[发明专利]运行期混凝土重力坝体裂缝扩展的微震监测系统及微震监测与分析方法

说明书

本发明公开了一种运行期混凝土重力坝体裂缝扩展的微震监测系统及微震监测与分析方法，方法包括如下步骤：(1).布置微震传感器；(2).建立坝体空间坐标系；(3).校定混凝土P波等效波速；(4).提供震源并采集微震信息，处理并记录微震事件；以微震事件的条带状分布特征，作为坝体混凝土裂缝的空间方位；系统包括微震传感器、数据采集系统、数据处理系统及计算与分析系统；本发明解决了不能准确测定混凝土重力坝体裂缝混凝土P波等效波速以及无法对裂缝扩展进行预测的问题。

技术领域

本发明属于水利工程建筑物安全监测技术领域。具体地，涉及一种运行期混凝土重力坝体裂缝扩展的微震监测系统，以及微震监测与分析方法。

背景技术

随着经济发展对能源需求的不断增加，中国西南地区许多大型水利水电工程相继开工建设。拦河大坝作为水利水电工程中重要的枢纽建筑物，其运行期稳定性更是直接关系到工程的成败。其中，混凝土重力坝由于对地形、地质条件适应性好，结构相对简单，大体积利于机械化施工等优点，已成为水利水电工程最广泛采用的坝型之一。

对于混凝土重力坝而言，裂缝是其结构老化和病变的主要反应，由于混凝土重力坝往往体积庞大，运行期将受到温度、库水位变化、地震、化学反应等众多因素的影响，裂缝成因机制复杂。随着时间推移，混凝土裂缝可能进一步扩展，甚至形成贯通通道，破坏坝体整体性和抗渗性，加速混凝土的碳化和溶蚀，严重危害坝体结构的强度和稳定性，影响水利工程建筑物的正常运行。

目前，裂缝问题已成为混凝土重力坝运行期最常见的病害之一。运行期混凝土重力坝体裂缝的传统监测方式并不能准确测定混凝土P波等效波速，而且现有检测方案无法对裂缝扩展进行预测，从而具有时间滞后性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中不能准确测定混凝土重力坝体裂缝混凝土P波等效波速以及无法对裂缝扩展进行预测的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种运行期混凝土重力坝体裂缝扩展的微震监测系统，包括设置在坝体廊道内的用于检测微震信息的微震传感器，微震传感器与用于采集微震信息的数据采集系统连接，数据采集系统与用于处理微震信息的数据处理系统连接，数据处理系统与用于计算与分析微震信息以得到裂缝空间方位结果的计算与分析系统连接。在实施过程中，选取混凝土重坝运行过程中潜在裂缝分布坝段，在相应坝段廊道内优化布置多通道微震传感器；建立坝体空间坐标系，确定传感器空间坐标；采用现场声波测试确定混凝土P波波速大致范围，通过敲击试验校定混凝土P波等效波速；开展库水位变化过程混凝土内部破裂特征实时在线监测，获取微震事件时、空、强信息；以微震事件数量在一定时段内的明显增长且形成条带状分布作为混凝土裂缝扩展的依据，确定坝体混凝土裂缝空间方位及延伸特征。该方案能够三维、无损地监测混凝土重力坝体的裂缝扩展特征，且操作相对简便，实用性强，对于拓展微震监测技术的应用范围以及水利工程建筑物安全运行具有重要意义。

作为优选方案，微震传感器布置在不同高程的廊道内，且同一廊道内的微震传感器间隔布置，使各微震传感器在空间上形成异面分布。确保覆盖待测坝段的混凝土，并根据待测坝段区域混凝土体范围，在潜在裂缝发育风险较大区域适当加密布置微震传感器。

作为优选方案，微震传感器通过电缆与数据采集系统连接，数据采集系统通过网线与数据处理系统连接，数据处理系统与计算与分析系统通过无线网络连接。

作为优选方案，数据处理系统设置在大坝现场办公中心，计算与分析系统设置在营地办公室计算与分析中心。

作为优选方案，大坝现场办公中心设置有无线发射端，数据处理系统通过局域网与无线发射端连接，无线发射端与计算与分析系统通过无线网络连接。

一种运行期混凝土重力坝体裂缝扩展的微震监测与分析方法，包括如下步骤：

(1).在坝体廊道内布置微震传感器；