[发明专利]一种混凝土坝开裂预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土坝开裂预警方法。

背景技术

对于混凝土坝来说，裂缝是普遍存在着的，几乎所有的混凝土坝都存在着不同程度的开裂。裂缝对混凝土坝的危害性很大，是结构老化病变的主要反映之一。裂缝的稳定与否关系到整个结构的安全状况，是判断结构稳定性的一个重要指标。通过对混凝土坝裂缝失稳判据的研究可以对大坝承受荷载的能力进行预测，分析混凝土坝裂缝在不利荷载作用下的稳定性，从而可以在混凝土坝运行过程中对部分荷载加以控制，以避免出现不利荷载组合而使裂缝失稳，兼顾工程效益的同时保证混凝土坝的安全运行。混凝土坝裂缝失稳判据的研究中，目前较为常用的方法是根据断裂力学理论判断裂缝是否会发生失稳扩展，但在实际应用过程中则难以实现，如裂缝的开裂长度及缝端的亚临界扩展长度都难以实时准确地测定，确定裂缝的应力强度因子、缝端张开位移等断裂参数都存在一定的困难等。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种简单易行，只需分析混凝土坝裂缝实时监测资料，无需测定其它参数的混凝土坝开裂预警方法。

技术方案：裂缝开度实测值序列可以看成是由不同频率的信号成分组成的数字信号，其中受水位、温度等因素影响的部分具有明显的周期性变化规律，受随机因素及观测误差影响的部分构成信号中高频率的颤动，而裂缝的时效变化则为低频率的变化。本发明混凝土坝开裂预警方法，包括以下步骤：

（1）用离散小波方法对裂缝开度测值序列进行分解，去除受水位、温度变化以及随机因素和误差影响的高频率部分，剩下的低频部分就代表着裂缝测值序列的发展趋势，即为裂缝的时效变形。用离散小波变换对裂缝开度的实测数据进行分析，小波基函数公式表示为：

，j=0,1,2,…, k∈Z                    （1）                         

对实测信号的离散小波变换即为：

              （2）

（2）对混凝土坝裂缝开度的时效进行分析，根据裂缝开度时效变化的特征来分析裂缝是否发生过失稳转异，并确定失稳发生的时刻。混凝土坝裂缝随时间变的时效变形，可以用一阶非线性微分方程表示：

                          （3）

式中，为裂缝的时效变形，为裂缝时效变形对时间的导数，为参数。

和表征了裂缝系统在任一时刻的运动状态。以为横轴，为纵轴，以时效及其变化速率的数值作为平面上的一个点，作出的变化过程线，由此可以直观地表现出裂缝开度的演变规律。如果裂缝发生转异，则其时效变形一般由平稳地变化突然转变为快速非线性地增大。裂缝可能发生转异的典型时效变化如图1所示，其时效和时效变化速率的过程线如图2所示。

图2中在t_A时刻，裂缝时效的变化规律发生转变，在的过程线上该时刻有，出现拐点。在t_A时刻裂缝的时效变形由缓慢增加变为迅速增加，该时刻就是裂缝发生转异的时刻，裂缝时效变形上对应时刻的点即为裂缝的时效转异点。

裂缝时效转异点判断准则为：

                       （4）

式中，为裂缝的时效，为时效的一阶导数，为时效的二阶导数。

当裂缝的时效K_θ满足式（4）中所列的准则时，时刻t_A即裂缝为发生转异的时刻，相应的时效变形曲线上的点即为时效转异点。

（3）由于裂缝缝端过大的应力应变会导致裂缝扩展，而缝端应力应变较大时对应的裂缝开度也较大。因此，取资料系列中最近一次失稳扩展发生以来的每年裂缝开度实测资料进行分析，选择不利荷载组合时的裂缝开度观测值序列形成样本空间。

在大坝安全监测中，为了监测裂缝的发展演变情况，通常在裂缝部位布置测缝计来测量裂缝的开度，测缝计通常的布置形式如图3所示。