发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种输电线路杆塔撞击测试分析方法及系统。本发明中将理论分析与工程实践相结合,利用输电线路所在自然环境中的岩石制成测试用滚石,在输电线路所在区域的自然坡面上开设滚石滑道,基于这些由自然条件制成的滚石和滚石滑道,能够真实还原输电线路所在区域的实际情况,能够实现自然环境中边坡失稳滚石对输电线路影响的有效分析,能够减弱或消除现有技术的局限性,分析结果相对更准确。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种输电线路杆塔撞击测试分析方法,包括:
由输电线路所在区域的岩石制成不同形状或不同质量的滚石;
在所述区域的自然坡面上从高处向低处开设滚石滑道,并在所述滚石滑道不同高度处分别做出不同的位置点标记;
在所述滚石滑道的最低处设置数据收集系统,并在面向所述滚石下滑方向的所述数据收集系统的前端设置杆塔地基和角钢样品,利用所述杆塔地基和所述角钢样品承受下滑的所述滚石的冲击,并利用所述数据收集系统对所述杆塔地基和所述角钢样品承受的所述滚石的冲击力数据进行收集。
具体的,在所述由所述区域的岩石制成不同形状或不同质量的滚石的步骤之前,还包括:确定输电线路所在区域的岩石类型,根据所述岩石类型制成不同形状或不同质量的所述滚石。
具体的,所述由所述区域的岩石制成不同形状或不同质量的滚石的步骤中,所述滚石的质量包括0.5kg、1kg、2kg、4kg和6kg。
具体的,所述在所述自然坡面上从高处向低处开设滚石滑道,并在所述滚石滑道不同高度处分别做出不同的位置点标记的步骤中,还包括:
在不同的所述位置点标记处分别设置至少一个摄像仪,利用所述摄像仪对所述滚石从不同的所述位置点标记处沿所述滚石滑道下滑到所述数据收集系统时的下滑过程进行拍摄。
具体的,所述在面向所述滚石下滑方向的所述数据收集系统的前端设置杆塔地基和角钢样品的步骤中,所述杆塔地基选用型号为C25或C30的混凝土材料,所述角钢样品选用型号为Q345B或Q420B、厚度为8-24mm的钢材。
具体的,所述利用所述数据收集系统对所述杆塔地基和所述角钢样品承受的所述滚石的冲击力数据进行收集的步骤中,所述冲击力数据包括:所述滚石对所述杆塔基底和所述角钢样品的冲击速度和冲击力大小。
具体的,在利用所述数据收集系统对所述杆塔地基和所述角钢样品承受的所述滚石的冲击力数据进行收集的步骤之后,还包括:
确定所述区域的自然坡面的坡度角和所述输电线路的电压等级,并统计所述位置点标记、所述滚石的形状、所述滚石的质量、所述自然坡面的坡度角、所述输电线路的电压等级分别与所述冲击力数据的关系。
具体的,所述确定所述输电线路的电压等级的步骤中,所述电压等级包括110kV、220kV、±500kV、±800kV和1000kV。
具体的,在所述统计所述位置点标记、所述滚石的形状、所述滚石的质量、所述自然坡面的坡度角、所述输电线路的电压等级分别与所述冲击力数据的关系的步骤之后,还包括:
利用统计好的所述位置点标记、所述滚石的形状、所述滚石的质量、所述自然坡面的坡度角、所述输电线路的电压等级分别与所述冲击力数据的关系,根据所述输电线路所在区域的实际自然环境特点,选取所述杆塔地基或所述角钢样品的规格,并将选好规格的所述杆塔地基或所述角钢样品用于实际的输电线路构建中。
本发明还提供了一种输电线路杆塔撞击测试分析系统,包括:
滚石,由输电线路所在区域的岩石制成;
滚石滑道,从高到低开设在所述区域的自然坡面上;所述滚石滑道的不同高度处设置有不同的位置点标记;
数据收集系统,位于所述滚石滑道的最低处,用于收集从不同的所述位置点标记沿所述滚石滑道下滑的所述滚石运动到所述滚石滑道的最低处的冲击力数据。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明提供的一种输电线路杆塔撞击测试分析方法及系统,采用理论分析与工程实践相结合的研究方法,对输电线路上边坡失稳滚石对杆塔撞击影响进行了科学的评价,得到的相关结果可为输电走廊地质灾害防护提供较准确的技术参考。
具体的,利用输电线路所在自然环境中的岩石制成测试用滚石,在输电线路所在区域的自然坡面上开设滚石滑道,基于这些由自然条件制成的滚石和滚石滑道,能够真实还原输电线路所在区域的实际情况,能够实现自然环境中边坡失稳滚石对输电线路影响的有效分析,能够减弱或消除现有技术的局限性,分析结果相对更准确。
