CN104790369A - 一种用于监测坝基应力的装置及方法 - Google Patents

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张宗亮
冯燕明
赵志勇
张礼兵
许后磊
胡灵芝
覃姗姗
汪国斌
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Abstract

本发明公开了一种用于监测坝基应力的装置及方法，旨在提供一种使用方便，可有效实时监测坝基应力的用于监测坝基应力的装置及方法。装置包括多段锚杆，多个锚杆应力计，多个保护件以及排气管；多个所述锚杆应力计通过锚杆依次焊接连接构成监测主体；所述保护件套装于锚杆应力计外周面；所述排气管沿监测主体长度方向设置，用于仪器线缆的排设牵引，其从监测主体的一端延伸至另一端。本发明的方法为：在坝基内竖直钻孔设孔，在孔内缓慢的放入如前所述用于监测坝基应力的装置，用二次仪表检测锚杆应力计的读数是否正常，检测合格后在坝基的孔内灌入水泥砂浆；利用读数仪器采集各深度锚杆应力计的读数，然后计算出相应锚杆应力计处坝基的应力。

Description

一种用于监测坝基应力的装置及方法
技术领域
本发明涉及水电工程大坝基础深部应力监测技术领域，尤其是涉及一种用于监测坝基应力的装置及方法。
背景技术
2000年国家大开发“西电东输”项目实施以来，在西部兴建和在建了大量的大型、巨型水电站。对于大型、巨型水电站的兴建，将面临众多复杂的技术难题，超高坝传递给坝基岩体的荷载高达10MPa以上，荷载总量达到数千万吨，上覆荷载不仅接近或超过一半坚硬岩石的承载力，坝基岩体的抗滑稳定、承载力问题尤为突出。目前坝基深部受力机理分析主要依靠数值模拟计算，监测主要方向还停留在深部变形监测，至今对坝基深部应力的认识还停留在理论基础上，有必要对坝基深部应力进行监测以指导理论研究和工程实践。因此，需要研究一种能够监测坝基深部应力的监测装置及方法。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种使用方便，可有效实时监测坝基应力的用于监测坝基应力的装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于监测坝基应力的装置，通过在坝基内钻设孔，竖直安装于坝基内的孔内并通过灌浆进行密封；其包括多段锚杆，多个锚杆应力计，多个保护件以及排气管；多个所述锚杆应力计通过锚杆依次焊接连接构成监测主体；所述保护件套装于锚杆应力计外周面；所述排气管沿监测主体长度方向设置，用于仪器线缆的排设牵引，其从监测主体的一端延伸至另一端。
优选的是，所述保护件为橡胶套或者密封胶带。
优选的是，所述排气管为高强度塑料软管。
一种用于监测坝基应力的方法，在坝基内竖直钻孔设孔，在孔内缓慢的放入如前面所述的装置，用二次仪表检测锚杆应力计的读数是否正常，检测合格后在坝基的孔内灌入水泥砂浆；利用读数仪器采集各深度锚杆应力计的读数，然后计算出相应锚杆应力计处坝基的应力。
优选的是，所述水泥砂浆28天后的抗压强度不低于25MPa。
优选的是，在坝基孔内灌入水泥砂浆时，灌至坝基孔内停止吸浆后，再持续灌入10分钟后停止。
优选的是，所述锚杆应力计处坝基的应力计算如下：
(1)利用读数仪器采集各深度锚杆应力计的读数，根据仪器说明书计算得到锚杆应力σRA，利用公式(I)计算锚杆应变ξRA：
ξRA＝σRA/ERA  (I) 
式中为锚杆弹性模量；
(2)根据同部位锚杆与基岩变形具有一致性，即基岩应变ξ＝ξRA，通过公式(II)可计算得到该深度坝基的应力σ：
σ＝ξ·E  (II)
式中E为坝基弹性模量，根据地质勘查成果来取。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明能够实现坝基深部应力的实时监测，不仅监测准确可靠，而且使用简单方便。其利用监测装置直接监测计算得到坝基深部应力，克服了以往不能直接监测计算得到坝基深部应力的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明安装使用时的结构示意图。
图2为图1中A部分的放大图。
图3为本发明具体实施例中锚杆应力随时间变化的曲线图。
图4为本发明具体实施例中坝基应力随时间变化的曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1-2所示用于监测坝基应力的装置，通过在坝基10内钻设孔，竖直安装于坝基内的孔内并通过灌浆进行密封；其包括多段锚杆1，多个锚杆应力计2，多个保护件3以及排气管4；多个所述锚杆应力2计通过锚杆1依次焊接连接构成监测主体；所述保护件套3装于锚杆应力计2外周面；所述排气管4沿监测主体长度方向设置，用于仪器线缆的排设牵引，其从监测主体的一端延伸至另一端。
