一種用于監(jiān)測壩基應力的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水電工程大壩基礎(chǔ)深部應力監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于監(jiān)測 壩基應力的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 2000年國家大開發(fā)"西電東輸"項目實施以來，在西部興建和在建了大量的大型、 巨型水電站。對于大型、巨型水電站的興建，將面臨眾多復雜的技術(shù)難題，超高壩傳遞給壩 基巖體的荷載高達l〇MPa以上，荷載總量達到數(shù)千萬噸，上覆荷載不僅接近或超過一半堅 硬巖石的承載力，壩基巖體的抗滑穩(wěn)定、承載力問題尤為突出。目前壩基深部受力機理分析 主要依靠數(shù)值模擬計算，監(jiān)測主要方向還停留在深部變形監(jiān)測，至今對壩基深部應力的認 識還停留在理論基礎(chǔ)上，有必要對壩基深部應力進行監(jiān)測以指導理論研宄和工程實踐。因 此，需要研宄一種能夠監(jiān)測壩基深部應力的監(jiān)測裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了一種使用方便，可有效實時監(jiān)測壩基應 力的用于監(jiān)測壩基應力的裝置及方法。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] 一種用于監(jiān)測壩基應力的裝置，通過在壩基內(nèi)鉆設(shè)孔，豎直安裝于壩基內(nèi)的孔內(nèi) 并通過灌漿進行密封；其包括多段錨桿，多個錨桿應力計，多個保護件以及排氣管；多個所 述錨桿應力計通過錨桿依次焊接連接構(gòu)成監(jiān)測主體；所述保護件套裝于錨桿應力計外周 面；所述排氣管沿監(jiān)測主體長度方向設(shè)置，用于儀器線纜的排設(shè)牽引，其從監(jiān)測主體的一端 延伸至另一端。
[0006] 優(yōu)選的是，所述保護件為橡膠套或者密封膠帶。
[0007] 優(yōu)選的是，所述排氣管為高強度塑料軟管。
[0008] 一種用于監(jiān)測壩基應力的方法，在壩基內(nèi)豎直鉆孔設(shè)孔，在孔內(nèi)緩慢的放入如前 面所述的裝置，用二次儀表檢測錨桿應力計的讀數(shù)是否正常，檢測合格后在壩基的孔內(nèi)灌 入水泥砂漿；利用讀數(shù)儀器采集各深度錨桿應力計的讀數(shù)，然后計算出相應錨桿應力計處 現(xiàn)基的應力。
[0009] 優(yōu)選的是，所述水泥砂漿28天后的抗壓強度不低于25MPa。
[0010] 優(yōu)選的是，在壩基孔內(nèi)灌入水泥砂漿時，灌至壩基孔內(nèi)停止吸漿后，再持續(xù)灌入10 分鐘后停止。
[0011] 優(yōu)選的是，所述錨桿應力計處壩基的應力計算如下：
[0012] (1)利用讀數(shù)儀器采集各深度錨桿應力計的讀數(shù)，根據(jù)儀器說明書計算得到錨桿 應力0KA，利用公式（I)計算錨桿應變lKA:
[0013] 〖RA=Gm/ERa⑴
[0014] 式中為錨桿彈性模量；
[0015] (2)根據(jù)同部位錨桿與基巖變形具有一致性，即基巖應變| =IKA，通過公式（II) 可計算得到該深度壩基的應力〇 :
[0016] 〇 =C*E(II)
[0017] 式中E為壩基彈性模量，根據(jù)地質(zhì)勘查成果來取。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0019] 本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)壩基深部應力的實時監(jiān)測，不僅監(jiān)測準確可靠，而且使用簡單方 便。其利用監(jiān)測裝置直接監(jiān)測計算得到壩基深部應力，克服了以往不能直接監(jiān)測計算得到 壩基深部應力的難題。
【附圖說明】
[0020] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還 可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1為本發(fā)明安裝使用時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2為圖1中A部分的放大圖。