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。
如背景技术中所述,输电线路沿着坡面架设,极易受到输电线路上自然边坡崩塌的威胁。虽然对滚石灾体的相关研究一直是国内外防灾减灾的重点领域,但输电线路相关的问题极少受到人们的关注。在输电杆塔形变研究方面,现阶段工程人员关注了地基及基础变位对整塔变形及受力特性的影响,这些影响集中在采空区域和崩塌区域,且现有多对这些区域进行研究分析。
在现有的研究中,如发明专利CN111981446A中公开的一种滚石撞击输电线路附属基础的测试装置及测试方法,是利用支架、待测杆塔、滚石、压力传感器和高速摄影仪搭建测试平台,模拟不同滚石撞击铁塔的效果。其主要模拟的是复杂的山区地质地貌和滚石对输电铁塔基础的影响。
但其模拟条件与自然环境的条件有明显差别,其所用的模拟滑道仍然是人工合成的,即镶嵌有石块的滑槽,与现实中的自然环境条件相差甚远;且该现有技术中并未完成对滚石类型的分析。
因此,现有技术中该方案对自然环境中边坡失稳滚石的影响无法进行有效的分析,具有一定的局限性,导致其研究分析结果的准确性相对较差。
为此,本发明中方案用于解决现有在分析研究滚石和自然环境条件对输电线路杆塔的影响时仍采用人工合成的设施易导致分析研究适用性不强、分析结果不准确等问题。利用本发明中方案能够有效提高滚石和自然环境条件对输电线路杆塔的影响的研究分析适用性以及分析结果的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1:
如图1所示,为本发明实施例1中提供的一种输电线路杆塔撞击测试分析方法的流程图,其中的S1-S5表示方法中的各步骤。
具体步骤为:
S1:由输电线路所在区域的岩石制成不同形状或不同质量的滚石;
S2:在输电线路所在区域的自然坡面上从高处向低处开设滚石滑道,并在滚石滑道不同高度处分别做出不同的位置点标记;
S3:在滚石滑道的最低处设置数据收集系统,并在面向滚石下滑方向的数据收集系统的前端设置杆塔地基和角钢样品,利用杆塔地基和角钢样品承受下滑的滚石的冲击,并利用数据收集系统对杆塔地基和角钢样品承受的滚石的冲击力数据进行收集。
接下来针对上述的每个步骤做进一步说明:
在步骤S1之前还包括:确定输电线路所在区域的岩石类型,根据岩石类型制成不同形状或不同质量的滚石。
其中的输电线路所在区域的岩石类型根据实际情况确定。具体的,岩石类型一般为花岗岩、石灰岩或白云岩等。该步骤的作用是为步骤S1中滚石的制备、步骤S2中滚石滑道的开设提供数据基础。
步骤S1中,先根据确定的输电线路所在区域的岩石类型确定制备滚石所需的材质,然后以0.5kg、1kg、2kg、4kg和6kg为标准分别制备出不同形状但质量符合标准的滚石。本发明在该步骤中是利用输电线路所在区域的真实岩石制成了滚石,并利用该滚石实现了输电线路杆塔撞击测试分析实验。与现有的利用人工合成的材质代替真实环境中的真实岩石的方案相比,本发明中利用由真实岩石制成的滚石更能真实反映输电线路所在区域坡面失稳滚石对输电线路的真实影响,进而能够保证实验的真实性以及分析结果的相对准确性。
步骤S2中,是在输电线路所在区域的自然坡面上人工开设出一条滚石滑道,并在滚石滑道的不同高度处标记不同的位置点标记。更具体的,是在确定了输电线路所在区域的岩石类型后,从自然坡面的高处逐渐向低处开设一条以自然坡面为滑道面的滚石滑道。该滚石滑道的长度和宽度根据输电线路所在区域的自然坡面的实际情况确定,滚石滑道的长度优选为20m,宽度优选为1.5m。在滚石滑道的不同高度处标记的不同的位置点标记可为在5m、7m、11m、15m和20m处标记的位置点标记,也可在其他位置处标记,位置点标记的标记位置和标记密度根据输电线路所在区域的自然坡面的实际情况确定。
与现有技术中人工合成的由镶嵌有石块的滑槽构成的滚石滑道相比,本发明中的滚石滑道是根据真实坡面开设形成的,其具有与自然坡面相同或近似的环境属性。在进行输电线路杆塔撞击测试分析实验时,将步骤S1中由输电线路所在区域的岩石制成的滚石与步骤S2中由输电线路所在区域的自然坡面开设形成的滚石滑道配合使用,相比现有人工合成的滚石和滚石滑道,具有更真实的环境质感,更能真实反映输电线路附近坡面上失稳滚石对输电线路的影响。
