ν—坝体动泊松比；Vp—纵波波速；VS—横波波速；ρ—坝体密度；因此只要求得各阶段纵波波速vp与横波波速vs，根据公式(1)、(2)即可分别确定重力式危坝初始动弹模Ed0、危险断面任意上升hi的水动力动弹模Edi及任意ti时刻的蠕变动弹模Edti。1)重力式危坝初始动弹模Ed0的确定在大坝低水位时，由于在坝体DE面设置多个检波器，在振源发出信号后，各个检波器都会收到接受波形，即多个纵波和横波波速Vp、VS波速值，为了保证检测结果的准确性，在计算初始动弹模的值时取各个检波器纵波和横波波速Vp、VS的平均值作为计算结果。因而在大坝低水位时，大坝整体处于弹性变形阶段，取各个正常断面的纵波和横波波速Vp、VS的平均值记为Vp0、VS0，代入公式(1)、(2)求出重力式危坝初始动弹模Ed0。2)重力式危坝危险断面水动力动弹模Edi的确定随着库水位的提高，此时重力式危坝承受来自库水的水压力呈现增长的趋势，在水压力的变化对大坝危险断面的作用下，可造成危险断面的动弹模发生变化。本专利拟定库水位每上升△H/10，对大坝进行一次监测，监测方法同步骤二。将库水位上升hi后动弹模的值记为库水位上升时的动弹模Edi，将水位上升后通过危险断面各个检波器接收到的纵波和横波波速的平均值Vpi、Vsi代入公式(1)、(2)求得危险断面任意hi水位的水动力动弹模Edi；3)重力式危坝危险断面蠕变动弹模Edti的确定重力式危坝危险断面在水位不变时，其动弹模的变化还受到时间变化的影响，因此本专利在库水位达到峰值静止不变的情况下，通过检波器记录水位静止初期t0危险断面的纵波和横波波速平均值Vpt0、VSt0及ti时刻危险断面各个检波器接收到的纵波和横波波速平均值Vpti、VSti，分别由公式(1)、(2)计算出水位达到峰值后静止初期t0与ti时刻危险断面蠕变动弹模Edt0与Edti。步骤四，重力式危坝危险断面随库水位变化的水动力型损伤变化率的确定将库水位上升hi高度的危险断面水动力型动弹模Edi的变化量与大坝初始的动弹模Ed0的比值记为重力式危坝危险断面的损伤变量ξi，水位上升前测得的损伤变量值ξ0为初始损伤变量：并把初始损伤变量值(ξ0)与对应的ξi之差与水位差△H的比值定义为水动力型损伤变化率：步骤五，重力式危坝危险断面随时间变化的蠕变型损伤变化率的确定将ti时刻危险断面动弹模Edti相对于初始动弹模的变化量与初始动弹模Ed0之比记为ti时刻的损伤变量ξti，其值根据式(5)确定，t0时刻测得的损伤变量值为水位静止初期损伤变量ξt0：并把对应ti时刻的损伤变量ξti与水位静止初期损伤变量ξt0之差与时间△t的比值定义为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土重力危坝溃坝风险的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种混凝土重力危坝溃坝风险的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，大坝主要测量参数的确定根据声波监测大坝的特点与需求，选取坝体上部、中部和底部不同部位边长为150mm的立方体10个，利用公式测定各个试块的密度，取它们的算术平均值为ρ；步骤二，重力式危坝监测仪器探测位置与危险断面的确定根据当地库区库水调度资料，确定每年库水位的涨幅△H，选取每年的旱季对应的最低水位h0对其坝体进行初始测量；从大坝一端起始沿纵向布置可发射和接收检测声波的ST-2000型声波层析检测系统，根据接收到的波形的异常情况确定出重力式危坝的危险断面所在位置；步骤三，重力式危坝初始动弹模、水动力动弹模、蠕变动弹模的确定重力式危坝危险断面在库水位或时间变化的条件下，动泊松比ν和动弹模Ed与纵波波速vp及横波波速vs之间存在式(1)、(2)的关系，其中，Ed—重力式危坝的动弹模，ν—坝体动泊松比，Vp—纵波波速，VS—横波波速，ρ—坝体密度；在求得各阶段纵波波速vp与横波波速vs的情况下，可根据公式(1)、(2)分别确定重力式危坝初始动弹模Ed0、危险断面任意上升hi的水动力动弹模Edi及任意ti时刻的蠕变动弹模Edti；步骤四，重力式危坝危险断面随库水位变化的水动力型损伤变化率的确定将库水位上升hi高度的危险断面水动力型动弹模Edi的变化量与大坝初始的动弹模Ed0的比值记为重力式危坝危险断面的损伤变量ξi，水位上升前测得的损伤变量值ξ0为初始损伤变量，把初始损伤变量值(ξ0)与对应的ξi之差与水位差△H的比值定义为水动力型损伤变化率步骤五，重力式危坝危险断面随时间变化的蠕变型损伤变化率的确定将ti时刻危险断面动弹模Edti相对于初始动弹模的变化量与初始动弹模Ed0之比记为ti时刻的损伤变量ξti，其值根据式(5)确定，t0时刻测得的损伤变量值为水位静止初期损伤变量ξt0：把对应ti时刻的损伤变量ξti与水位静止初期损伤变量ξt0之差与时间△t的比值定义为蠕变型损伤变化率，其值根据式(6)确定，步骤六，利用水动力型损伤变化率和蠕变型损伤变化率判定重力危坝溃坝风险的大小根据重力式危坝危险断面的单位动力损伤率及单位时间损伤率的数值变化，得出如下判据：当水动力型损伤变化率λi曲线斜率为正，蠕变型损伤变化率λti曲线斜率为正，此时判定重力坝危险断面所引起的溃坝风险比较大，应发布红色预警，并及时采取加固、泄洪等方式对重力危...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺可强，王世通，郭璐，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37