[发明专利]一种用于监测面板堆石坝最大沉降的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于混凝土面板堆石坝坝体变形技术领域，具体涉及一种用于监测面板堆石坝最大沉降的装置及方法。

背景技术

目前西部水电开发主要在雅砻江流域、澜沧江流域、大渡河流域、金沙江中上游、黄河上游及怒江流域等，这些流域目前规划建设的大坝中堆石坝居多，其中100m以上的建成及在建代表性面板堆石坝工程有紫坪铺（坝高156m）、三板溪（坝高179.5m）、猴子岩（坝高221m）、天生桥一级（坝高178m）、水布垭（坝高233m）、洪家渡（坝高179.5m）、梨园（坝高155m）、董箐（坝高150m）等。堆石坝最大沉降是评价面板堆石坝设计及施工质量的重要依据，目前堆石体最大沉降值主要通过两种途径获取，一种途径是通过大坝安全监测资料分析得到，但目前由于监测技术的局限性，堆石体沉降还难于准确地监测，堆石坝沉降监测主要通过水管式沉降仪和电磁式沉降环，水管式沉降仪由于坝后观测房修筑的滞后性导致测值偏小，电磁式沉降环由于沉降环与堆石体变形的不协调性导致测值偏离实际值；另一种途径是通过数值模拟计算堆石坝沉降，如有限元、离散元等，目前数值模拟计算本构模型材料参数为室内试验参数，由于缩尺效应的影响导致计算参数与现场大坝填筑参数相距甚远，沉降计算结果往往与实际存在一定偏离。因此如何克服现有技术的不足是目前混凝土面板堆石坝坝体变形技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种使用方便，可直接进行监测面板堆石坝最大沉降的装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于监测面板堆石坝最大沉降的装置，包括ABS管、电磁式沉降仪和多个铁制沉降盘，所述的铁制沉降盘和ABS管均预埋在堆石体中；ABS管与坝基垂直，ABS管顶端与坝顶在同一平面或高出坝顶；所述的铁制沉降盘中间设有通孔，ABS管从铁制沉降盘的通孔中穿过，且ABS管与铁制沉降盘正交；所述的电磁式沉降仪的测头设于ABS管内；所述的测头为磁性测头；所述铁制沉降盘沿ABS管等间距放置。

电磁式沉降仪一般设于ABS管顶端附近，没有特殊的要求；

进一步，优选的是，ABS管安装在堆石体最大断面坝轴线中心处。

进一步，优选的是，所述铁制沉降盘外径大于1m，内径为16cm。

进一步，优选的是，所述铁制沉降盘沿ABS管等间距放置n个铁制沉降盘(n≥3)。

进一步，优选的是，所述的ABS管外径为15cm，其内径无特殊要求，只要能保证电磁式沉降仪的测头能顺利测量即可。

本发明还提供一种用于监测面板堆石坝最大沉降的方法，采用上述用于监测面板堆石坝最大沉降的装置，具体方法是：

在预埋铁制沉降盘时，利用全站仪测出各个铁制沉降盘的初始高程；

待面板堆石坝使用一段时间后，将电磁式沉降仪的测头放入ABS管中，测出各个铁制沉降盘高程，每个铁制沉降盘与其初始高程相减得到该铁制沉降盘所在部位的沉降量；

利用铁制沉降盘的沉降量计算堆石体平均压缩模量，然后再根据堆石体平均压缩模量与最大沉降量之间的经验公式计算各监测阶段面板堆石坝最大沉降。

进一步，优选的是，所述的用于监测面板堆石坝最大沉降的方法，包括如下步骤：

步骤（1），利用电磁式沉降仪测出铁制沉降盘的位置信息，铁制沉降盘的位置信息包括沉降盘上覆堆石厚度、沉降盘下卧堆石厚度和沉降盘沉降量，并通过堆石体质量检测方法检测得到堆石密度，通过公式（）计算每个铁制沉降盘所在位置的堆石体压缩模量；

（）

式中为各个沉降盘所在位置堆石体压缩模量，其中i=1~n，n为铁制沉降盘的个数；

步骤（2），步骤（1）中铁制沉降盘沿坝高呈等间距分布，其平均值可近似为堆石体平均压缩模量，利用公式（）计算堆石体平均压缩模量；

（）

步骤（3），利用堆石体平均压缩模量与最大沉降量的经验公式（Ⅲ）计算面板堆石坝最大沉降量；

（Ⅲ）

式中为堆石体最大沉降量，为最大坝高，为堆石体平均压缩模量。

本发明提供的用于监测面板堆石坝最大沉降的装置，在大坝填筑时需预埋铁制沉降盘和ABS管，堆石体填筑施工中ABS管可逐级向上加长埋设安装，也可以为ABS管整管埋设安装，即ABS管可以是一整根，也可以是多段连接起来的；但是多段的情况时，ABS管接长过程中，需保证管的竖直度。