[发明专利]一种拱坝监测系统和监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程中的泄水建筑结构自动监测技术领域，特别涉及一种拱坝监测系统和监测方法。

背景技术

高水头大流量水利枢纽工程的泄水建筑物多采用拱坝形式，它属于空间壳体高次超静定结构，其稳定主要依靠坝体整体呈拱型受力状态，通过拱的作用将力传递到两岸。

目前对于拱坝的监测主要为变形监测、渗流渗压监测、应力应变监测、缝隙开合度监测和温度监测等。上述监测基本为静态或准静态监测，对于坝肩稳定性以及坝体的整体位移，静态方法还是适用的，但对于反映拱坝成拱条件的内部应力应变、缝隙开合度的情况，静态监测很难把握拱坝工作状态的瞬时变化和随时间的演变过程，而拱坝的瞬时成拱失效和裂缝累积效应造成的成拱失效会威胁拱坝的安全运行。另外，由于目前的传感器一般都是在拱坝施工期预埋进坝体内，长时间运行会造成传感器失效而又无法更换，失去对坝体的有效监测，使运行管理部门对拱坝的健康情况无法准确把握，造成拱坝运行的安全隐患。而且，目前使用的传感器一般都为加速度传感器，通过加速度传感器来实现对拱坝状态的识别和健康诊断，实际应用时，使用加速度传感器得到的频谱图的低频段噪声干扰比较严重，而拱坝振动的频段主要是在低频段，故使用加速度传感器无法得到较为精确的结果。

发明内容

为了对拱坝的各种工作状态进行监控，及时发现拱坝可能产生的损伤、快速找出损伤位置、减少安全隐患、减少干扰、提高精度，本发明提供了一种拱坝监测系统和监测方法，

所述拱坝监测系统包括：拱坝、水平振动位移传感器、信号传输导线和计算机监测模块，所述拱坝主要包括：拱坝坝段、施工横缝、表孔、中孔、顶拱、拱冠梁、1/4顶拱轴线位置梁和3/4顶拱轴线位置梁，

在所述顶拱的1/8轴线位置、3/8轴线位置、5/8轴线位置和7/8轴线位置相应拱坝坝段中心点的下游坝面处各布置一个所述水平振动位移传感器；在所述拱冠梁相应拱坝坝段中心点的下游坝面1/5、2/5、3/5、4/5和全坝高处各布置一个所述水平振动位移传感器；在所述1/4顶拱轴线位置梁相应拱坝坝段中心点的下游坝面1/3、2/3和全坝高处各布置一个所述水平振动位移传感器；在所述3/4顶拱轴线位置梁相应拱坝坝段中心点的下游坝面1/3、2/3和全坝高处各布置一个所述水平振动位移传感器；当所述表孔和所述中孔放水时，所述水平振动位移传感器的信号由所述信号传输导线连接到所述计算机监测模块中，所述计算机监测模块对所述水平振动位移传感器的信号进行处理，得到不同位置处的所述水平振动位移传感器的频谱图，通过对所述频谱图的分析，实现对所述拱坝的监测，其中，所述水平振动位移传感器的安装角度误差不能大于±1.5°。

所述水平振动位移传感器的信号由所述信号传输导线连接到所述计算机监测模块中，所述计算机监测模块对所述水平振动位移传感器的信号进行处理，得到不同位置处的所述水平振动位移传感器的频谱图，通过对所述频谱图的分析，实现对所述拱坝的监测，具体为：

所述水平振动位移传感器的信号由所述信号传输导线连接到所述计算机监测模块中的数据采集子模块，所述数据采集子模块接收所述水平振动位移传感器的模拟电信号，并将所述模拟电信号转换为数字信号，经过光纤远程数据传输子模块和数据分析子模块处理得到不同位置处的所述水平振动位移传感器的频谱图，实现了对所述拱坝的监测。

所述拱坝监测系统还包括：

在所述顶拱的1/8轴线位置、3/8轴线位置、5/8轴线位置和7/8轴线位置相应拱坝坝段中心点的下游坝面、在所述拱冠梁相应拱坝坝段中心点的下游坝面1/5、2/5、3/5、4/5和全坝高、在所述1/4顶拱轴线位置梁相应拱坝坝段中心点的下游坝面1/3、2/3和全坝高及在所述3/4顶拱轴线位置梁相应拱坝坝段中心点的下游坝面1/3、2/3和全坝高中任一处或一处以上布置垂直振动位移传感器，所述垂直振动位移传感器的安装角度误差不能大于±1.5°。

所述方法包括以下步骤：

(1)当表孔和中孔放水时，水平振动位移传感器的信号由信号传输导线连接到计算机监测模块中；

(2)所述计算机监测模块接收所述水平振动位移传感器的信号，并对所述水平振动位移传感器的信号进行处理，获取不同位置处的所述水平振动位移传感器的频谱图；

(3)对所述获取到的频谱图进行分析，实现对拱坝的监测。

本发明提供的技术方案的有益效果是：