本发明专利技术提供一种识别车辆运行荷载对土石坝影响范围的测试方法及可视化装置，包括CCFPI传感器和分布式同轴电缆应力应变传感器解调仪，分布式同轴电缆应力应变传感器解调仪连接数据存储器并将采集数据回传储存在数据存储器中，数据存储器连接数据处理器，数据处理器对回传到数据存储器中的状态数据进行计算和分析，数据处理器的分析结果输出到可视化屏幕上实时展示。本发明专利技术结构新颖、材料性能坚固、抗电磁干扰、可承受大应变、精确度高、成本低、施工简便，有效地解决了车辆荷载在坝顶行进过程中对坝体产生的多种破坏现象无法有效监测的问题，同时该方法融合了土石坝坝顶行车监测部分的状态数据，并且将所有状态数据进行综合分析，使监测维度更全面。使监测维度更全面。使监测维度更全面。
【技术实现步骤摘要】
一种识别车辆运行荷载对土石坝影响范围的测试方法及可视化装置
[0001]本专利技术属于土石坝振动安全和车辆荷载影响范围
，具体涉及一种识别车辆运行荷载对土石坝影响范围的测试方法及可视化装置。
技术介绍
[0002]目前国内国民经济高速发展，汽车走进了千家万户，国民汽车拥有量直线攀升，造成众多城市交通拥堵日益严重，虽然道路建设仍在进行，但交通拥堵现象仍无法得到改善，由此政府为缓解城市的道路交通压力，部分城市提出将城区内一些土石坝坝顶纳入城市道路网系统以缓解道路交通压力。由于大多数土石坝修建时间久远，原来设计时主要为了挡水并未考虑土石坝坝顶通车功能，其安全等级和结构要求与其他交通道路有所不同。土石坝作为水库安全运行的最重要组成部分，如果一旦发生事故，将造成相当严重的后果。路面破坏一般由车辆超载和车辆动态荷载引起的。载重车辆行驶会对坝顶道路路面产生激励，引起路面介质变形，这一变形会对路面结构内部产生较大影响。车辆动态荷载会对路面产生拉压应力及应变，使路面产生路面裂缝等多种破坏现象，加剧路面的破坏，影响路面的使用寿命。路面破坏的量变积累有可能引起大坝的质变破坏，长期疲劳运行的水库坝顶道路引起大坝内部结构的变化，再加上雨水冲刷、冻胀的破坏，严重时可能导致溃坝现象发生，对人民的生命和财产造成不可挽回的伤害和损失。
[0003]车辆荷载对路面主要有以下四种影响：
①
垂直压力作用；
②
水平力作用；
③
长期循环荷载作用；
④
冲击作用。当车辆荷载产生的垂直压力超过路面的极限承载能力时，路面就会发生较大的扰度变形；当车辆荷载产生的水平力超过路面临界水平力时，就会产生路面波浪、车辙等问题；随着车辆数量的不断增加，路面慢慢出现疲劳和变形累积，道路面板发生开裂，上部结构内部受到损伤；车辆等在道路上行驶时，由于车辆自振和路面不平整，会使车辆跳跃前进，产生一个对路面的冲击荷载，同样对道路造成上述破坏。
[0004]车辆荷载对坝体影响较大，易产生不可恢复的变形，为确保工程安全，分析车辆荷载在土石坝坝顶行进过程中对坝体的影响，揭示坝体在交通荷载工作状态下的变化规律具有重要意义。基于此，研究一种利用同轴电缆法布里
‑
珀罗干涉（CCFPI）传感器所反馈的数据，来确定车辆荷载对土石坝坝体的影响范围的方法并通过可视化装置实时显示出土石坝的运行状态是必要的。
技术实现思路
[0005]针对识别车辆运行荷载对土石坝影响的问题，本专利技术提供一种利用同轴电缆法布里
‑
珀罗干涉（CCFPI）传感器所反馈的数据，来识别车辆运行荷载对土石坝影响范围的测试方法及可视化装置。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的方案是：一种识别车辆运行荷载对土石坝影响范围的可视化装置，包括CCFPI传感器和分布式同轴电缆应力应变传感器解调仪，所述CCFPI
传感器包括反射点、感测电缆和卡固点，其中反射点、感测电缆和卡固点之间使用同轴电缆连接，CCFPI传感器通过同轴电缆连接分布式同轴电缆应力应变传感器解调仪。
[0007]该可视化装置还包括数据存储器、数据处理器和可视化屏幕，分布式同轴电缆应力应变传感器解调仪连接数据存储器并将采集数据回传储存在数据存储器中，数据存储器连接数据处理器，数据处理器对回传到数据存储器中的状态数据进行计算和分析，数据处理器的分析结果输出到可视化屏幕上实时展示。
[0008]在预设位置制作反射点，采用环氧树脂胶和封装盒对CCFPI传感器的反射点进行封装保护。
[0009]在卡固点内灌注环氧树脂，使电缆与卡固点形成一体，反射点间距为1m，卡固点间距为0.1m，对传输用的同轴电缆采用金属穿线管对其进行封装保护。
[0010]每根CCFPI传感器上具有三个应变传感单元和一个温度补偿单元。
[0011]基于上述可视化装置识别车辆运行荷载对土石坝影响范围的测试方法，在土石坝内部埋装CCFPI传感器，传感器通过同轴电缆连接，土体夯实到传感器预埋设高度位置；用钢尺丈量出土体中每根传感器的具体布设位置，在土体中标示出各个卡固点的位置，给电缆一定的预拉力，将每一根传感器在土体布设位置处拉直绷紧，将卡固点固定于土体中，夯实土体防止电缆回缩，分层回填土体。
