CN107860325B - 基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法 - Google Patents

Abstract

一种基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法，该方法利用专用固定装置将真空激光准直观测***设置在每个坝段的坝顶，每个坝段布置一个真空激光准直观测***作为观测点，该***观测分辨率为0.01mm，一次观测读数中误差≤0.1mm，凭借测量精度高、范围广、速度快以及***运行稳定、易于维护等优点，真空激光准直观测***在大坝变形监测中的应用在近些年日趋成熟，并在诸多工程中得到了良好的应用。依据设置在坝顶的真空激光准直观测***，某混凝土重力坝实现了实时展现坝体变形性态，并可根据监测资料分析和评价坝体变形对大坝安全运行的影响。

Description

基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法

技术领域

本发明涉及一种基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法。

背景技术

变形监测是混凝土重力坝安全监测中重要的一项，长期以来常用的监测方法有垂线、引张线、视准线、静力水准等，但上述监测方法普遍存在覆盖面窄、观测精度低、测量速度慢等缺点，难以准确、快速掌握大坝变性态。因此对于轴线较长的大坝，其水平位移沿轴向分布状态需要一套观测精度高、测量速度快且易实现自动化的监测***来反映。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法，其特征在于：该方法利用专用固定装置将真空激光准直观测***设置在每个坝段的坝顶，每个坝段布置一个真空激光准直观测***作为观测点，该***观测分辨率为0.01mm，一次观测读数中误差≤0.1mm；一方面利用激光观测***实测坝体变形量，客观、真实的反映大坝在不同季节变形情况，通过对积累的监测数据进行历时分析和统计模型分析，反映大坝随寿命增长而表现出的变形特征，进而为研究混凝土耐久性和大坝服役寿命提供技术借鉴；另一方面，通过绘制大坝变形一维分布图，实现实时反映大坝沿坝轴线变形分布状态，特别是对于某混凝土重力坝沿坝轴存在的三处较为明显的变形差，实现不同时段对比显示，从而掌握大坝沿坝轴线水平向变形性态。

大坝变形历时分布情况依靠真空激光准直观测***长期监测成果来反映，通过绘制大坝变形量随时间变化的关系曲线，并结合坝址区气温和库水位监测成果，明确各坝段在不同工况下坝体变形规律；

利用逐步回归法，以坝顶真空激光准直观测***监测坝顶水平位移量为样本建立统计模型，结果表明气温变化是否为影响坝顶水平向变形的主导影响因素，库水、降雨量环境量变化对变形影响量大小；

利用分布图对比法和特征值统计法对大坝沿轴向水平变形特性进行分析，通过结果分析在低温季节沿坝轴线水平向位移存在多少明显的变形差，即安装间和厂房坝段平均变形差、第一个坝段平均变形差、第二个坝段平均变形差值；高温季节多个区域的变形差变化大小，大坝沿轴向水平位移是否趋于协调；

专用固定装置包括固定架、设置在固定架内的滚筒组和设置在固定架上方的用于夹紧真空激光准直观测***的临时夹紧装置；滚筒组为两个缠绕拉紧钢索的能够自转的滚筒结构，两个滚筒结构的转轴之间相互平行，两个滚筒结构设置在一个公共的旋转支架上，一根立轴由固定架的上端穿过固定架的中心和旋转支架的中心后连接至固定架底部，旋转支架为能绕立轴旋转的结构，使得两个滚筒结构绕该立轴旋转；

立轴上套有旋拧套, 旋拧套为能沿立轴上下移动且能相对于立轴自转的结构，旋拧套的下端伸进固定架内，旋拧套的上部留在固定架外，在立轴的下部套有上顶弹簧，上顶弹簧下端与立轴固定，上顶弹簧上端顶触旋拧套的下端并始终保持将旋拧套上顶的力；旋拧套下端连接横杆, 横杆的两端设置有方形的驱动套筒,在两个滚筒结构的轴的低端连接旋转支架,两个滚筒结构的轴的顶端设置有方形柱，驱动套筒为相对于滚筒结构做上下移动的结构，当上顶弹簧将旋拧套顶至最高的位置的时候，驱动套筒的底端与滚筒结构的顶端方形柱分离，当驱动套筒下压时驱动套筒逐渐套住滚筒结构的顶端方形柱使得滚筒结构被限制自转，同时，驱动套筒驱动两个滚筒结构以立轴为轴旋转；