步骤S3中,是本发明在步骤S2制备好的滚石滑道的最低处设置了数据收集系统。为了提升输电线路杆塔撞击测试分析实验的实验效果,本发明中还在数据收集系统的前端设置了与实际的输电线路对应的杆塔地基和角钢样品。具体的,是在面向滚石下滑方向的数据收集系统的前端设置杆塔地基和角钢样品,杆塔地基和角钢样品与数据收集系统的前端固定连接。
由步骤S1-S3可看出,为实现输电线路杆塔撞击测试分析实验,本发明中先利用输电线路所在区域的实际岩石制成了不同形状、不同质量的滚石;同时利用输电线路所在区域的实际自然坡面开设了滑道面与实际环境相符的滚石滑道;并在滚石滑道的最低处设置了前端固定有杆塔地基和角钢样品的数据收集系统。在利用步骤S1-S3设置好上述这些设施后,接下来进行输电线路杆塔撞击测试分析实验:
将不同形状、不同质量的滚石分别在滚石滑道的不同位置点标记处释放,释放的滚石沿滚石滑道由高处向低处下滑到杆塔地基和角钢样品处,并撞击杆塔地基和角钢样品;被撞击的杆塔地基和角钢样品会将所受冲击力以力传导的方式传递给在其后端固定设置的数据收集系统;此时,数据收集系统会感知到该冲击力,并对冲击力数据进行收集。
在这期间,还包括利用架设在滚石滑道外侧的位于每个位置点标记处的至少一个摄像仪对滚石下滑时的运动状态以及滚石撞击杆塔地基和角钢样品时的状态进行拍摄。
另外,步骤S3中的杆塔地基选用型号为C25或C30的混凝土材料,角钢样品选用型号为Q345B或Q420B的钢材,且厚度为8-24mm。
通过步骤S3,可有效获取滚石沿滚石滑道撞击杆塔地基和角钢样品时产生的冲击力数据。该冲击力数据包括冲击速度和冲击力大小。
在步骤S3之后还包括:确定输电线路所在区域的自然坡面的坡度角和输电线路的电压等级,并统计位置点标记、滚石的形状、滚石的质量、自然坡面的坡度角、输电线路的电压等级分别与冲击力数据的关系;并利用统计好的位置点标记、滚石的形状、滚石的质量、自然坡面的坡度角、输电线路的电压等级分别与冲击力数据的关系,根据输电线路所在区域的实际自然环境特点,选取杆塔地基或角钢样品的规格,并将选好规格的杆塔地基或角钢样品用于实际的输电线路构建中。
其中,一般选取角度为30°~90°的坡度角。另外,输电线路的电压等级一般为110kV、220kV、±500kV、±800kV或1000kV。
另外,该步骤中是将上述数据以绘图或表格的方式统计出来,并构建这些数据之间的关系。具体的,需要确定的关系包括:
(1)在坡度角相同且滚石质量相同的情况下,滚石的冲击力峰值与滚石的冲击速度之间的关系;
(2)在坡度角相同且滚石的冲击速度基本相同的情况下,滚石的冲击力峰值与滚石的质量之间的关系;
(3)在滚石质量一定的情况下,滚石的冲击力峰值与坡度角之间的关系;
(4)本发明中滚石的冲击力峰值、滚石的冲击速度分别与实验室中人工合成的滚石的滚石冲击力峰值、滚石的冲击速度之间的对比关系;
(5)滚石质量与杆塔地基和角钢样品的破坏性关系。
在确定了上述关系后,可根据输电线路所在区域的实际自然环境特点,选取适用的杆塔地基或角钢样品的规格,并将选好规格的杆塔地基或角钢样品用于实际输电线路的构建中。
由此,利用本发明在实施例1中提供的输电线路杆塔撞击测试分析方法制备的滚石和滚石滑道与输电线路所在区域的真实自然环境相符合或近似符合,能够真实反映输电线路所在真实环境中边坡失稳滚石对输电线路的影响,进而能够利用本发明中提供的方法得到失稳滚石对输电线路杆塔的真实影响因素,从而能够为输电线路的实际构建提供真实有效的数据分析基础。与现有技术中人工合成的滚石和滚石滑道相比,本发明中方法所适用的环境更多样化,且由于滚石和滚石滑道是基于真实环境制成的,本发明中得到的分析结果也相对更准确。
实施例2:
如图2所示,为本发明实施例2中提供的输电线路杆塔撞击测试分析系统的结构示意图。从图2中可看出,a部分是输电线路杆塔撞击测试分析系统的大致框架,包括滚石1、滚石滑道2和数据收集系统3;b部分为a部分中数据收集系统3的具体结构示意图。b部分中,数据收集系统3包括滚石挡板单元和测试传感单元。其中,滚石挡板单元包括冲击板31、立板32、平台33和支柱34;测试传感单元包括摄像仪35和传感单元36。
