CN110274570A - 用于堆石坝层间错动变形的监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及安全监测领域，尤其是一种用于堆石坝层间错动变形的监测系统及监测方法，其包括行走导管、轨迹检测装置，行走导管依次穿过堆石坝的垫料层、过渡料层、堆石体层设置，且行走导管的一端部位于堆石坝的防渗体心墙中，另一端部位于在堆石体层的外部，轨迹检测装置能够在行走导管中移动。变形检测时，只需先将行走导管依次穿过堆石坝的垫料层、过渡料层、堆石体层设置，后期监测时再将轨迹检测装置放置行走导管中，并沿其移动，就能准确获得堆石坝各个层间错动变形的情况，这是一种机械式的监测方法，不需复杂设备和技术人员，简单易行、方便监测，并提高了监测的可靠性和准确性，具有重要的工程意义。
Description
技术领域
本发明涉及安全监测领域，尤其是一种用于堆石坝层间错动变形的监测系统及监测方法。
背景技术
随着我国水电事业的迅速发展，各种堆石坝的规模及其运行条件愈来愈复杂，高坝大库建筑物安全运行提出了更高的挑战，对堆石坝安全性和稳定性的要求越来越高，要确保其安全稳定运行，因此，工程安全监测对堆石坝的重要性不言而喻，以便在运行时能够及时、准确、方便的测读监测数据，确保堆石坝的运行安全。
堆石坝包括防渗体心墙，防渗体心墙的两侧分别依次设置有垫料层、过渡料层、堆石体层，有的还设置防渗层，防渗层位于防渗体心墙与垫料层之间，在挡水运行过程中希望它们各层之间的变形协调。但在堆石坝实际运行时，这些层间料分属不同的直径、级配和密实度，带来变形模量的不一，这种差异组成的坝体在水和自重等荷载的作用下必然会产生变形及其差异，尤其是包括防渗体心墙两侧的垫料层、过渡料层、堆石体层由于竖向沉降的不一致而引起的层间错动，可能会因两者的层间沉降错动引起蓄水运行的水力，影响挡水大坝的运行安全。
目前，监测防渗体心墙两侧的垫料层、过渡料层、堆石体层的竖向沉降(错动变形)的方法为在垫料层、过渡料层、堆石体层的层间按一定间距布置电测式程杆式位移计的点式监测，通过检测的数据换算而得各个层间的相对沉降错动变形，该方法中电测式程杆式位移计的安装难度和检测时受到的干扰较大，导致实测误差(精度)大、效果差，而且电测式程杆式位移计属于电子仪器，电子式仪器易老化或挤压破坏而失效，坝内仪器一旦失效就难以修复而无法监测，终止或影响其监测，其准确性没法保证，无法获得堆石坝的运行工况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种方便监测、准确率高的堆石坝层间错动变形的监测系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于堆石坝层间错动变形的监测系统，包括行走导管、轨迹检测装置，行走导管依次穿过堆石坝的垫料层、过渡料层、堆石体层设置，且行走导管的一端部位于堆石坝的防渗体心墙中，另一端部位于在堆石体层的外部，轨迹检测装置能够在行走导管中移动。
进一步的是，行走导管水平设置。
进一步的是，行走导管的截面形状为圆形。
进一步的是，轨迹检测装置包括检测小车、轨迹检测仪，轨迹检测仪设置在检测小车上。
进一步的是，轨迹检测仪包括光纤陀螺仪和加速度计。
进一步的是，轨迹检测装置还包括处理器、动力装置、传动装置，动力装置与传动装置相连接，传动装置与检测小车相连接，轨迹检测仪与处理器相连接。
进一步的是，以堆石坝的防渗体心墙坝轴线为界限，堆石坝分为坝体上游部和坝体下游部，行走导管设置在坝体下游部中。
另外，本发明还要解决的技术问题是提供一种方便检测、准确率高的堆石坝层间错动变形的监测方法。
用于堆石坝层间错动变形的监测方法，包括如下步骤：
a、在堆石坝的垫料层、过渡料层、堆石体层中设置行走导管，行走导管的一端部位于堆石坝的防渗体心墙中，另一端部位于在堆石体层的外部；
b、通过动力装置、传动装置的作用，使检测小车在行走导管中并沿其移动，检测小车上设置有轨迹检测仪，轨迹检测仪对检测小车的移动轨迹进行检测，并将检测得到的数据发送给处理器；
c、处理器对在步骤b中得到的数据进行分析、计算，得出检测小车的移动轨迹曲线；
d、根据检测小车的移动轨迹曲线，得出堆石坝的垫料层、过渡料层、堆石体层之间的错动变形情况。
进一步的是，在步骤a中，以堆石坝的防渗体心墙坝轴线为界限，堆石坝分为坝体上游部和坝体下游部，行走导管通过预埋的方式水平设置在坝体下游部中。
进一步的是，在步骤b中，轨迹检测仪包括光纤陀螺仪和加速度计。
