[发明专利]一种混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测仪器及方法

权利要求书

1.一种混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测仪器，其特征在于，包括第一监测系统、第二监测系统和读数仪(23)；

所述的第一监测系统包括第一位移计(1)、第二位移计(2)、第一万向节(3)、第二万向节(4)、第三万向节(5)、第一预埋锚筋(6)、第二预埋锚筋(7)和第一混凝土块(8)；所述的第一位移计(1)的一端通过第一万向节(3)与第一预埋锚筋(6)相连，另一端通过第二万向节(4)与第二位移计(2)的一端相连；第二位移计(2)的另一端通过第三万向节(5)与第二预埋锚筋(7)相连；

设第二万向节(4)、第一万向节(3)和第三万向节(5)分别为所在的三角形的三个顶点A、B、C，∠ABC＝∠BCA＝∠CAB＝60°；

第二万向节(4)还与第一混凝土块(8)固定相连，所述的第一混凝土块(8)固定于土石坝(18)中；

所述的第一预埋锚筋(6)和第二预埋锚筋(7)预埋于混凝土坝(17)中；

所述的第二监测系统包括第三位移计(9)、第四位移计(10)、第四万向节(11)、第五万向节(12)、第六万向节(13)、第三预埋锚筋(14)、第四预埋锚筋(15)和第二混凝土块(16)；所述的第三位移计(9)的一端通过第四万向节(11)与第三预埋锚筋(14)相连，另一端通过第五万向节(12)与第四位移计(10)的一端相连；第四位移计(10)的另一端通过第六万向节(13)与第四预埋锚筋(15)相连；

设第五万向节(12)、第四万向节(11)和第六万向节(13)分别为所在的三角形的三个顶点O、P、Q，∠OPQ＝∠PQO＝∠QOP＝60°；

第五万向节(12)还与第二混凝土块(16)固定相连，所述的第二混凝土块(16)固定于土石坝(18)中；

所述的第三预埋锚筋(14)和第四预埋锚筋(15)预埋于混凝土坝(17)中；

所述的第一位移计(1)、第二位移计(2)、第一万向节(3)、第二万向节(4)和第三万向节(5)所在的平面与坝基础面(21)相平行；

所述的第三位移计(9)、第四位移计(10)、第四万向节(11)、第五万向节(12)和第六万向节(13)所在的平面与坝基础面(21)相垂直，且与所述的第一位移计(1)、第二位移计(2)、第一万向节(3)、第二万向节(4)和第三万向节(5)所在的平面相正交；

所述的第一混凝土块(8)和第二混凝土块(16)之间的距离为0.5-1m；

所述的第一监测系统和第二监测系统分别通过电缆(22)与读数仪(23)相连。

2.根据权利要求1所述的混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测仪器，其特征在于，所述的第一预埋锚筋(6)、第二预埋锚筋(7)、第三预埋锚筋(14)和第四预埋锚筋(15)均与混凝土坝(17)的轴线方向相平行

3.根据权利要求1所述的混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测仪器，其特征在于，所述的电缆(22)在连接结构接触面(20)以U字形走线。

4.根据权利要求1所述的混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测仪器，其特征在于，所述的第一位移计(1)、第二位移计(2)、第三位移计(9)和第四位移计(10)外均套有钢管，且钢管两端密封。

5.根据权利要求1所述的混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测仪器，其特征在于，第一混凝土块(8)和第二混凝土块(16)的规格均为30cm×30cm×30cm。

6.根据权利要求1所述的混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测仪器，其特征在于，所述的第一位移计(1)、第二位移计(2)、第三位移计(9)和第四位移计(10)均为电位器式位移计。

7.根据权利要求6所述的混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测仪器，其特征在于，所述的读数仪(23)为电位器式读数仪。

8.一种混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测方法，基于权利要求1-7任意一项混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测仪器，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，按照权利要求1-7任意一项所述的混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测仪器进行布设，布设好混凝土坝与土石坝连接结构界面变形监测仪器；

步骤(2)，利用第一位移计、第二位移计、第三位移计和第四位移计的变化来监测混凝土坝与土石坝连接结构的界面变形，具体如下：

(2.1)对于第一监测系统，设第二万向节、第一万向节和第三万向节分别为所在的三角形的三个顶点A、B、C；安装时，AB、AC和BC之间长度均为L'_AB＝L'_AC＝L'_BC＝L，第一位移计的读数并换算得到第一位移计拉伸压缩变形ΔL_AB，第二位移计的读数并换算得到第二位移计拉伸压缩变形ΔL_AC，变形后，AB之间的长度为L_AB＝L+ΔL_AB，AC之间的长度为L_AC＝L+ΔL_AC，通过公式(Ⅰ)可以计算得到变形后顶点A到接触面垂直距离L_AD，即垂足是D：

通过公式(Ⅱ)计算得到变形后垂足D到C点的距离L_CD：

安装埋设时垂足D到C点的距离为L'_CD＝0.5L'_BC＝0.5L，利用公式(Ⅲ)可以计算第一监测系统所在部位水平向剪切变形L₁：

L₁＝L_CD-L'_CD＝L_CD-0.5L (Ⅲ)

安装埋设时垂足D到A点的距离为L’_AD，利用公式(Ⅳ)可以计算得到连接结构接触面法向拉压变形L₂：

(2.2)对于第二监测系统，设第五万向节、第四万向节和第六万向节分别为所在的三角形的三个顶点O、P、Q；安装时，OP、OQ和PQ之间长度均为L'_OP＝L'_OQ＝L'_PQ＝L，第三位移计的读数并换算得到第三位移计拉伸压缩变形ΔL_OP，第四位移计的读数并换算得到第四位移计拉伸压缩变形ΔL_OQ，变形后，OP之间的长度为L_OP＝L+ΔL_OP，OQ之间的长度为L_OQ＝L+ΔL_OQ，通过公式(Ⅴ)可以计算得到变形后顶点O到接触面垂直距离L_OR，即垂足是R：

通过公式(Ⅵ)计算得到变形后垂足R到Q点的距离L_RQ：

安装埋设时垂足R到Q点的距离为L'_QR＝0.5L'_PQ＝0.5L，利用公式(Ⅶ)可以计算第二监测系统所在部位竖直向剪切变形L₃：

L₃＝L_QR-L'_QR＝L_QR-0.5L (Ⅶ)

安装埋设时垂足O到R点的距离为L’_OR，利用公式(Ⅷ)可以计算得到连接结构接触面法向拉压变形L₄：