CN108731635A - 一种大坝深水区大变形沉降观测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大坝深水区大变形沉降观测装置及方法，本发明是将带有校核传感器的储液罐固定于大坝基岩稳定处，液压传感器固定于沉降盘中，储液罐和液压传感器之间通过双层液压传感保护管柔性连接，并放在大坝坝基测量处，通过校核传感器来消减深水压力和温度变化所引起的液压误差值，以便实现精确测量要求。本发明结构原理简单可靠，操作方便，可用于大坝深水区域沉降观测，满足大坝沉降观测精度、量程和可靠性的要求，可连接自动化模块实现测量的自动化和信息化，大大提高了测量效率，可广泛应用于大坝沉降安全观测。
Description
技术领域
本发明涉及沉降监测技术领域，尤其涉及一种大坝深水区大变形沉降观测装置及方法。
背景技术
随着水利工程标准化管理的进一步推进，水库大坝安全监测工作的重要性日显突出，尤其是实现水利安全监测的信息化和自动化是目前水利安全监测重要发展趋势。受地质和大坝建设历史条件影响，很多大坝坝基直接建于软土和岩基覆盖层上，导致大坝蓄水运行后沉降变形的不均匀性和大变形病患突出，尤其大坝迎水坡坝基处，受到库水压力影响最大，因此，坝基大变形沉降监测(尤其坝基迎水坡处)是大坝重要安全监测和评价指标之一。
大坝沉降监测通常采用沉降杆、水管式沉降仪、常规液压式沉降仪或电磁式沉降仪，但受限于大坝迎水坡高覆水、大变形工况特征影响，往往存在以下局限性：
1、沉降杆：大坝迎水坡坝基覆水深度可达10m，沉降杆需露出水面，沉降杆长度过长且容易晃动，造成测量精度差，难以满足大坝安全监测要求。
2、水管式沉降沉降仪：水管式沉降仪要求测量点和观测房高程基本一致，且采用人工进入测量房读数，无法实现覆水作业。
3、常规液压式沉降仪：通过传感器之间液压差实现沉降观测目的，虽然满足大坝测量精度和量程要求，但储液罐和传感器高程差不能大于3m，储液罐和传感器需大气连同，以便消除大气压变化引起的沉降液压测量误差，难以满足大坝迎水坡坝基高覆水、大变形工况特征要求。
4、电磁式沉降仪：电磁式沉降仪器需钻孔埋设，并将沉降管引出水位以上，由于迎水坡坝基通常在库水位以下10m，一般不能采用电磁式沉降仪器。
总而言之，常规大坝沉降测量手段难以满足大坝迎水坡坝基高覆水、大变形的沉降测量工况要求，目前尚未发现适用于该工况的沉降仪器。因此研制适用于大坝迎水坡坝基处高覆水、大变形工况的沉降观测仪器显的较为重要。
发明内容
为了适应大坝迎水坡坝基高覆水、大变形的沉降观测工况要求，弥补常规沉降监测在该工况下的空白，本发明提供了一种大坝深水区大变形沉降观测装置和方法。本发明的技术方案为：
一种大坝深水区大变形沉降观测装置，包括储液罐基准点、液压式沉降仪、沉降盘、双层液压传感保护管，所述的液压式沉降仪包括校核传感器、储液罐、液压传感器、传感器电缆线，校核传感器固定于储液罐的上方空腔处，储液罐固定于储液罐基准点处，液压传感器固定于沉降盘中，沉降盘固定于大坝坝基测量处；储液罐和液压传感器通过双层液压传感保护管柔性连接；传感器电缆线包括液压传感器电缆线和校核传感器电缆线，传感器电缆线引出至大坝坝顶测量平台，并连接自动化采取模块。
所述的储液罐带有透明有机质玻璃罩，储液罐上部设有进液口，下部设有出液口。所述的双层液压传感保护管包括液压管、保护管、压力管连接密封件、释液阀门，所述的液压管贯穿于密封保护管中，各段液压管和密封保护管通过压力管连接密封件实现串接，串接好的双层液压传感保护管的端口分别连接储液罐下部出液口和液压传感器，双层液压传感保护管的尾端设置释液阀门，所述的液压管和保护管均采用柔性材料，各部件的连接均采用玻璃胶、胶带和密封油进行水下防渗处理。
所述的储液罐基准点包括储液罐保护套、基准点平台、固定套件，所述的储液罐通过固定套件固定于基准点平台上，并通过双层液压传感保护管连接液压传感器，储液调试后，放置储液罐保护套并通过固定套件固定于基准点平台上。