旋拧套上伸进固定架的部分还设置有两个L形固定卡, L形固定卡为由横向杆和立向杆构成的L形结构，两个L形固定卡对称设置，两个L形固定卡设置在横杆的上方；

在固定架的上端供旋拧套穿过的通孔的两侧对称设置有两个条形豁口, 条形豁口的长度要满足供L形固定卡通过，通孔的两侧还对称设置有两个能供L形固定卡的立向杆穿过的分孔，两个分孔之间的连线与两个条形豁口的长度方向垂直；

当两个L形固定卡的立向杆穿过分孔时，驱动套筒处在下压并能够套住滚筒结构顶端的方形柱的位置，当两个L形固定卡穿过条形豁口时，驱动套筒处在上抬且低端离开滚筒结构顶端方形柱的位置。

拉紧钢索的端点处设置有拉紧钩。

拉紧钢索的端点伸进拉紧钩内且与拉紧钩内的锁紧拉簧连接。该锁紧拉簧的作用是，避免拉紧钩硬性钩拉对坝体造成损坏，同时，也为两个滚筒结构旋转锁紧提供缓冲空间。

临时夹紧装置包括夹紧盒和L形夹紧钩，夹紧盒设置在立轴的一侧且能沿立轴上下移动，在立轴留在固定架外的上部设置有沿轴向方向的条形滑孔，L形夹紧钩的横杆部分穿过条形滑孔后伸进夹紧盒内，且L形夹紧钩的横杆能相对于夹紧盒做抽插的移动，在夹紧盒内设置有拉紧弹簧，拉紧弹簧的一端顶触立轴的外壁，另一端顶触L形夹紧钩的横杆。

临时夹紧装置还包括辅助夹紧弹片, 辅助夹紧弹片的下端通过连接环套接在L形夹紧钩的横杆上，且该连接环能相对于L形夹紧钩的横杆移动，辅助夹紧弹片的上端设置有弹性滚轮，辅助夹紧弹片背部设置有三角固定块，该三角固定块的前端尖角位置指向条形滑孔，该三角固定块的后端连接辅助夹紧弹片,且该三角固定块的后端宽度大于条形滑孔的宽度。以保证三角固定块能卡在条形滑孔处。另外，弹性滚轮的作用是保证被夹紧的设备不被硬性挤压损坏。

该三角固定块为弹性结构。

优点及效果：本发明提供一种基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法，本发明是基于布置在大坝顶部的真空激光准直观测***，通过分析真空激光观测***对坝顶水平位移的监测成果，利用位移历时对比分析法、特征值统计法、统计模型法对实测大坝水平变形性态进行综合分析，根据分析结果评价大坝变形对大坝安全运行的影响。本发明凭借真空激光准直观测***的快速、稳定和高精度测量，能实时、迅速掌握大坝变形量，并分析大坝变形性态，为大坝安全运行提供决策支持。

凭借测量精度高、范围广、速度快以及***运行稳定、易于维护等优点，真空激光准直观测***在大坝变形监测中的应用在近些年日趋成熟，并在诸多工程中得到了良好的应用。依据设置在坝顶的真空激光准直观测***，某混凝土重力坝实现了实时展现坝体变形性态，并可根据监测资料分析和评价坝体变形对大坝安全运行的影响。

另外，在检测时，真空激光准直观测***在坝顶的固定也是一个很大的难题，如果保证稳定性是保证检测结果的一个重要保证，本申请采用专用固定装置很好的解决了这个问题，其通过缠绕的拉紧钢索调整长度来适应不同宽度的水坝坝顶，其实用性强，操作简洁，利于推广应用。

附图说明

图1为20#和50#坝段坝顶水平位移随时间变化过程曲线；

图2为20#坝段回归过程线；

图3为低温和高温季节坝顶水平位移沿坝轴线分布图；

图4为专用固定装置示意图；

图5为主要部件放大图；

图6为固定架顶部俯视图；

图7为拉紧钢索锁紧状态图；

图8为临时夹紧装饰的俯视剖视图；

图9为临时夹紧装饰的的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，本发明提供一种基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法，该方法利用专用固定装置将真空激光准直观测***设置在每个坝段的坝顶，每个坝段布置一个真空激光准直观测***作为观测点，该***观测分辨率为0.01mm，一次观测读数中误差≤0.1mm，一方面利用激光观测***实测坝体变形量，客观、真实的反映大坝在不同季节变形情况，通过对积累的监测数据进行历时分析和统计模型分析，反映大坝随寿命增长而表现出的变形特征，进而为研究混凝土耐久性和大坝服役寿命提供技术借鉴；另一方面，通过绘制大坝变形一维分布图，实现实时反映大坝沿坝轴线变形分布状态，特别是对于某混凝土重力坝沿坝轴存在的三处较为明显的变形差，实现不同时段对比显示，从而掌握大坝沿坝轴线水平向变形性态。