[0023] 圖3為本發(fā)明具體實施例中錨桿應力隨時間變化的曲線圖。
[0024] 圖4為本發(fā)明具體實施例中壩基應力隨時間變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0026] 圖1-2所示用于監(jiān)測壩基應力的裝置，通過在壩基10內(nèi)鉆設(shè)孔，豎直安裝于壩基 內(nèi)的孔內(nèi)并通過灌漿進行密封；其包括多段錨桿1，多個錨桿應力計2,多個保護件3以及 排氣管4 ;多個所述錨桿應力2計通過錨桿1依次焊接連接構(gòu)成監(jiān)測主體；所述保護件套3 裝于錨桿應力計2外周面；所述排氣管4沿監(jiān)測主體長度方向設(shè)置，用于儀器線纜的排設(shè)牽 弓丨，其從監(jiān)測主體的一端延伸至另一端。
[0027] 其中，所述保護件為橡膠套或者密封膠帶，有效保證錨桿應力計不受腐蝕，確保其 能夠長期正常工作。所述排氣管4為高強度塑料軟管，儀器電纜5從排氣管4中牽引出，其 兼有排氣和電纜保護功能，同時排氣管4強度較高，灌漿時不易損壞，保證排氣的可靠性。
[0028] 一種用于監(jiān)測壩基應力的方法，在壩基內(nèi)豎直鉆孔設(shè)孔，在孔內(nèi)緩慢的放入如上 所述用于監(jiān)測壩基應力的裝置，用二次儀表檢測錨桿應力計的讀數(shù)是否正常，檢測合格后 在壩基的孔內(nèi)灌入水泥砂漿；利用讀數(shù)儀器采集各深度錨桿應力計的讀數(shù)，然后計算出相 應錨桿應力計處壩基的應力。
[0029] 其中，所述水泥砂漿28天后的抗壓強度不低于25MPa。
[0030] 其中，在壩基孔內(nèi)灌入水泥砂漿時，灌至壩基孔內(nèi)停止吸漿后，再持續(xù)灌入10分 鐘后停止。
[0031] 其中，所述錨桿應力計處壩基的應力計算如下：
[0032] (1)利用讀數(shù)儀器采集各深度錨桿應力計的讀數(shù)，根據(jù)儀器說明書計算得到錨桿 應力〇KA，利用公式（I)計算錨桿應變lKA:
[0033] Cka= 〇ea/Eea (I)
[0034] 式中s .彳為錨桿彈性模量；
[0035] (2)根據(jù)同部位錨桿與基巖變形具有一致性，即基巖應變| |KA，通過公式（II) 可計算得到該深度壩基的應力〇 :
[0036] 〇 = | ?E(II)
[0037] 式中E為壩基彈性模量，根據(jù)地質(zhì)勘查成果來取。
[0038] 安裝使用方法：結(jié)合大壩壩基地質(zhì)條件確定壩基深部應力監(jiān)測深度，根據(jù)監(jiān)測深 度設(shè)計錨桿及錨桿應力計的技術(shù)指標。按錨桿直徑選配相應規(guī)格的錨桿應力計，按設(shè)計要 求裁截錨桿的長度，將儀器兩端的連接桿分別與錨桿焊在一起，焊接強度不低于原錨桿強 度。在已焊接錨桿應力計的觀測錨桿上安裝排氣管，將組裝檢測合格后的錨桿應力計裹上 密封膠帶或者套上橡膠套，緩慢地送入鉆孔內(nèi)，用二次儀表檢測儀器的讀數(shù)是否正常，檢測 合格后方可進行水泥砂漿的灌漿作業(yè)。
[0039] 實施例
[0040] 某工程為一等大（1)型工程，其主要建筑物（大壩、泄洪建筑物和引水發(fā)電建筑 物）為1級建筑物。工程樞紐主要由擋水建筑物、泄水建筑物和引水發(fā)電建筑物組成。擋 水建筑物由左岸、河中碾壓混凝土重力壩和右岸粘土心墻堆石壩組成，為混合壩，壩頂總長 1158m，其中混凝土壩部分長838. 035m，心墻堆石壩部分長319. 965m。碾壓混凝土重力壩部 分最大壩高為159m，心墻堆石壩部分最大壩高75m。在混凝土重力壩河床部位18#壩段壩基 上下游EL. 980m高程鉆孔20m，沿不同孔深布置錨桿應力計，18#壩段壩基共布置2套5點 式錨桿應力計，編號為A18-RA-01、A18-RA-02。
[0041] 儀器自2012年3月19日取得初始值，目前儀器工作性態(tài)正常，圖3為通過數(shù)據(jù)采 集儀器讀取的錨桿應力測值〇KA，根據(jù)現(xiàn)場錨桿型號，錨桿彈性模量取EM= 2X105MPa，利 用公式（I)便可計算得到錨桿應變Ira= 〇ka/Em，相同部位基巖應變與錨桿應變一致，即 I=lKA。根據(jù)地質(zhì)勘查成果，壩基彈性模量取E= 7.47GPa，通過公式（II)可計算得到 壩基不同深度應力〇 =I*E，計算得到壩基最大壓應力2. 95MPa，與數(shù)值模擬計算成果一 致，壩基不同深度的應力時間過程線如圖4所示。