本发明的有益效果是：本发明检测系统包括行走导管、轨迹检测装置，行走导管可通过预埋的方式依次穿过堆石坝的垫料层、过渡料层、堆石体层设置，堆石坝的垫料层、过渡料层、堆石体层层间错动变形时，会使行走导管产生同样的变形；变形检测时，只需使轨迹检测装置在行走导管并沿其移动，轨迹检测装置对其的移动轨迹进行检测，通过分析、计算，得出轨迹检测装置的移动轨迹曲线，该移动轨迹曲线也即是所检测时堆石坝的垫料层、过渡料层、堆石体层所处位置形成的曲线；可见，本发明检测系统只需先将行走导管依次穿过堆石坝的垫料层、过渡料层、堆石体层设置，后期监测时再将轨迹检测装置放置行走导管中，并沿其移动，就能准确获得堆石坝各个层间错动变形的情况，成功解决了堆石坝各个层间的层间错动沉降变形监测问题，这是一种机械式的监测方法，不需复杂设备和技术人员，简单易行、方便监测，并提高了监测的可靠性和准确性，具有重要的工程意义，为堆石坝的层间错动变形的监测提供了非常好的应用实例，可以在类似工程全面推广。
附图说明
图1是本发明实施时的结构示意图；
图2是图1中A处放大图；
图3是某堆石坝中检测小车的移动轨迹曲线示意图；
图中标记：行走导管1、垫料层2、过渡料层3、堆石体层4、检测小车5、光纤陀螺仪6、加速度计7、防渗体心墙8、反滤层9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明用于堆石坝层间错动变形的监测系统，包括行走导管1、轨迹检测装置，行走导管1通过预埋的方式依次穿过堆石坝的垫料层2、过渡料层3、堆石体层4设置，且行走导管1的一端部位于堆石坝的防渗体心墙8中，另一端部位于在堆石体层4的外部，轨迹检测装置能够在行走导管1中移动。
具体的，行走导管1的优选为不锈钢钢管，为了便于轨迹检测装置在行走导管1中移动，行走导管1的截面形状为圆形，也即是行走导管1为圆柱形形状。以堆石坝的防渗体心墙8坝轴线为界限，堆石坝分为坝体上游部和坝体下游部，由于坝体上游部的上方具有大量的水，为了便于行走导管1的安装和后期的检测实施，行走导管1优选设置在坝体下游部中。更进一步，行走导管1优选水平设置，这样不但更加便于行走导管1的安装施工，也更加便于后期检测曲线的分析，保证检测的准确性。
轨迹检测装置的作用是对其的移动轨迹进行检测，为了便于轨迹检测装置在行走导管1中移动，再如图2所示，轨迹检测装置包括检测小车5、轨迹检测仪，轨迹检测仪设置在检测小车5上。通过大量实践和试验中得出，轨迹检测仪优选包括光纤陀螺仪6和加速度计7，光纤陀螺仪6可以检测出监测小车5的移动时的运动角速度，加速度计7可以检测出监测小车5的移动时的加速度，进而推算出监测小车5的移动时的倾角值，当得到监测小车5的移动时的运动角速度和倾角值，通过捷联解算出最优倾角值，进行积分运算，经计算后得出监测小车5的移动轨迹线，该移动轨迹曲线也即是所检测时堆石坝的垫料层2、过渡料层3、堆石体层4所处位置形成的曲线，再经过对曲线分析，就能得到准确获得堆石坝各个层间错动变形的情况。为了便于检测小车5的移动，本发明还设置有动力装置、传动装置，动力装置与传动装置相连接，传动装置与检测小车5相连接，检测小车5通过动力装置提供动力，传动装置的传动，使检测小车5沿行走导管1移动。为了提高计算、分析数据的效率，提高自动化水平，轨迹检测装置还包括处理器，轨迹检测仪与处理器相连接，轨迹检测仪对检测小车的移动轨迹进行检测，并将检测得到的数据发送给处理器，处理器对得到的数据进行分析、计算，得出检测小车5的移动轨迹曲线。
有些堆石坝的防渗体心墙8的表面还设置有反滤层9，行走导管1也穿过反滤层9设置，从而实现对反滤层9与防渗体心墙8、垫料层2的层间错动变形的监测。
采用上述监测系统的监测方法，包括如下步骤：
a、在堆石坝的垫料层2、过渡料层3、堆石体层4中设置行走导管1，行走导管1的一端部位于堆石坝的防渗体心墙8中，另一端部位于在堆石体层4的外部；
b、通过动力装置、传动装置的作用，使检测小车5在行走导管1中并沿其移动，检测小车5上设置有轨迹检测仪，轨迹检测仪对检测小车5的移动轨迹进行检测，并将检测得到的数据发送给处理器；
c、处理器对在步骤b中得到的数据进行分析、计算，得出检测小车5的移动轨迹曲线；
d、根据检测小车5的移动轨迹曲线，得出堆石坝的垫料层2、过渡料层3、堆石体层4之间的错动变形情况。
在步骤a中，以堆石坝的防渗体心墙8坝轴线为界限，堆石坝分为坝体上游部和坝体下游部，为了便于行走导管1的安装和后期的检测实施，行走导管1通过预埋的方式水平设置在坝体下游部中。