专用固定装置包括固定架1、设置在固定架1内的滚筒组和设置在固定架1上方的用于夹紧真空激光准直观测***的临时夹紧装置；滚筒组为两个缠绕拉紧钢索2的能够自转的滚筒结构3，两个滚筒结构3的转轴之间相互平行，两个滚筒结构3设置在一个公共的旋转支架4上，一根立轴5由固定架1的上端穿过固定架1的中心和旋转支架4的中心后连接至固定架1底部，旋转支架4为能绕立轴5旋转的结构，使得两个滚筒结构3绕该立轴5旋转；

立轴5上套有旋拧套6, 旋拧套6为能沿立轴5上下移动且能相对于立轴5自转的结构，旋拧套6的下端伸进固定架1内，旋拧套6的上部留在固定架1外，在立轴5的下部套有上顶弹簧7，上顶弹簧7下端与立轴5固定，上顶弹簧7上端顶触旋拧套6的下端并始终保持将旋拧套6上顶的力；旋拧套6下端连接横杆8, 横杆8的两端设置有方形的驱动套筒9,在两个滚筒结构3的轴的低端连接旋转支架4,两个滚筒结构3的轴的顶端设置有方形柱，驱动套筒9为相对于滚筒结构3做上下移动的结构，当上顶弹簧7将旋拧套6顶至最高的位置的时候，驱动套筒9的底端与滚筒结构3的顶端方形柱分离，当驱动套筒9下压时驱动套筒9逐渐套住滚筒结构3的顶端方形柱使得滚筒结构3被限制自转，同时，驱动套筒9驱动两个滚筒结构3以立轴5为轴旋转；

旋拧套6上伸进固定架1的部分还设置有两个L形固定卡10, L形固定卡10为由横向杆和立向杆构成的L形结构，两个L形固定卡10对称设置，两个L形固定卡10设置在横杆8的上方。

在固定架1的上端供旋拧套6穿过的通孔11的两侧对称设置有两个条形豁口12,条形豁口12的长度要满足供L形固定卡10通过，通孔11的两侧还对称设置有两个能供L形固定卡10的立向杆穿过的分孔13，两个分孔13之间的连线与两个条形豁口12的长度方向垂直；

当两个L形固定卡10的立向杆穿过分孔13时，驱动套筒9处在下压并能够套住滚筒结构3顶端的方形柱的位置，当两个L形固定卡10穿过条形豁口12时，驱动套筒9处在上抬且低端离开滚筒结构3顶端方形柱的位置。

拉紧钢索2的端点处设置有拉紧钩14。

拉紧钢索2的端点伸进拉紧钩14内且与拉紧钩14内的锁紧拉簧连接。该锁紧拉簧的作用是，避免拉紧钩14硬性钩拉对坝体造成损坏，同时，也为两个滚筒结构3旋转锁紧提供缓冲空间。

临时夹紧装置包括夹紧盒15和L形夹紧钩16，夹紧盒15设置在立轴5的一侧且能沿立轴5上下移动，在立轴5留在固定架1外的上部设置有沿轴向方向的条形滑孔18，L形夹紧钩16的横杆部分穿过条形滑孔18后伸进夹紧盒15内，且该横杆能相对于夹紧盒15做抽插的移动，在夹紧盒15内设置有拉紧弹簧19，拉紧弹簧19的一端顶触立轴5的外壁，另一端顶触L形夹紧钩16的横杆。

临时夹紧装置还包括辅助夹紧弹片17, 辅助夹紧弹片17的下端通过连接环套接在L形夹紧钩16的横杆上，且该连接环能相对于L形夹紧钩16的横杆移动，辅助夹紧弹片17的上端设置有弹性滚轮21，辅助夹紧弹片17背部设置有三角固定块20，该三角固定块20的前端尖角位置指向条形滑孔18，该三角固定块20的后端连接辅助夹紧弹片17,且该三角固定块20的后端宽度大于条形滑孔18的宽度。以保证三角固定块20能卡在条形滑孔18处。另外，弹性滚轮21的作用是保证被夹紧的设备不被硬性挤压损坏。