[0042] 本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)壩基深部應力的實時監(jiān)測，不僅監(jiān)測準確可靠，而且使用簡單方 便。其利用監(jiān)測裝置直接監(jiān)測計算得到壩基深部應力，克服了以往不能直接監(jiān)測計算得到 壩基深部應力的難題。
[0043] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種用于監(jiān)測巧基應力的裝置，通過在巧基內(nèi)豎直鉆設(shè)孔，將該裝置安裝于巧基的 孔內(nèi)并通過灌漿進行密封；其特征在于；包括多段錯桿，多個錯桿應力計，多個保護件W及 排氣管；多個所述錯桿應力計通過錯桿依次焊接連接構(gòu)成監(jiān)測主體；所述保護件套裝于錯 桿應力計外周面；所述排氣管沿監(jiān)測主體長度方向設(shè)置，用于儀器線纜的排設(shè)牽引，其從監(jiān) 測主體的一端延伸至另一端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于監(jiān)測巧基應力的裝置，其特征在于；所述保護件為橡膠套 或者密封膠帶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于監(jiān)測巧基應力的裝置，其特征在于；所述排氣管為高強度 塑料軟管。
4. 一種用于監(jiān)測巧基應力的方法，其特征在于：在巧基內(nèi)豎直鉆孔設(shè)孔，在孔內(nèi)緩慢 的放入如權(quán)利1-3任一項所述的裝置，用二次儀表檢測錯桿應力計的讀數(shù)是否正常，檢測 合格后在巧基的孔內(nèi)灌入水泥砂漿；利用讀數(shù)儀器采集各深度錯桿應力計的讀數(shù)，然后計 算出相應錯桿應力計處巧基的應力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述用于監(jiān)測巧基應力的方法，其特征在于；所述水泥砂漿28天后 的抗壓強度不低于25MPa。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述用于監(jiān)測巧基應力的方法，其特征在于；在巧基孔內(nèi)灌入水泥 砂漿時，灌至巧基孔內(nèi)停止吸漿后，再持續(xù)灌入10分鐘后停止。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述用于監(jiān)測巧基應力的方法，其特征在于；所述錯桿應力計處巧 基的應力計算如下： (1) 利用讀數(shù)儀器采集各深度錯桿應力計的讀數(shù)，根據(jù)儀器說明書計算得到錯桿應力 口&<，利用公式（I)計算錯桿應變每^ ;
式中為錯桿彈性模量； (2) 根據(jù)同部位錯桿與基巖變形具有一致性，即基巖應變，通過公式（n)可計 算得到該深度巧基的應力曰：
式中芯為巧基彈性模量，根據(jù)地質(zhì)勘查成果來取。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于監(jiān)測壩基應力的裝置及方法，旨在提供一種使用方便，可有效實時監(jiān)測壩基應力的用于監(jiān)測壩基應力的裝置及方法。裝置包括多段錨桿，多個錨桿應力計，多個保護件以及排氣管；多個所述錨桿應力計通過錨桿依次焊接連接構(gòu)成監(jiān)測主體；所述保護件套裝于錨桿應力計外周面；所述排氣管沿監(jiān)測主體長度方向設(shè)置，用于儀器線纜的排設(shè)牽引，其從監(jiān)測主體的一端延伸至另一端。本發(fā)明的方法為：在壩基內(nèi)豎直鉆孔設(shè)孔，在孔內(nèi)緩慢的放入如前所述用于監(jiān)測壩基應力的裝置，用二次儀表檢測錨桿應力計的讀數(shù)是否正常，檢測合格后在壩基的孔內(nèi)灌入水泥砂漿；利用讀數(shù)儀器采集各深度錨桿應力計的讀數(shù)，然后計算出相應錨桿應力計處壩基的應力。
【IPC分類】E02D1-00
【公開號】CN104790369
【申請?zhí)枴緾N201510098318
【發(fā)明人】張宗亮, 馮燕明, 趙志勇, 張禮兵, 許后磊, 胡靈芝, 覃姍姍, 汪國斌
【申請人】中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月5日