其中，所述保护件为橡胶套或者密封胶带，有效保证锚杆应力计不受腐蚀，确保其能够长期正常工作。所述排气管4为高强度塑料软管，仪器电缆5从排气管4中牵引出，其兼有排气和电缆保护功能，同时排气管4强度较高，灌浆时不易损坏，保证排气的可靠性。
一种用于监测坝基应力的方法，在坝基内竖直钻孔设孔，在孔内缓慢的放入如上所述用于监测坝基应力的装置，用二次仪表检测锚杆应力计的读数是否正常，检测合格后在坝基的孔内灌入水泥砂浆；利用读数仪器采集各深度锚杆应力计的读数，然后计算出相应锚杆应力计处坝基的应力。
其中，所述水泥砂浆28天后的抗压强度不低于25MPa。
其中，在坝基孔内灌入水泥砂浆时，灌至坝基孔内停止吸浆后，再持续灌入10分钟后停止。
其中，所述锚杆应力计处坝基的应力计算如下：
(1)利用读数仪器采集各深度锚杆应力计的读数，根据仪器说明书计算得到锚杆应力σRA，利用公式(I)计算锚杆应变ξRA：
ξRA＝σRA/ERA  (I) 
式中为锚杆弹性模量；
(2)根据同部位锚杆与基岩变形具有一致性，即基岩应变ξ＝ξRA，通过公式(II)可计算得到该深度坝基的应力σ：
σ＝ξ·E  (II)
式中E为坝基弹性模量，根据地质勘查成果来取。
安装使用方法：结合大坝坝基地质条件确定坝基深部应力监测深度，根据监测深度设计锚杆及锚杆应力计的技术指标。按锚杆直径选配相应规格的锚杆应力计，按设计要求裁截锚杆的长度，将仪器两端的连接杆分别与锚杆焊在一起，焊接强度不低于原锚杆强度。在已焊接锚杆应力计的观测锚杆上安装排气管，将组装检测合格后的锚杆应力计裹上密封胶带或者套上橡胶套，缓慢地送入钻孔内，用二次仪表检测仪器的读数是否正常，检测合格后方可进行水泥砂浆的灌浆作业。
实施例
某工程为一等大(1)型工程，其主要建筑物(大坝、泄洪建筑物和引水发电建筑物)为1级建筑物。工程枢纽主要由挡水建筑物、泄水建筑物和引水发电建筑物组成。挡水建筑物由左岸、河中碾压混凝土重力坝和右岸粘土心墙堆石坝组成，为混合坝，坝顶总长1158m，其中混凝土坝部分长838.035m，心墙堆石坝部分长319.965m。碾压混凝土重力坝部分最大坝高为159m，心墙堆石坝部分最大坝高75m。在混凝土重力坝河床部位18#坝段坝基上下游EL.980m高程钻孔20m，沿不同孔深布置锚杆应力计，18#坝段坝基共布置2套5点式锚杆应力计，编号为A18-RA-01、A18-RA-02。
仪器自2012年3月19日取得初始值，目前仪器工作性态正常，图3为通过数据采集仪器读取的锚杆应力测值σRA，根据现场锚杆型号，锚杆弹性模量取ERA＝2×105MPa，利用公式(I)便可计算得到锚杆应变ξRA＝σRA/ERA，相同部位基 岩应变与锚杆应变一致，即ξ＝ξRA。根据地质勘查成果，坝基弹性模量取E＝7.47GPa，通过公式(II)可计算得到坝基不同深度应力σ＝ξ·E，计算得到坝基最大压应力2.95MPa，与数值模拟计算成果一致，坝基不同深度的应力时间过程线如图4所示。
本发明能够实现坝基深部应力的实时监测，不仅监测准确可靠，而且使用简单方便。其利用监测装置直接监测计算得到坝基深部应力，克服了以往不能直接监测计算得到坝基深部应力的难题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于监测坝基应力的装置，通过在坝基内竖直钻设孔，将该装置安装于坝基的孔内并通过灌浆进行密封；其特征在于：包括多段锚杆，多个锚杆应力计，多个保护件以及排气管；多个所述锚杆应力计通过锚杆依次焊接连接构成监测主体；所述保护件套装于锚杆应力计外周面；所述排气管沿监测主体长度方向设置，用于仪器线缆的排设牵引，其从监测主体的一端延伸至另一端。
2.根据权利要求1所述用于监测坝基应力的装置，其特征在于：所述保护件为橡胶套或者密封胶带。
3.根据权利要求1所述用于监测坝基应力的装置，其特征在于：所述排气管为高强度塑料软管。
4. 一种用于监测坝基应力的方法，其特征在于：在坝基内竖直钻孔设孔，在孔内缓慢的放入如权利1-3任一项所述的装置，用二次仪表检测锚杆应力计的读数是否正常，检测合格后在坝基的孔内灌入水泥砂浆；利用读数仪器采集各深度锚杆应力计的读数，然后计算出相应锚杆应力计处坝基的应力。
5.根据权利要求4所述用于监测坝基应力的方法，其特征在于：所述水泥砂浆28天后的抗压强度不低于25MPa。
6. 根据权利要求4所述用于监测坝基应力的方法，其特征在于：在坝基孔内灌入水泥砂浆时，灌至坝基孔内停止吸浆后，再持续灌入10分钟后停止。
7. 根据权利要求4所述用于监测坝基应力的方法，其特征在于：所述锚杆应力计处坝基的应力计算如下：
（1）利用读数仪器采集各深度锚杆应力计的读数，根据仪器说明书计算得到锚杆应力 ，利用公式（I）计算锚杆应变：
式中 A 为锚杆弹性模量；
（2）根据同部位锚杆与基岩变形具有一致性，即基岩应变，通过公式（II）可计算得到该深度坝基的应力σ：
式中为坝基弹性模量，根据地质勘查成果来取。
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