CN111337214B - 基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法 - Google Patents

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    • E02B1/02—Hydraulic models

Abstract

本发明提出一种基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法，属于防波堤物理模型试验领域，测量设施及仪器包括水槽、防波堤模型断面、护面块体模型、加速度传感器及供电设备，其特点是：当水槽中无模型时，不断调整波要素直到得到含有所需波要素的造波文件。得到所有所需造波文件后在水槽中安装防波堤断面模型，之后安放护面块体模型，护面块体模型包括内置加速度传感器的模型和无加速度传感器的模型，效果是波浪作用在护面块体上导致块体小幅度振动或大幅度移动，传感器产生感应而使数据发生波动，从而判断块体的运动情况。

Description

基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法
技术领域
本发明涉及波浪物理模型试验技术领域，具体说是一种基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法。
背景技术
物理模型试验是探究护面块体稳定性的重要手段。除了波高较小，工程量不大的工程或有类似条件下的试验资料时，块体稳定性的研究一般均需进行块体稳定性试验。目前，试验中块体振动量无法人为判断，块体运动量人为测量费时费力，块体稳定性的判断人为误差大。虽有激光或红外扫描将块石平面成像比较的方法，但较为笼统且仪器昂贵。
发明内容
本发明要解决的技术难题是：提供一种基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法，解决现有的探索块体稳定性的模型试验中块体稳定性判断人为误差大且费时费力的缺陷，通过系统地建立加速度传感器的测量数据与块体的稳定性的对应关系，达到通过传感器数据变化判断块体是否失稳的效果。
为了实现上述目的，本发明提供以下创新的断面模型试验技术方案：一种基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法，所述测量方法由测量系统实施，所述测量系统包括水槽、安放在所述水槽中的防波堤模型断面、安放在所述防波堤模型断面垫层上的护面块体模型，护面块体模型中选择部分护面块体模型内置用于对运动数据采集的加速度传感器；
所述测量方法包括建模和测量：
建模包括如下步骤：在所述水槽中无模型时得到造波文件，在造波文件生成后安装防波堤模型断面，所述防波堤模型断面安装后安放护面块体模型，所述护面块体模型在波浪作用下产生运动，由不同造波文件生成具有不同波要素的波浪，将所述护面块体模型的运动以传感器数据波动表达，得到护面块体模型运动量数据，并建立传感器数据波动的输出与是否失稳判断准则的对应关系；
测量包括如下步骤：护面块体在实测波浪作用下产生运动，对当前护面块体运动的数据波动进行采集，通过传感器数据波动判断护面块体模型是否失稳。
作为一种优选方案，所述水槽包括造波装置和消波装置，所述造波文件在水槽中无模型时多次造波生成。
作为一种优选方案，所述防波堤模型断面为斜坡式防波堤断面模型。
作为一种优选方案，所述斜坡式防波堤断面模型长0.8m，高1m，坡度为1:1.5。
作为一种优选方案，所述护面块体模型包括内置加速度传感器的模型和无加速度传感器的模型。
作为一种优选方案，所述内置加速度传感器的护面块体模型外壳由树脂材料3D打印而成，模型形状为扭王字块，分对称的两部分打印以方便仪器的安装，内部除传感器和供电设备外由铅坠和软陶泥配重，配重后由热熔胶将外壳连接、密封以保证模型及内部仪器正常工作。
作为一种优选方案，所述内置加速度传感器的护面块体模型中传感器的数据传输形式为无线传输。
作为一种优选方案，所述内置加速度传感器的护面块体模型中供电设备为充电电池和充放电一体式充、放电线
作为一种优选方案，所述无加速度传感器的模型形状为扭王字块，由混凝土和铁块制成。
作为一种优选方案，所述护面块体模型在波浪作用下产生运动，所述运动以传感器数据波动的形式显示，所述数据波动形式人为地处理和识别。
本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：
1、本发明提供的基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法，将内置加速度传感器的护面块体模型安放在斜坡堤断面模型的垫层上，在试验波浪的作用下，通过传感器输出数据的小幅波动来判断和量化护面块体的振动，系统记录传统块体稳定性试验中人为观测难以记录的物理量。
2、本发明通过传感器输出数据的大幅波动或陡升陡降来判断护面块体的运动，经数据处理得到块体运动量并建立输出数据与是否失稳判断准则的对应关系，以判断块体是否失稳，节省人力，判断精确。
3、加速度传感器使用MEMS技术及滤波技术，体型较小，安装方便，成本较低。
附图说明
图1为本发明基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法的试验装置整体示意图；
图2为本发明基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法的内置加速度传感器的模型和无加速度传感器的模型的扭王字块实物图；