所述的沉降盘包含沉降板、传感器保护盒和固定件，所述的传感器保护盒为贯通式保护盒，焊接于沉降板上并通过固定件固定于大坝坝基测量处。
当测量点沉降盘发生沉降时，将引起沉降盘和储液罐之间高程的变化，通过液压传感器测量该液压变化值，同时通过储液罐上部空腔处的校核传感器来消减深水水压和温度变化所导致的液压误差，最终通过换算计算出高差值，与上次测量进行对比，即可计算出测量点沉降值。
本发明一种如上所述的大坝深水区大变形沉降观测装置的观测方法，包含如下步骤：
a、在大坝放空检查或新建大坝蓄水前期，被测迎水坡坝基平台出露时，确定沉降盘和储液罐基准点的位置。储液罐基准点布置在坝基两侧基岩或沉降稳定处，储液罐略高于沉降盘测量点，高差不大于1m。
b、根据沉降盘和储液罐基准点位置，通过固定件固定沉降盘于大坝坝基处，浇筑储液罐基准点平台，面积以0.5m2为宜。
c、固定校核传感器于储液罐上部空腔处，并通过固定套件把储液罐固定在基准点平台处。
d、根据沉降盘和储液罐基准点的间距，预先截取好液压管和保护管的长度，将液压管串接在保护管中，通过压力管连接密封件串连各段液压管和保护管，并将串连好的双层液压传感保护管的端口分别连接储液罐下部出液口和液压传感器。
e、在双层液压传感保护管的尾端布置释液阀门，在储液罐中倒入足量测量液，测量液不宜覆盖校核传感器，打开释液开关，使双层液压传感保护管的液压管布满测量液且不留空气后，关闭释液阀门并做封闭防水。
f、盖好并固定储液罐保护套，引出各传感器电缆线至大坝坝顶测量平台，并连接自动化采取模块。
g、测量各液压传感器和校核传感器的读数，待读数稳定后，通过与初始读数的数值差值换算得出沉降盘的沉降值H。
沉降值H的计算公式为:
H＝(FA-n-F校-n)/G-(FA-1-F校-1)/G
式中：FA-n为A沉降盘的第n次压力测量值；
F校-n,为校核传感器的第n次压力测量值；
FA-1为A沉降盘的第1次压力测量值；
F校-1为校核传感器的第1次压力测量值；
G为测量液质量密度。
本发明有益效果：
本发明一种大坝深水区大变形沉降观测装置及方法，通过液压式沉降仪来测量液压传感器和储液罐之间的高程差，并通过储液罐上部空腔处的校核传感器来消减由于深水压力和温度变化引起的液压测量误差，进而精确测量大坝坝基沉降。储液罐和液压传感器采用柔性连接，不受大坝坝基沉降影响，且全套装置均布置于水下，只需传感器电缆线引出，不受外界环境影响，提高装置的可靠性，同时传感器和储液罐为同平台埋设，满足目前传感器3m内测量精度毫米级的要求(精度一般为量程的千分级)，满足大坝测量精度和量程要求。本发明结构原理简单可靠，操作方便，可用于大坝深水区域沉降观测，满足大坝沉降观测精度、量程和可靠性的要求，可连接自动化模块实现测量自动化，大大提高了测量效率，可广泛应用于大坝沉降安全观测。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-储液罐基准点；11-储液罐保护套；12-基准点平台；13-固定套件；2-沉降盘；21-沉降板；22-传感器保护盒；23-固定件；3-双层液压传感保护管；31-保护管；32-液压管；33-压力管连接密封件；34-释液阀门；4-液压式沉降仪；41-液压传感器；42-校核传感器；43-储液罐；44-出液口；45-进液口；46-传感器电缆线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明一种大坝深水区大变形沉降观测装置，包括储液罐基准点1、液压式沉降仪4、沉降盘2、双层液压传感保护管3，所述的液压式沉降仪4包括校核传感器42、储液罐43、液压传感器41、传感器电缆线46，校核传感器42固定于储液罐43的上方空腔处，储液罐43固定于储液罐基准点1处，液压传感器41固定于沉降盘2中，沉降盘2固定于大坝坝基测量处；储液罐43和液压传感器41通过双层液压传感保护管3柔性连接；传感器电缆线46包括液压传感器41电缆线和校核传感器42电缆线，传感器电缆线46引出至大坝坝顶测量平台，并连接自动化采取模块；整个装置形成可以自我校核的密闭系统。