该三角固定块20为弹性结构。

该专用固定装置使用时，先保证L形固定卡10处在条形豁口12的位置，即使得驱动套筒9离开滚筒结构3顶端方形柱，然后如图4所示，分别拉出两个滚筒结构3上的拉紧钢索2,然后将端点的拉紧钩14勾住坝顶两端，之后下压旋拧套6，使得驱动套筒9套住滚筒结构3顶端方形柱限制滚筒结构3自转,然后旋转旋拧套6,使得滚筒结构3绕立轴5旋转，旋转的方向为如图7所示的方向，即使得拉紧钢索2能够越过另一个滚筒结构3并搭在另一个滚筒结构3处，然后松开旋拧套6的下压力，这时在上顶弹簧7的作用下，旋拧套6带动L形固定卡10上移直至两个L形固定卡10的立向杆穿过分孔13卡紧，完成整个锁紧过程。

然后拉出L形夹紧钩16,将真空激光准直观测***夹在辅助夹紧弹片17和L形夹紧钩16之间，然后松开L形夹紧钩16，在拉紧弹簧19的作用下L形夹紧钩16复位，在将真空激光准直观测***夹紧的同时，三角固定块20被推向条形滑孔18处卡紧，完成整个装置固定。

该装置使用方便灵活，可以适应不听同场地。

大坝变形历时分布情况主要依靠真空激光准直观测***长期监测成果来反映，通过绘制大坝变形量随时间变化的关系曲线，并结合坝址区气温和库水位监测成果，可明确各坝段在不同工况下坝体变形规律。以某混凝土重力坝坝顶真空激光准直观测***对坝顶近20年的水平向变形监测成果为分析对象，利用位移历时对比法进行综合分析结果表明，大坝0#~45#坝段坝顶水平位移呈高温季节倾向上游，低温季节倾向下游规律变化；大坝46#~59#坝段坝顶水平位移呈高温季节坝体倾向下游、低温季节倾向上游规律变化，上述变化规律基本与气温同步变化，无滞后作用。20#和50#坝段坝顶水平位移随时间变化过程曲线如图1。

利用逐步回归法，以坝顶真空激光准直观测***监测坝顶水平位移量为样本建立统计模型，结果表明气温变化是影响坝顶水平向变形的主导影响因素，库水、降雨量等环境量变化对变形影响量很小，基本可忽略不计。如图2为对20#坝段以2000年~2016年水平位移量为样本建立的统计模型回归过程线。

某混凝土重力坝坝顶真空激光准直观测***测点覆盖整个坝段，其快速、高精度的测量特点，可实现实时展示坝轴线方向水平变形分布状态，并可以与历史某一时刻变形分布情况进行对比，综合分析大坝水平位移时空分布性态。如图3为某混凝土重力坝在两个不同时间点坝顶真空激光准直观测***实测坝顶水平位移分布图。利用分布图对比法和特征值统计法对大坝沿轴向水平变形特性进行分析，结果表明在低温季节沿坝轴线水平向位移存在三个明显的变形差，即安装间和厂房坝段平均变形差为2.3mm、30#~34#坝段平均变形差为5.1mm、51#~55#坝段平均变形差值为1.2mm；高温季节三个区域的变形差明显减小，大坝沿轴向水平位移趋于协调。

基于真空激光准直观测***对大坝变形监测成果的长期积累和坝体变形分布情况的实时反映，能掌握和分析某混凝土重力坝坝体变形历时变化性态；能实时展现沿坝轴线方向坝顶水平位移分布状态，并与历史某时刻分布性态进行对比分析，评价大坝三个区域存在的变形差变化性态，为大坝安全运行提供决策支持。

Claims (6)

1.一种基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法，其特征在于：该方法利用专用固定装置将真空激光准直观测***设置在每个坝段的坝顶，每个坝段布置一个真空激光准直观测***作为观测点，该***观测分辨率为0.01mm，一次观测读数中误差≤0.1mm；

大坝变形历时分布情况依靠真空激光准直观测***长期监测成果来反映，通过绘制大坝变形量随时间变化的关系曲线，并结合坝址区气温和库水位监测成果，明确各坝段在不同工况下坝体变形规律；

利用逐步回归法，以坝顶真空激光准直观测***监测坝顶水平位移量为样本建立统计模型，结果表明气温变化是否为影响坝顶水平向变形的主导影响因素，库水、降雨量环境量变化对变形影响量大小；

利用分布图对比法和特征值统计法对大坝沿轴向水平变形特性进行分析，通过结果分析在低温季节沿坝轴线水平向位移存在变形差，即安装间和厂房坝段平均变形差、第一个坝段平均变形差、第二个坝段平均变形差值；高温季节多个区域的变形差变化大小，大坝沿轴向水平位移是否趋于协调；

