一種用于監測面板堆石壩最大沉降的裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于混凝土面板堆石壩壩體變形技術領域，具體涉及一種用于監測面板堆 石壩最大沉降的裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 目前西部水電開發主要在雅礱江流域、瀾滄江流域、大渡河流域、金沙江中上游、 黃河上游及怒江流域等，這些流域目前規劃建設的大壩中堆石壩居多，其中IOOm以上的建 成及在建代表性面板堆石壩工程有紫坪鋪(壩高156m)、三板溪(壩高179. 5m)、猴子巖(壩 高221m)、天生橋一級(壩高178m)、水布埡(壩高233m)、洪家渡(壩高179. 5m)、梨園（壩高 155m)、董箐(壩高150m)等。堆石壩最大沉降是評價面板堆石壩設計及施工質量的重要依 據，目前堆石體最大沉降值主要通過兩種途徑獲取，一種途徑是通過大壩安全監測資料分 析得到，但目前由于監測技術的局限性，堆石體沉降還難于準確地監測，堆石壩沉降監測主 要通過水管式沉降儀和電磁式沉降環，水管式沉降儀由于壩后觀測房修筑的滯后性導致測 值偏小，電磁式沉降環由于沉降環與堆石體變形的不協調性導致測值偏離實際值；另一種 途徑是通過數值模擬計算堆石壩沉降，如有限元、離散元等，目前數值模擬計算本構模型材 料參數為室內試驗參數，由于縮尺效應的影響導致計算參數與現場大壩填筑參數相距甚 遠，沉降計算結果往往與實際存在一定偏離。因此如何克服現有技術的不足是目前混凝土 面板堆石壩壩體變形技術領域亟需解決的問題。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是為了解決現有技術的不足，提供一種使用方便，可直接進行監測 面板堆石壩最大沉降的裝置及方法。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的： 一種用于監測面板堆石壩最大沉降的裝置，包括ABS管、電磁式沉降儀和多個鐵制沉 降盤，所述的鐵制沉降盤和ABS管均預埋在堆石體中；ABS管與壩基垂直，ABS管頂端與壩頂 在同一平面或高出壩頂；所述的鐵制沉降盤中間設有通孔，ABS管從鐵制沉降盤的通孔中 穿過，且ABS管與鐵制沉降盤正交；所述的電磁式沉降儀的測頭設于ABS管內；所述的測頭 為磁性測頭；所述鐵制沉降盤沿ABS管等間距放置。
[0005] 電磁式沉降儀一般設于ABS管頂端附近，沒有特殊的要求； 進一步，優選的是，ABS管安裝在堆石體最大斷面壩軸線中心處。
[0006] 進一步，優選的是，所述鐵制沉降盤外徑大于lm，內徑為16cm。
[0007] 進一步，優選的是，所述鐵制沉降盤沿ABS管等間距放置A鐵制沉降盤（η > 3)。
[0008] 進一步，優選的是，所述的ABS管外徑為15cm，其內徑無特殊要求，只要能保證電 磁式沉降儀的測頭能順利測量即可。
[0009] 本發明還提供一種用于監測面板堆石壩最大沉降的方法，采用上述用于監測面板 堆石壩最大沉降的裝置，具體方法是： 在預埋鐵制沉降盤時，利用全站儀測出各個鐵制沉降盤的初始高程； 待面板堆石壩使用一段時間后，將電磁式沉降儀的測頭放入ABS管中，測出各個鐵制 沉降盤高程，每個鐵制沉降盤與其初始高程相減得到該鐵制沉降盤所在部位的沉降量； 利用鐵制沉降盤的沉降量計算堆石體平均壓縮模量，然后再根據堆石體平均壓縮模量 與最大沉降量之間的經驗公式計算各監測階段面板堆石壩最大沉降。
[0010] 進一步，優選的是，所述的用于監測面板堆石壩最大沉降的方法，包括如下步驟： 步驟（1 )，利用電磁式沉降儀測出鐵制沉降盤的位置信息，鐵制沉降盤的位置信息包括 沉降盤上覆堆石厚度if、沉降盤下臥堆石厚度忒和沉降盤沉降量藏，并通過堆石體質量檢 測方法檢測得到堆石密度::Γ，通過公式CE)計算每個鐵制沉降盤所在位置的堆石體壓縮模
式中#:為各個沉降盤所在位置堆石體壓縮模量，其中i=l~n，η為鐵制沉降盤的個數； 步驟（2)，步驟（1)中鐵制沉降盤沿壩高呈等間距分布，其平均值可近似為堆石體平均 壓縮模量，利用公式(S:)計算堆石體平均壓縮模量遲:；
步驟（3)，利用堆石體平均壓縮模量與最大沉降量的經驗公式(III)計算面板堆石壩最 大沉降量；