所述的储液罐43带有透明有机质玻璃罩，储液罐43上部设有进液口45，下部设有出液口44。
所述的双层液压传感保护管3包括液压管32、保护管31、压力管连接密封件33、释液阀门34，所述的液压管32贯穿于密封保护管31中，各段液压管32和密封保护管31通过压力管连接密件33实现串接，串接好的双层液压传感保护管3端口分别连接储液罐43下部出液口44和液压传感器41，尾端设置释液阀门34，所述的液压管32和保护管31均采用柔性材料，各部件的连接均采用玻璃胶、胶带和密封油进行水下防渗处理。
所述的储液罐基准点1包含储液罐保护套11、基准点平台12、固定套件13，所述的储液罐43通过固定套件13固定于基准点平台12上，通过双层液压传感保护管3连接液压传感器41后储液调试后，安放储液罐保护套11并通过固定套件13固定于基准点平台12上。
所述的沉降盘2包含沉降板21、传感器保护盒22和固定件23，所述的传感器保护盒22为贯通式保护盒，焊接于沉降板21上并通过固定件23固定于大坝坝基测量处。
当测量点沉降盘2发生沉降时，将引起沉降盘2和储液罐43之间高程的变化，通过液压传感器41测量该液压变化值，同时通过储液罐43上部空腔处的校核传感器42来消减深水水压和温度变化所导致的液压误差，最终通过换算计算出高差值，与上次测量进行对比，即可计算出测量点沉降值。
本发明实施例提供的一种大坝深水区大变形沉降观测装置的观测方法，包含如下步骤：
a、在大坝放空检查或新建大坝蓄水前期(被测迎水坡坝基平台出露)，确定沉降盘2和储液罐基准点1的位置。其中储液罐基准点1布置在坝基两侧基岩或沉降稳定处，储液罐43略高于沉降盘2测量点，高差不大于1m。
b、根据沉降盘2和储液罐基准点1的位置，通过固定件23固定沉降盘2于大坝坝基处，浇筑储液罐基准点平台12，面积以0.5m2为宜。
c、固定校核传感器42于储液罐43上部空腔处，并通过固定套件13把储液罐43固定在基准点平台12处。
d、根据沉降盘2和储液罐基准点1的间距，预先截取好液压管32和保护管31的长度，将液压管32串接在保护管31中，通过压力管连接密封件33串连各段液压管32和保护管31，并将串连好的双层液压传感保护管3的端口分别连接储液罐43下部出液口44和液压传感器41。
e、在双层液压传感保护管3尾端布置释液阀门34，在储液罐43的进液口45倒入足量测量液，测量液不宜覆盖校核传感器42，打开释液阀门34，使双层液压传感保护管3的液压管32布满测量液且不留空气后，关闭释液阀门34并做封闭防水。
f、盖好并固定储液罐保护套11，引出各传感器电缆线46至大坝坝顶测量平台，并连接自动化采取模块。
g、测量各液压传感器41和校核传感器42的读数，待读数稳定后，通过与初始读数的数值差值换算得出沉降盘2的沉降值H。
沉降值H的计算公式为:
H＝(FA-n-F校-n)/G-(FA-1-F校-1)/G
式中：FA-n为A沉降盘2的第n次压力测量值；
F校-n,为校核传感器42的第n次压力测量值；
FA-1为A沉降盘2的第1次压力测量值；
F校-1为校核传感器42的第1次压力测量值；
G为测量液质量密度。
上述实施例结合附图对本发明进行了描述，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种大坝深水区大变形沉降观测装置，包括储液罐基准点(1)、液压式沉降仪(4)、沉降盘(2)、双层液压传感保护管(3)，其特征在于：所述的液压式沉降仪(4)包括校核传感器(42)、储液罐(43)、液压传感器(41)、传感器电缆线(46)，校核传感器(42)固定于储液罐(43)的上方空腔处，储液罐(43)固定于储液罐基准点(1)处，液压传感器(41)固定于沉降盘(2)中，沉降盘(2)固定于大坝坝基测量处；储液罐(43)和液压传感器(41)通过双层液压传感保护管(3)柔性连接；传感器电缆线(46)包括液压传感器(41)电缆线和校核传感器(42)电缆线，传感器电缆线(46)引出至大坝坝顶测量平台，并连接自动化采取模块。
