[发明专利]基于微震监测的拱坝坝身裂缝超前预警方法

说明书

本发明提供了基于微震监测的拱坝坝身裂缝超前预警方法，步骤如下：①圈定监测区域，布置传感器和爆破孔；②于不同时间点分别在各爆破孔中进行爆破，记录各次爆破产生的弹性波的起跳时刻，计算岩体平均等效波速；③通过微震监测系统对监测区域进行监测，测定监测区域产生的微震事件的震源位置及微震发生时刻，作出震源位置空间分布图，当微震事件的震源位置在监测区域的某一或某些局部区域聚集且呈现条带状或面状分布时，即发出拱坝坝身裂缝预警信号。本发明的方法可超前识别拱坝坝身产生裂缝的风险，有利于更好地保障水电站的安全建设与安全运营。

技术领域

本发明属于岩土工程领域，涉及一种基于微震监测的拱坝坝身裂缝超前预警方法。

背景技术

水是大自然的重要组成物质，是生命的源泉，是人类社会生活和社会发展不可缺少的重要资源，也是生态环境中最活跃的因素。水电站是利用水能转化为电能的综合工程设施，水电站枢纽包括挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物、引水建筑物、平水建筑物、厂房枢纽建筑物等，其中挡水建筑物和厂房枢纽是水电站的重要组成部分，据数据统计，拦水建筑物事故发生频率在国内外水电站建设及实施中所占比最高，也就是拦水大坝综合系统最容易出现故障。

拦水大坝的类型包括混凝土重力坝、拱坝、土石坝、堆石坝及拦河闸等。拱坝是固结于基岩上的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，坝体结构具有拱和梁的双重作用，属于高次超静定结构，超载能力强，当外荷载增大或坝的某一部位发生局部开裂时，坝体拱和梁的作用互相配合调整，使得应力再分配。拱坝作为一种经济性好、用料少、安全度较高的坝体，在国内外都得到了广泛地应用，例如国内的锦屏一级拱坝等，国外的圣杰斯汀那拱坝等。目前，中国西部越来越多的水电站采用大型特高拱坝作为拦水建筑物，这就对拱坝的稳定性提出了更高的要求。

大坝变形观测是大坝安全监测的一项重要的工作，目前主要采用垂线、引张线、视准线、激光准直以及常规测量等手段来对大坝进行变形监测。目前拱坝也是采用这些方法进行变形监测。虽然这些方法的操作较为简便，但是，它们只能在大坝坝体已经出现损伤后才能观测到变形信息，只能以宏观数据显示大坝本身是否存在损伤，无法识别大坝本身的潜在微破裂信息，也无法在大坝破坏之前给水电站建设及运行维护人员作出预警。

对于拱坝而言，通常坝肩失稳会对坝体稳定性造成不利影响，甚至造成坝体的破坏，因此，可利用拱坝坝肩失稳作为拱坝坝体破坏的超前预警信号，若能基于此开发出拱坝坝身裂缝的超前预警方法，对于采用拱坝作为拦水建筑物的水电站的安全建设与运营将产生重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对服现有技术的不足，提供一种基于微震监测的拱坝坝身裂缝超前预警方法，以超前识别拱坝坝身产生裂缝的风险，从而更好地保障水电站的安全建设与安全运营。

本发明提供的基于微震监测的拱坝坝身裂缝超前预警方法，步骤如下：

①圈定拱坝坝肩围岩作为监测区域，将微震监测系统的传感器安装在监测区域的岩体上，传感器至少为4个，各传感器异面安装于不同高程，将各传感器与微震监测系统的采集仪相连，然后将所述采集仪与微震监测系统的主机部分连接；建立三维直角坐标系，测量各传感器的坐标，将第i个传感器的坐标记作(x_i,y_i,z_i)；在隧道内的岩体上设置至少1个爆破孔，测量各爆破孔孔底中心处的坐标，将第j个爆破孔孔底中心处的坐标记作(X_j,Y_j,Z_j)；

②在各爆破孔的孔底安装炸药，于不同时间点分别在各爆破孔中进行一次爆破，通过传感器记录各次爆破产生的弹性波的起跳时刻，将第j个爆破孔的爆破时刻记作t_j，将第j个爆破孔爆破后第i个传感器接收到爆破产生的弹性波的起跳时刻记作t_ji；