更具体的,滚石1由输电线路所在区域的岩石制成,岩石类型一般为花岗岩、石灰岩和白云岩等。滚石1的质量一般为0.5kg、1kg、2kg、4kg或6kg,滚石1的形状不定。在利用本发明实施例2中提供的输电线路杆塔撞击测试分析系统进行实验时,可基于不同形状、不同质量、不同材质的滚石1完成实验。
滚石滑道2是根据输电线路所在区域的岩石类型、所在区域的自然坡面的坡度角以及所在区域的实际情况确定的。具体的,从输电线路所在区域的自然坡面的高处逐渐向低处开设一条以自然坡面为滑道面的小道,即为滚石滑道2。该滚石滑道2的长度和宽度根据输电线路所在区域的自然坡面的实际情况确定。在本发明中,滚石滑道2的长度优选为20m,宽度优选为1.5m。在开设完滚石滑道2后,需要在滚石滑道2的不同高度处做出不同的位置点标记。本发明中优选做出从滚石滑道2的最低处开始,到滚石滑道2的5m、7m、11m、15m和20m处这5个位置的位置点标记。不过,也可根据输电线路所在区域的自然坡面的实际情况,对滚石滑道2上位置点标记的具体位置、数量和密度进行调整。
数据收集系统3位于滚石滑道2沿自然坡面的最低处,在数据收集系统3的前端还固定有用于测试的杆塔地基和角钢样品。具体的,是将用于测试的杆塔地基和角钢样品固定设置在数据收集系统3面向滚石滑道2中滚石1下滑方向的前端。在滚石1从滚石滑道2的不同位置点标记处下滑后,滚石对固定设置在数据收集系统3前端的杆塔地基和角钢样品产生冲击,受到冲击后的杆塔地基和角钢样品再以力传导的方式将冲击传递给数据收集系统3,此时,数据收集系统3收集冲击产生的冲击力数据。其中的冲击力数据包括冲击速度和冲击力大小。
更具体的,可参见图2中的b部分。
从b部分中可看出,数据收集系统3包括冲击板31、立板32、平台33、支柱34、摄像仪35和传感单元36。其中,冲击板31位于数据收集系统3的面向滚石1沿滚石滑道2下滑方向的最前端,与固定设置在数据收集系统3前端的杆塔地基和角钢样品直接接触,用于承受杆塔地基和角钢样品以力传导方式传递过来的冲击。
立板32位于冲击板31面向滚石1沿滚石滑道2下滑方向的同一面的两端。其作用是将从滚石滑道2下滑的滚石1引导到数据收集系统3前端的杆塔地基和角钢样品上,避免滚石1在下滑的过程中偏离滚石滑道2或未能与数据收集系统3前端的杆塔地基和角钢样品直接接触,避免数据收集系统3对冲击感知不灵敏的问题。
平台33和支柱34均位于数据收集系统3中冲击板31背向滚石1沿滚石滑道2下滑方向的一面,且平台33与冲击板31的该面固定连接,支柱34的一端与平台33固定连接,另一端与数据收集系统3的内部固定连接。平台33和支柱34的作用是将冲击板31固定在数据收集系统3中,避免因冲击板31的不稳固导致对冲击力数据的收集存在无谓的偏差。
摄像仪35架设在与数据收集系统3前端固定连接的杆塔地基和角钢样品的位置的外侧,用于对滚石1沿滚石滑道2下滑到滚石滑道2的最低处,并对杆塔地基和角钢样品产生冲击时的状态进行拍摄。
传感单元36的一端与冲击板31背向滚石1沿滚石滑道2下滑方向的一面固定连接,可通过传感单元36收集到杆塔地基和角钢样品以力传导的方式传递给冲击板31的冲击力数据。该冲击力数据包括冲击速度和冲击力大小。
因此,本发明实施例2中提供的输电线路杆塔撞击测试分析系统利用到了如实施例1中所述的输电线路杆塔撞击测试分析方法,同样利用到了由输电线路所在区域的真实环境制成的滚石1和滚石滑道2。基于此,与现有技术中人工合成的滚石和滚石滑道相比,本发明中系统所适用的环境也具有多样化,且由于滚石和滚石滑道是基于真实环境制成的,本发明中系统得到的分析结果也相对更准确。
综上所述,本发明中提供的一种输电线路杆塔撞击测试分析方法及系统,将理论分析与工程实践相结合,利用输电线路所在自然环境中的岩石制成测试用滚石,在输电线路所在区域的自然坡面上开设滚石滑道,基于这些由自然条件制成的滚石和滚石滑道,能够真实还原输电线路所在区域的实际情况,能够实现自然环境中边坡失稳滚石对输电线路影响的有效分析,能够减弱或消除现有技术的局限性,分析结果相对更准确。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,对以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。