2.根据权利要求1所述的大坝深水区大变形沉降观测装置，其特征在于：所述的储液罐(43)带有透明有机质玻璃罩，储液罐(43)上部设有进液口(45)，下部设有出液口(44)。
3.根据权利要求1所述的大坝深水区大变形沉降观测装置，其特征在于：所述的双层液压传感保护管(3)包括液压管(32)、保护管(31)、压力管连接密封件(33)、释液阀门(34)，所述的液压管(32)贯穿于密封保护管(31)中，各段液压管(32)和密封保护管(31)通过压力管连接密封件(33)实现串接，串接好的双层液压传感保护管(3)的端口分别连接储液罐(43)下部出液口(44)和液压传感器(41)，双层液压传感保护管(3)的尾端设置释液阀门(34)，所述的液压管(32)和保护管(31)均采用柔性材料。
4.根据权利要求1所述的大坝深水区大变形沉降观测装置，其特征在于：所述的储液罐基准点(1)包括储液罐保护套(11)、基准点平台(12)、固定套件(13)，所述的储液罐(43)通过固定套件(13)固定于基准点平台(12)上，并置于储液罐保护套(11)内。
5.根据权利要求1所述的大坝深水区大变形沉降观测装置，其特征在于：所述的沉降盘(2)包括沉降板(21)、传感器保护盒(22)和固定件(23)，所述的传感器保护盒(22)为贯通式保护盒，焊接于沉降板(21)上并通过固定件(23)固定于大坝坝基测量处。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的大坝深水区大变形沉降观测装置的观测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
a、在大坝放空检查或新建大坝蓄水前期，被测迎水坡坝基平台出露时，确定沉降盘(2)和储液罐基准点(1)的位置；储液罐基准点(1)布置在坝基两侧基岩或沉降稳定处，储液罐(43)高于沉降盘(2)测量点；
b、根据沉降盘(2)和储液罐基准点(1)的位置，通过固定件(23)固定沉降盘(2)于大坝坝基处，浇筑储液罐基准点平台(12)；
c、固定校核传感器(42)于储液罐(43)的上部空腔处，并通过固定套件(13)把储液罐(43)固定在基准点平台(12)处；
d、根据沉降盘(2)和储液罐基准点(1)的间距，预先截取好液压管(32)和保护管(31)的长度，将液压管(32)串接在保护管(31)中，通过压力管连接密封件(33)串连各段液压管(32)和保护管(31)，并将串连好的双层液压传感保护管(3)的端口分别连接储液罐(43)下部的出液口(44)和液压传感器(41)；
e、在双层液压传感保护管(3)的尾端布置释液阀门(34)，在储液罐(43)的进液口(45)倒入足量测量液，测量液不能覆盖校核传感器(42)，打开释液阀门(34)，使双层液压传感保护管(3)的液压管(32)布满测量液且不留空气后，关闭释液阀门(34)并做封闭防水；
f、盖好并固定储液罐保护套(11)，引出各传感器电缆线(46)至大坝坝顶测量平台，并连接自动化采取模块；
g、测量各液压传感器(41)和校核传感器(42)的读数，待读数稳定后，通过与初始读数的数值差值利用公式H＝(FA-n-F校-n)/G-(FA-1-F校-1)/G换算得出沉降盘(2)的沉降值H，该公式中FA-n为A沉降盘(2)的第n次压力测量值，F校-n,为校核传感器(42)的第n次压力测量值，FA-1为A沉降盘(2)的第1次压力测量值，F校-1为校核传感器(42)的第1次压力测量值，G为测量液质量密度。
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