[发明专利]一种混凝土大坝应力梯度监测方法

说明书

本发明公开了一种混凝土大坝应力梯度监测方法，包括以下步骤：1、通过安装于混凝土大坝关键部位的多向应变计组监测数据计算该关键部位的坝体主应力分布情况，求出主应力及其方向；2、依据重点部位主应力方向换算的倾斜角和方位角在混凝土坝坝内钻孔，在钻孔内串联布设若干应力监测传感器；3、以钻孔孔口坐标为原点，通过钻孔方向的倾斜角、方位角和串联布设的应力监测传感器单位长度，计算钻孔孔口至孔底的每支应力监测传感器的空间位置坐标值，并与应力监测传感器编号对应；4、钻孔内的应力监测传感器埋设完成进入稳定工作状态后，根据大坝工况实时进行监测，选取实测数据进行对比计算，获得主应力梯度路径，以及对应的主应力的梯度值。

技术领域

本发明涉及水电工程技术领域，具体涉及一种混凝土大坝应力梯度监测方法。

背景技术

近年来混凝土大坝建设发展迅速，全球已建成200m及以上高坝共96座。各类型高坝、特高坝技术难度超出现行规范，缺乏既往经验可参照，给大坝建设带来一定不确定性，也对运行期如何更加有效地提升高坝安全管控能力和水平提出了挑战。高坝、特高坝运行安全问题应关注重点包括：①大坝承受库水推力高达千万吨级，巨大推力条件下坝基坝体结构承载力，坝体关键部位的应力分布与梯度等；②坝址处于地质构造活跃区，地震烈度高，强震动荷载作用下的坝体应力重分布，坝基深浅层构造面变形，坝体横缝开合度等；③高坝大库年际水位升降变幅大，加载-卸载往复作用下坝体材料强度和耐久度，经加固后坝基和坝肩地质软弱构造工况等；④特高坝坝身孔口多，泄流落差大，流速高，长时间大功率泄洪对坝身振动影响，坝身孔洞和泄洪消能设施等。应力是反映坝工结构力学性能最为敏感的物理量，应力超标是混凝土坝内部裂缝或局部破坏的先兆，拉应力超标将引起坝体开裂，剪应力超标将导致坝体滑移，混凝土坝局部破损总是能够在应力监测资料中找到证据，因此，应力监测是大坝安全评价不可缺少的内容。

传统的应力监测仪器主要是压应力计、无应力计、单向应变计和多向应变计组等，按照设计方案，以离散单点形式布设于垂直方向的大坝主要监测断面和水平方向的大坝主要监测截面，以此监测大坝大体积混凝土内部应力，但无法对混凝土大坝关键部位的连续应力分布梯度进行直接持续的监测；或由于监测装置结构复杂、监测方法步骤繁琐，无法在施工期或运行期实施，进而无法及时发现各类工况下混凝土大坝关键部位的应力分布及梯度变化情况，从而为潜在内部裂缝或局部破损的诊断提供支撑。

发明内容

发明目的：针对目前混凝土大坝内部应力梯度仅能通过坝内空间有限的、离散布设的测点测值进行插值计算推测，无法直接进行在线精确监测，获取混凝土大坝关键部位应力梯度分布连续变化情况的问题，本发明的目的是提供一种简单易行，可在施工期或运行期实施的，进而实现混凝土大坝应力梯度连续监测，以发现各类工况下混凝土大坝关键部位的应力分布及梯度变化情况的混凝土大坝应力梯度连续监测方法。

技术方案：一种混凝土大坝应力梯度监测方法，包括以下步骤：

(1)通过安装于混凝土大坝关键部位的多向应变计组监测数据计算该关键部位的坝体主应力分布情况，求出主应力及其方向；

(2)依据主应力方向换算的倾斜角和方位角在混凝土坝坝内钻孔，在钻孔内串联布设若干应力监测传感器；

(3)以钻孔孔口坐标为原点，通过钻孔方向的倾斜角、方位角和串联布设的应力监测传感器单位长度，计算钻孔孔口至孔底的每支应力监测传感器的空间位置坐标值，并与应力监测传感器编号对应；

(4)钻孔内的应力监测传感器埋设完成进入稳定工作状态后，根据大坝工况实时进行监测，选取实测数据进行对比计算，获得主应力梯度路径，以及对应的主应力的梯度值。

进一步的，步骤(1)中，首先剔除多向应变计组监测数据中的自由应变量，进行多向应变计组平衡检查与分配，然后换算测点应变为单轴应变，并使用单轴应变计算正应力，通过正应力求解剪应力，最后求解包含正应力和剪应力组成的应力矩阵，获得主应力及其方向。