专用固定装置包括固定架（1）、设置在固定架（1）内的滚筒组和设置在固定架（1）上方的用于夹紧真空激光准直观测***的临时夹紧装置；滚筒组为两个缠绕拉紧钢索（2）的能够自转的滚筒结构（3），两个滚筒结构（3）的转轴之间相互平行，两个滚筒结构（3）设置在一个公共的旋转支架（4）上，一根立轴（5）由固定架（1）的上端穿过固定架（1）的中心和旋转支架（4）的中心后连接至固定架（1）底部，旋转支架（4）为能绕立轴（5）旋转的结构，使得两个滚筒结构（3）绕该立轴（5）旋转；

立轴（5）上套有旋拧套（6）, 旋拧套（6）为能沿立轴（5）上下移动且能相对于立轴（5）自转的结构，旋拧套（6）的下端伸进固定架（1）内，旋拧套（6）的上部留在固定架（1）外，在立轴（5）的下部套有上顶弹簧（7），上顶弹簧（7）下端与立轴（5）固定，上顶弹簧（7）上端顶触旋拧套（6）的下端并始终保持将旋拧套（6）上顶的力；旋拧套（6）下端连接横杆（8）, 横杆（8）的两端设置有方形的驱动套筒（9）,在两个滚筒结构（3）的轴的低端连接旋转支架（4）,两个滚筒结构（3）的轴的顶端设置有方形柱，驱动套筒（9）为相对于滚筒结构（3）做上下移动的结构，当上顶弹簧（7）将旋拧套（6）顶至最高的位置的时候，驱动套筒（9）的底端与滚筒结构（3）的顶端方形柱分离，当驱动套筒（9）下压时驱动套筒（9）逐渐套住滚筒结构（3）的顶端方形柱使得滚筒结构（3）被限制自转，同时，驱动套筒（9）驱动两个滚筒结构（3）以立轴（5）为轴旋转；

旋拧套（6）上伸进固定架（1）的部分还设置有两个L形固定卡（10）, L形固定卡（10）为由横向杆和立向杆构成的L形结构，两个L形固定卡（10）对称设置，两个L形固定卡（10）设置在横杆（8）的上方；

在固定架（1）的上端供旋拧套（6）穿过的通孔（11）的两侧对称设置有两个条形豁口（12）, 条形豁口（12）的长度要满足供L形固定卡（10）通过，通孔（11）的两侧还对称设置有两个能供L形固定卡（10）的立向杆穿过的分孔（13），两个分孔（13）之间的连线与两个条形豁口（12）的长度方向垂直；

当两个L形固定卡（10）的立向杆穿过分孔（13）时，驱动套筒（9）处在下压并能够套住滚筒结构（3）顶端的方形柱的位置，当两个L形固定卡（10）穿过条形豁口（12）时，驱动套筒（9）处在上抬且低端离开滚筒结构（3）顶端方形柱的位置。

2.根据权利要求1所述的基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法，其特征在于：拉紧钢索（2）的端点处设置有拉紧钩（14）。

3.根据权利要求2所述基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法，其特征在于：拉紧钢索（2）的端点伸进拉紧钩（14）内且与拉紧钩（14）内的锁紧拉簧连接。

4.根据权利要求1所述基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法，其特征在于：临时夹紧装置包括夹紧盒（15）和L形夹紧钩（16），夹紧盒（15）设置在立轴（5）的一侧且能沿立轴（5）上下移动，在立轴（5）留在固定架（1）外的上部设置有沿轴向方向的条形滑孔（18），L形夹紧钩（16）的横杆部分穿过条形滑孔（18）后伸进夹紧盒（15）内，且L形夹紧钩（16）的横杆能相对于夹紧盒（15）做抽插的移动，在夹紧盒（15）内设置有拉紧弹簧（19），拉紧弹簧（19）的一端顶触立轴（5）的外壁，另一端顶触L形夹紧钩（16）的横杆。

5.根据权利要求4所述基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法，其特征在于：临时夹紧装置还包括辅助夹紧弹片（17）, 辅助夹紧弹片（17）的下端通过连接环套接在L形夹紧钩（16）的横杆上，且该连接环能相对于L形夹紧钩（16）的横杆移动，辅助夹紧弹片（17）的上端设置有弹性滚轮（21），辅助夹紧弹片（17）背部设置有三角固定块（20），该三角固定块（20）的前端尖角位置指向条形滑孔（18），该三角固定块（20）的后端连接辅助夹紧弹片（17）,且该三角固定块（20）的后端宽度大于条形滑孔（18）的宽度。

6.根据权利要求5所述基于真空激光准直观测***的大坝变形性态分析方法，其特征在于：该三角固定块（20）为弹性结构。

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