在步骤b中，轨迹检测仪包括光纤陀螺仪6和加速度计7。通过大量实践和试验中得出，轨迹检测仪优选包括光纤陀螺仪6和加速度计7，光纤陀螺仪6可以检测出监测小车5的移动时的运动角速度，加速度计7可以检测出监测小车5的移动时的加速度，进而推算出监测小车5的移动时的倾角值。
当未发生层间错动变形所得的轨迹线时，检测小车5的移动轨迹曲线为一直线，如图3所示，堆石坝层间发生错动变形后，检测小车5的移动轨迹曲线为一曲线，图中直线为某堆石坝未发生变形所得的轨迹线，曲线为发生变形所得的轨迹线，两条移动轨迹线在竖直方向之间的差值即为该堆石坝层间错动变形值。还可得出防渗体心墙8与垫料层2有较大的变形值，垫料层2与过渡料层3之间有较大的变形值。
综上所述，本发明检测系统包括行走导管1、轨迹检测装置，行走导管1可通过预埋的方式依次穿过堆石坝的垫料层2、过渡料层3、堆石体层4设置，堆石坝的垫料层2、过渡料层3、堆石体层4层间错动变形时，会使行走导管1产生同样的变形；变形检测时，只需使轨迹检测装置在行走导管1并沿其移动，轨迹检测装置对其的移动轨迹进行检测，通过分析、计算，得出轨迹检测装置的移动轨迹曲线，该移动轨迹曲线也即是所检测时堆石坝的垫料层2、过渡料层3、堆石体层4所处位置形成的曲线；可见，本发明检测系统只需先将行走导管1依次穿过堆石坝的垫料层2、过渡料层3、堆石体层4设置，后期监测时再将轨迹检测装置放置行走导管1中，并沿其移动，就能准确获得堆石坝各个层间错动变形的情况，成功解决了堆石坝各个层间的层间错动沉降变形监测问题，这是一种机械式的监测方法，不需复杂设备和技术人员，简单易行、方便监测，并提高了监测的可靠性和准确性，具有重要的工程意义，为堆石坝的层间错动变形的监测提供了非常好的应用实例，可以在类似工程全面推广。
Claims (10)
1.用于堆石坝层间错动变形的监测系统，其特征在于：包括行走导管(1)、轨迹检测装置，行走导管(1)依次穿过堆石坝的垫料层(2)、过渡料层(3)、堆石体层(4)设置，且行走导管(1)的一端部位于堆石坝的防渗体心墙(8)中，另一端部位于在堆石体层(4)的外部，轨迹检测装置能够在行走导管(1)中移动。
2.如权利要求1所述的用于堆石坝层间错动变形的监测系统，其特征在于：行走导管(1)水平设置。
3.如权利要求1所述的用于堆石坝层间错动变形的监测系统，其特征在于：行走导管(1)的截面形状为圆形。
4.如权利要求1所述的用于堆石坝层间错动变形的监测系统，其特征在于：轨迹检测装置包括检测小车(5)、轨迹检测仪，轨迹检测仪设置在检测小车(5)上。
5.如权利要求4所述的用于堆石坝层间错动变形的监测系统，其特征在于：轨迹检测仪包括光纤陀螺仪(6)和加速度计(7)。
6.如权利要求5所述的用于堆石坝层间错动变形的监测系统，其特征在于：轨迹检测装置还包括处理器、动力装置、传动装置，动力装置与传动装置相连接，传动装置与检测小车(5)相连接，轨迹检测仪与处理器相连接。
7.如权利要求1至6任意一项所述的用于堆石坝层间错动变形的监测系统，其特征在于：以堆石坝的防渗体心墙(8)坝轴线为界限，堆石坝分为坝体上游部和坝体下游部，行走导管(1)设置在坝体下游部中。
8.用于堆石坝层间错动变形的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、在堆石坝的垫料层(2)、过渡料层(3)、堆石体层(4)中设置行走导管(1)，行走导管(1)的一端部位于堆石坝的防渗体心墙(8)中，另一端部位于在堆石体层(4)的外部；
b、通过动力装置、传动装置的作用，使检测小车(5)在行走导管(1)中并沿其移动，检测小车(5)上设置有轨迹检测仪，轨迹检测仪对检测小车(5)的移动轨迹进行检测，并将检测得到的数据发送给处理器；
c、处理器对在步骤b中得到的数据进行分析、计算，得出检测小车(5)的移动轨迹曲线；
d、根据检测小车(5)的移动轨迹曲线，得出堆石坝的垫料层(2)、过渡料层(3)、堆石体层(4)之间的错动变形情况。
9.如权利要求8所述的用于堆石坝层间错动变形的监测方法，其特征在于：在步骤a中，以堆石坝的防渗体心墙(8)坝轴线为界限，堆石坝分为坝体上游部和坝体下游部，行走导管(1)通过预埋的方式水平设置在坝体下游部中。
10.如权利要求8所述的用于堆石坝层间错动变形的监测方法，其特征在于：在步骤b中，轨迹检测仪包括光纤陀螺仪(6)和加速度计(7)。
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