式中丨:為堆石體最大沉降量，為最大壩高，顏為堆石體平均壓縮模量。
[0011] 本發明提供的用于監測面板堆石壩最大沉降的裝置，在大壩填筑時需預埋鐵制沉 降盤和ABS管，堆石體填筑施工中ABS管可逐級向上加長埋設安裝，也可以為ABS管整管埋 設安裝，即ABS管可以是一整根，也可以是多段連接起來的；但是多段的情況時，ABS管接長 過程中，需保證管的堅直度。
[0012] 當填土至鐵制沉降盤位置時，ABS管從鐵制沉降盤的通孔中穿過，且ABS管與鐵制 沉降盤正交，使鐵制沉降盤能與堆石體變形同步； 監測讀數時，將電磁式沉降儀的測頭放入ABS管依次讀數。
[0013] 本發明所述電磁式沉降儀的測頭為磁性測頭，以能夠感應到鐵制沉降盤。
[0014] 本發明中平均壓縮模量與最大沉降量的經驗公式根據已建典型面板堆石壩資料 擬合得到，典型面板堆石壩實測工程資料如表1所示，將表1中平均壓縮模量五與最大沉降 量占壩高百分比碡用指數函數擬合，由圖3可知兩者相關性較好，并得到擬合公式(IV):
最大沉降量Aat占壩高%百分比可表示為： CN 105180895 A 說明書 3/5 頁
將公式(變）代入公式(IV)可得到最大沉降量^%:的計算公式(III):
式中_丨為堆石體最大沉降量，_為最大壩高，J：:為堆石體平均壓縮模量。
[0015] 表1典型面板堆石壩實測工程資料
本發明與現有技術相比，其有益效果為： (1) 本發明基于堆石體變形機理，利用局部變形監測成果分析得到堆石體平均壓縮模 量，結合已建的典型面板堆石壩實測最大沉降，建立堆石壩最大沉降與平均壓縮模量的經 驗公式，利用經驗公式快速地計算各監測階段面板堆石壩最大沉降，以復核沉降監測成果 和數值計算成果的合理性； (2) 本發明根據面板堆石壩變形機理，克服了常規最大沉降計算方法測值可靠性較低 的缺點，通過總結已建工程得到最大沉降計算經驗公式，公式簡單實用。
[0016] (3)采用本發明裝置，可大大縮短最大沉降監測時間，比較傳統方法縮短了 20-30% 的監測時間，而且測值可靠性大大增強。
【附圖說明】
[0017] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術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 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可 以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0018] 圖1為本發明用于監測面板堆石壩最大沉降的裝置的結構示意圖。
[0019] 圖2為圖1中A部分的放大圖； 圖3為本發明典型堆石壩實測平均壓縮模量與沉降比的關系圖； 其中，1、監測面板堆石壩；2、堆石體；3、鐵制沉降盤；4、ABS管；5、電磁式沉降儀；6、測 頭。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。
[0021] 本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發明，而不應視為限定本發 明的范圍。實施例中未注明具體技術或條件者，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件 或者按照產品說明書進行。所用材料、試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過購買獲 得的常規產品。
[0022] 如圖1和圖2所示，用于監測面板堆石壩1最大沉降的裝置，包括ABS管4、電磁式 沉降儀5和多個鐵制沉降盤3,所述的鐵制沉降盤3和ABS管4均預埋在堆石體2中；ABS 管4與壩基垂直，ABS管4頂端與壩頂在同一平面或高出壩頂；所述的鐵制沉降盤3中間設 有通孔，ABS管4從鐵制沉降盤3的通孔中穿過，且ABS管4與鐵制沉降盤3正交；所述的 電磁式沉降儀5的測頭6設于ABS管4內；所述的測頭6為磁性測頭；所述鐵制沉降盤3沿 ABS管4等間距放置，一般鐵制沉降盤沿ABS管等間距放置4個鐵制沉降盤。
[0023] 電磁式沉降儀5 -般設于ABS