[0012]通过局域网进行无线信号传输，连接到CCFPI分布式应变测量系统同轴电缆解调仪解算传感器应变。
[0013]使用数据采集系统对传感器的应力信号进行实时监测并将采集后的状态数据存储于数据存储器。
[0014]结合CCFPI传感器分布式应变测量系统的实时监测的动压力数据，识别土石坝坝顶车辆荷载，进行车辆荷载对坝体结构动压力指标的分析和计算。
[0015]通过对所获取的状态数据进行分析和计算，对土石坝的运行状态进行预判，当土石坝存在运行风险时，能够及时地发出警报。
[0016]根据所述状态数据通过可视化平台生成CCFPI传感器关系数据图表，并标注CCFPI传感器数据图表的特征点；可视化屏幕将数据处理器的分析结果数据和生成的CCFPI传感器关系数据图表进行的读取和展示，能够实时显示土石坝坝顶内部各监测部分的状态数据，用户可通过可视化屏幕随时查看土石坝目前的运行状态。
[0017]在该测试方法中CCFPI传感器的铺设方式有两种，分别为网络化铺设和正交叉铺设，其中网络化铺设方式中，在土体埋深0.5m、1.0m、1.5m和2.0m位置处分别布设4根CCFPI传感器，共计16根，CCFPI传感器的布设方向均与车辆行进方向正交。
[0018]正交叉铺设方式中，在土体埋深0.7m、1.2m、1.7m和2.2m位置处分别交叉布设2根CCFPI传感器，共计８根，CCFPI传感器的布设方向均与车辆行进方向成45
°
。
[0019]所述CCFPI传感器数据图表的特征点包括临界点、拐点、最大值、最小值和警报值。
[0020]本专利技术的有益效果：本专利技术主要用于土石坝上识别车辆荷载确定影响范围并通过可视化装置实时显示出土石坝的运行状态，采用的同轴电缆法布里
‑
珀罗干涉（CCFPI）传感器，整个系统独特新颖、识别效率高，较常用荷载识别装置的效果要好。
[0021]CCFPI传感器布设于土体中，涉及到应变传递的问题，为了应变监测的准确性和有
效性，需要考虑传感器与土体的变形协调。基于此，结合此传感器的结构特点和坝体的监测需求，采用可以用于土体变形监测的传感器卡固点，使电缆能感知相邻两个卡固点之间的土体形变。相邻卡固点之间的感测电缆监测结果只与卡固点之间的土体变形有关，卡固点相向移动时，电缆压缩，应变监测为负；相背移动时拉伸，应变为正。依据卡固点间感测电缆所测应变值，积分运算可得卡固点间的土体形变量，从而获得坝体内部土体变形区域内的形变大小。基于CCFPI的定点分布式监测技术能可靠地获取到分布于2个卡固点间的土体变形过程。考虑到传感器脆弱易折，而所用卡固点数量较多，卡固点材质不宜选用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种识别车辆运行荷载对土石坝影响范围的可视化装置，其特征在于，包括CCFPI传感器（4）和分布式同轴电缆应力应变传感器解调仪（3），所述CCFPI传感器（4）包括反射点（5）、感测电缆（7）和卡固点（6），其中反射点（5）、感测电缆（7）和卡固点（6）之间使用同轴电缆（8）连接，CCFPI传感器（4）通过同轴电缆（8）连接分布式同轴电缆应力应变传感器解调仪（3）；还包括数据存储器（14）、数据处理器（15）和可视化屏幕（16），分布式同轴电缆应力应变传感器解调仪（3）连接数据存储器（14）并将采集数据回传储存在数据存储器（14）中，数据存储器（14）连接数据处理器（15），数据处理器（15）对回传到数据存储器（14）中的状态数据进行计算和分析，数据处理器（15）的分析结果输出到可视化屏幕（16）上实时展示。2.根据权利要求1所述的识别车辆运行荷载对土石坝影响范围的可视化装置，其特征在于，采用环氧树脂胶和封装盒（13）对CCFPI传感器的反射点（5）进行封装保护。3.根据权利要求1所述的识别车辆运行荷载对土石坝影响范围的可视化装置，其特征在于，在卡固点（6）内灌注环氧树脂，使电缆与卡固点（6）形成一体，反射点（5）间距为1m，卡固点（6）间距为0.1m，对传输用的同轴电缆（8）采用金属穿线管（12）对其进行封装保护。4.根据权利要求1所述的识别车辆运行荷载对土石坝影响范围的可视化装置，其特征在于，每根CCFPI传感器（4）上具有三个应变传感单元（10）和一个温度补偿单元（11）。5.一种识别车辆运行荷载对土石坝影响范围的测试方法，其特征在于，在土石坝内部埋装CCFPI传感器（4），传感器通过同轴电缆（8）连接，土体夯实到传感器预埋设高度位置；用钢尺丈量出土体中每根传感器的具体布设位置，在土体中标示出各个卡固点的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建伟，刘洪泽，曹克磊，柯文杰，黄锦林，章敏，高焱哲，江琦，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：
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