拱坝推力测试方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种拱坝拱推力测试方法与系统，所述方法包括获取拱推力与应变值之间的相关系数；确定拱推力测试装置的数量，在拱坝地质力学模型的拱推力方向上布置多个拱推力测试装置；利用数据采集仪对其进行调零；对拱坝地质力学模型施加荷载至正常工况时的荷载，再逐级进行超载施加，直到拱坝地质力学模型破坏失稳为止，同时采集正常工况时的荷载下以及每级超载施加时拱推力测试装置的读数；根据相关系数以及拱推力测试装置的读数计算出拱推力值

【技术实现步骤摘要】
拱坝推力测试方法与系统


[0001]本专利技术属于拱推力测试
，尤其涉及一种应用于拱坝地质力学模型试验中的拱坝拱推力测试方法与系统
。

技术介绍

[0002]地质力学模型试验是研究高拱坝整体稳定问题的重要方法之一，其根据一定的相似原理将原型大坝
、
坝肩坝基地质构造及加固措施等进行缩尺模拟，开展破坏试验，获得大坝与地基在连续加荷或降低材料力学参数状态下的变形特性和破坏形态，综合评价拱坝的稳定性
。
[0003]在试验中，坝体和坝肩岩体的变位监测是试验测试的主要内容
。
目前采用接触式的高精度位移测试仪器进行变为监测，如千分表
、SP
‑
10A
位移数显仪等，可以满足大坝地质力学模型试验变位测试的要求
。
另外，内部位移感应仪可以用于测试模型坝肩岩体内结构面的相对变位
(
具体可参考：张林
、
杨宝全
、
陈媛等，重力坝深层抗滑稳定试验中结构面变位测试技术
[J].
中国科技论文，
2014
，
9(5)
：
543
‑
547.)
；黄薇
、
陈进等研制的小型双向电阻式位移计使得电阻应变片在仪器系统上达到通用化
(
具体可参考：黄薇
、
陈进，结构试验内部位移计的研制及位移观测自动化
[J].
人民长江，
1997
，
(6):19
‑
20.)
；此外，朱鸿鹄等还将光纤传感法应用到了大坝模型变位测试中，突破了传统的变位测试技术，但其仍然是一种针对变形的监测
(
具体可参考：
Hong
‑
Hu Zhu,Jian
‑
Hua Yin,Lin Zhang,et al.Monitoring Internal Displacement of a Model Dam Using FBG Sensing Bars[J].Advances in Structural Engineering,2010
，
13(2)
：
249
‑
261)。
[0004]由此可见，目前拱坝地质力学模型试验中主要进行变位测试
。
杨宝全等应用变形突变理论，提出将坝体和坝肩岩体的变位和超载系数关系曲线中的拐点1作为初裂特征点
、
拐点2作为大变形特征点，并将大变形特征点对应的安全系数作为评价高拱坝整体稳定的依据
(
具体可参见：杨宝全
、
熊科
、
陈媛
、
陈建叶
、
董建华
.
地质力学模型试验中的变位信息监测及其在工程中的应用
[J].
四川大学学报
(
工程科学版
),2015
，
47(4)
：
14
‑
21)。
地质力学模型试验中主要进行变位监测，并且已经形成基于变位的安全评价体系
。
[0005]另一方面，拱坝主要是以压力拱的形式将荷载传到两岸山体，并以大坝－基础的联合作用完成正常的挡水任务，它是狭窄河谷上经济性与安全性都比较优越的坝型之一
。
天然条件的坝基由于岩体风化卸荷以及断层
、
构造带等因素，造成建基面的选择较为困难，尤其是拱坝建基面嵌深的确定
。
一般情况下，拱坝建基面嵌深越大，基岩完整性越好，承载能力越高，对大坝安全越有利
。
但随着建基面嵌深的增加，坝轴线加长，库水压力增大，对坝体强度和坝肩稳定的要求更高
。
此外，过大嵌深引起的高地应力会导致开挖回弹变形和高边坡等问题，而且嵌深越大，开挖越大，投资也越大
。
建基面选择直接影响拱坝体形
、
水推力和工程量，是关系拱坝安全性
、
工期和工程投资的关键问题
。
在进行拱坝建基面嵌深比选时，坝肩岩体的应力水平及拱推力的分布传递情况是一项重要的对比指标
。
[0006]在拱坝稳定地质力学模型试验中，除了获得变位信息外，荷载也是满足相似关系
的，即原型上的拱坝所受水荷载通过相似关系换算到模型后，通过模型加载系统加载至模型拱坝，拱坝再将荷载传递至两坝肩
。
因此，模型上再现了拱坝荷载的传递
、
调整等一系列过程
。