图3为本发明基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法的内置加速度传感器的模型内部传感器和供电设备的安装示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案、优点和实施例的目的更加清楚，下面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晰、完整地描述，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域内研究人员及技术人员在没有提出创新性思想和做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。
如图1-图3所示，本发明一种基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法的实施例，所涉及设施及仪器包括图1中水槽1、安放在水槽1中的防波堤模型断面2、造波机3和消浪网4，图2中安放在防波堤模型断面2上的扭王字块护面块体模型5、6及图3中内置在扭王字块护面块体模型5中的加速度传感器7、供电设备8和配重材料铅坠9、软陶泥10。图1中水槽1中无模型时得到造波文件，生成造波文件后安装图1中防波堤模型断面2，在防波堤模型断面2的迎浪侧安放图2中扭王字块护面块体模型5、6。图2中扭王字块护面块体模型5、6在波浪作用下产生运动并以传感器数据波动的形式显示。图2中的内置加速度传感器的扭王字块护面块体模型5是混放在数量更多的不具有内置加速度传感器的扭王字块护面块体模型6中的，由图2，其中内置加速度传感器的扭王字块护面块体模型5已经全部标记出，其余的扭王字块护面块体模型均是不具有内置加速度传感器的扭王字块护面块体模型6。
具体的，造波文件在图1中水槽1中无模型时多次造波生成，图1-图2中防波堤模型断面2为同一断面模型，为斜坡式防波堤断面模型，其长0.8m，高1m，坡度为1:1.5。显然，不同尺寸和坡度的斜坡堤断面模型及其他含有护面块体的防波堤断面型式可应用同样的测量方法，斜坡式防波堤为使用护面块体消浪的典型堤型。
图2中扭王字块护面块体模型包括内置加速度传感器的扭王字块护面块体模型5和无加速度传感器的扭王字块护面块体模型6，以达到进行对比试验和监测断面关键位置的效果。
图3中内置加速度传感器的护面块体模型外壳11由树脂材料3D打印而成，此材料可以改变为任何适合3D打印的材料。模型形状为扭王字块，分对称的两部分打印以方便仪器的安装，需要注意的是任何块体形状均可以此方式安装传感器，打印方法也不止对称打印一种。内部除传感器7和供电设备8外由铅坠9和软陶泥10配重，配重后由热熔胶将外壳连接、密封以保证模型及内部仪器正常工作。
图3中内置加速度传感器的护面块体模型11中加速度传感器7的数据传输形式为无线传输，此传输方式减少了试验过程中数据线对块体的牵引影响，使测量更准确。供电设备8包括电连接的充电电池和充放电一体式充、放电线。
图2中无加速度传感器的扭王字块护面块体模型6形状为扭王字块，由混凝土和铁块制成。
为使护面块体振动和稳定性判断精准，本发明提供的基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法的具体实施方式为：将图2中多个内置加速度传感器的模型扭王字块护面块体模型5和无加速度传感器的扭王字块护面块体模型6安放在防波堤模型断面2上，图1中造波机3生成具有不同波要素的波浪，块体模型在波浪作用下产生运动，块体运动量以传感器数据波动的形式显示。人为地系统记录传统块体稳定性试验中人为观测难以记录的块体振动量，人为地进行数据处理得到块体运动量并建立输出数据与是否失稳判断准则的对应关系，以判断块体是否失稳，节省人力，判断精确。
试验需控制图1中造波机3的造波时间以达到即消除防波堤模型断面2产生的波浪反射的影响又保证模拟的波浪作用时长准确。消浪网4消除水槽1的波浪反射影响。上述操作使试验和测量更加精准。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的研究及技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种基于加速度传感器的护面块体稳定性测量方法，所述测量方法由测量系统实施，所述测量系统包括水槽、安放在所述水槽中的防波堤模型断面、安放在所述防波堤模型断面垫层上的护面块体模型，护面块体模型中选择部分护面块体模型内置用于对运动数据采集的加速度传感器；
所述测量方法包括建模和测量：
建模包括如下步骤：在所述水槽中无模型时得到造波文件，在造波文件生成后安装防波堤模型断面，所述防波堤模型断面安装后安放护面块体模型，所述护面块体模型在波浪作用下产生运动，由不同造波文件生成具有不同波要素的波浪，将所述护面块体模型的运动以传感器数据波动表达，得到护面块体模型运动量数据，并建立传感器数据波动的输出与是否失稳判断准则的对应关系；
测量包括如下步骤：护面块体在实测波浪作用下产生运动，对当前护面块体运动的数据波动进行采集，通过传感器数据波动判断护面块体模型是否失稳；
所述水槽包括造波装置和消波装置，所述造波文件在水槽中无模型时多次造波生成；
所述防波堤模型断面为斜坡式防波堤断面模型；
所述斜坡式防波堤断面模型长0.8m，高1m，坡度为1:1.5；
所述护面块体模型包括内置加速度传感器的模型和无加速度传感器的模型；
所述内置加速度传感器的护面块体模型的外壳由树脂材料3D打印而成，模型形状为扭王字块，分对称的两部分打印，内部除传感器和供电设备外由铅坠和软陶泥配重，配重后由热熔胶将外壳连接、密封；
内置加速度传感器的护面块体模型中传感器的数据传输形式为无线传输；
所述内置加速度传感器的护面块体模型中供电设备为充电电池和充放电一体式充、放电线；
所述无加速度传感器的模型形状为扭王字块，由混凝土和铁块制成；
所述护面块体模型在波浪作用下产生运动，所述运动以传感器数据波动的形式显示，所述数据波动形式人为地处理和识别。
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