以往的地质力学模型试验中，往往只能通过变位信息间接的反映拱坝所受水荷载在坝肩岩体的传递情况，但没有进行荷载或应力的直接测量
。
[0007]目前，在土力学试验中，通过土压力盒
、
土压力计或微型土压力盒
(
授权公告号为
CN216899362U)
等开展土压力的测试，进行长期监测和自动化测量，可广泛应用于路基
、
水利大坝
、
抗滑桩
、
挡土墙
、
隧道等工程土压力等领域
。
但是这些应用主要是现场试验或室内试验测量土体中应力的情况，且大量的室内模型试验表明土压力盒在土体介质中会产生较明显的应力集中和土拱效应，从而使其在土体介质中的标定系数与油标或气标产生较大的差异，导致模型试验数据真实性和准确性无法保证
。
多功能标定装置
(
授权公告号为
CN 106404280B)
能够对同一个微型土压力盒在不同直径标定筒中分别进行土标试验，每个土标试验均可通过液压千斤顶分级加载不同的压力，从而得出不同直径标定筒对土标试验数据的影响以及影响的大小和趋势，避免技术人员设计的土标试验装置标定系数随机性增加的问题
。
但目前没有将微型土压力盒应用于拱坝稳定地质力学模型中的技术，更没有针对这一应用情况进行的土压力盒的标定
。
[0008]现有技术存在的问题有：
(1)
目前拱坝稳定地质力学模型试验中主要进行变位监测，并且已经形成基于坝体
、
坝肩岩体变位的安全评价体系，但没有进行坝肩岩体受力或应力的直接测量，也没有进行拱推力传递情况的测量；
[0009](2)
拱坝建基面选择直接影响拱坝体形
、
水推力和工程量，是关系拱坝安全性
、
工期和工程投资的关键问题，除了数值计算外，还应通过地质力学模型试验等多种方法，对建基面嵌深的选择进行验证或对各嵌深方案的的坝肩应力水平等进行综合分析，但目前地质力学模型试验中还没有这一内容的分析；
[0010](3)
微型土压力盒主要用于现场试验或室内试验中土压力的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种拱坝拱推力测试方法，应用于拱坝地质力学模型试验，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：对拱推力测试装置进行标定，获取拱推力与应变值之间的相关系数；确定拱推力测试装置的数量，在拱坝地质力学模型的拱推力方向上布置多个拱推力测试装置，且所述拱推力测试装置与数据采集仪连接；利用所述数据采集仪对拱推力测试装置进行调零，使数据采集仪采集到的拱推力测试装置的读数均为0；对所述拱坝地质力学模型施加荷载至正常工况时的荷载，再按照第一设定步长逐级进行超载施加，直到所述拱坝地质力学模型破坏失稳为止，同时采集正常工况时的荷载下以及每级超载施加时拱推力测试装置的读数；根据所述相关系数以及所述拱推力测试装置的读数计算出拱推力值
。2.
根据权利要求1所述的拱坝拱推力测试方法，其特征在于，所述拱推力测试装置采用微型电阻式压力测试计，所述微型电阻式压力测试计的直径
≤28mm
，厚度＜
10mm
，量程为0～
200KPa。3.
根据权利要求1所述的拱坝拱推力测试方法，其特征在于，所述获取拱推力与应变值之间的相关系数，具体包括：根据所述拱推力测试装置埋设位置两侧岩体的岩类，压制相应的岩体模型，并将所述岩体模型固定；将所述拱推力测试装置安装在两岩体模型之间，拱推力测试装置与数据采集仪连接且其受力面正对荷载施加方向；利用所述数据采集仪对拱推力测试装置进行调零，使数据采集仪采集到的拱推力测试装置的读数为0；对所述拱推力测试装置施加荷载，且按照第二设定步长逐级增加荷载，同时采集每级荷载施加时拱推力测试装置的读数，直到达到拱推力测试装置的最大量程；根据每级荷载与对应的读数计算出荷载系数，对所有荷载系数进行加权平均计算，得到拱推力与应变值之间的相关系数
。4.
根据权利要求3所述的拱坝拱推力测试方法，其特征在于，所述荷载系数的计算公式为：
σ
＝
μ
ε
K
其中，
K
为荷载系数；
σ
为由荷载换算得到的拱推力测试装置所受的应力值；
μ
ε
为由数据采集仪采集到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘要来，陈鸿杰，陈媛，卢征攀，宋泽朋，鄢建华，杨宝全，
申请(专利权)人：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司四川大学，
类型：发明
国别省市：