中国水利水电十局勘测设计院 四川省都江堰市 611800
摘要:多点位移计是埋设在岩体钻孔内实施内部以及深层位移监测,它可以监测任意钻孔方向不同深度的轴向位移及分布,从而了解岩体变形及松动范围,为合理确定岩体加固参数及稳定状态提供依据,因此广泛应用于坝基(肩)、边坡和地下洞室等岩体内部位移监测。
多点位移计在重力坝基础灌浆廊道的安装埋设为了解坝基深层滑动面的情况及变化规律提供了有效的数据支撑。本文主要浅析多点位移计在碾压混凝土重力坝的安装与监测。
关键词:碾压混凝土重力坝;多点位移计;安装;监测
1设计的目的和意义
在水库蓄水期间和大坝运营期间可通过基础廊道的多点位移计,实时监测RCC重力坝坝基深层位移及其变化规律,作为对工程运行状况评价的依据。
2多点位移计工作原理
当被测结构物发生位移变形时将会通过多点位移及的锚头带动测杆,测杆再拉动位移计的拉杆产生唯一变形。位移计拉杆的唯一变形产地给振弦转变成振弦应力的变化,从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率,频率信号经电缆传输至读数装置,即可测出被测结构物的变形量。多点位移计可同比测量埋设点的温度值。
振弦式传感器由受力弹性形变外壳(或膜片)、钢弦、紧固夹头、激振和接收线圈等组成。钢弦自振频率与张紧力的大小有关,在振弦几何尺寸确定之后,振弦振动频率的变化量,即可表征受力的大小。现以双线圈连续等幅振动的激振方式,来表述振弦式传感器的工作原理。工作时开启电源,线圈带电激励钢弦振动,钢弦振动后在磁场中切割磁力线,所产生的感应电势由接收线圈送入放大器放大输出,同时将输出信号的一部分反馈到激励线圈,保持钢弦的振动,这样不断地反馈循环,加上电路的稳幅措施,使钢弦达到电路所保持的等幅、连续的振动,然后输出的与钢弦张力有关的频率信号。
振弦这种等幅连续振动的工作状态,符合柔软无阻尼微振动的条件,振弦的振动频率可由下式确定;
式中,f0—初始频率;
L— 钢弦的有效长度i
p一-钢弦材料密度;
σo——钢弦上的初始应力。
由于钢弦的质量m、长度L、截面积S、弹性模量E可视为常数,因此,钢弦的应力与输出频率 f0建立了相应的关系。当外力F未施加时,则钢弦按初始应力作稳幅振动,输出初频f0;当施加外力(即被测力——应力或压力)时,则形变壳体(或膜片)发生相应的拉伸或压缩,使钢弦的应力增加或减少,这时初频也随之增加或减少。因此,只要测得振弦频率值f,即可得到相应被测的力——应力或压力值等。
3振弦的激振方式
振弦式传感器的振弦是钢弦,通过激振产生振动。振弦激振的方式分为间歇触发激振和等幅连续激振。
4仪器安装及注意事项
4.1埋设前检验测试
4.1.1电阻检验
检查电气连接也可以用欧姆表。电阻之间的 计应大约180Q,±10D。添加电缆电阻(22AWG 铜绞线导致大约14.7D/km或 48.5Q/km,乘以2 两个方向)[3]。
4.1.2力学性能检验
主要设备:标定架、0级百分表或同级数显标尺、弦式读数仪、欧姆表。
检验过程:
1)传感器在检验测试环境条件下预先置放24h 以上。
2)将传感器固定在标定架上,检验测试前传感器在满量程范围内预拉3 次循环。
3)测试点宜在量程内均匀分布,级差以小于或等于20 % 的传感器测量范围为原则。
4)从测试基准点逐级加荷直至满量程测试点,然后逐级卸荷直至测试基准点。各测试点读数稳定后读取并记录数据。
5)重复上项操作,共 3 次循环。
6)灵敏度系数K 及误差oc k计算
4.2安装流程
安装流程:定位钻孔—灌浆保护管安装—仪器安装一灌浆一校调一读测记录。
1)定位钻孔:按照设计图纸进行测量定位,并 根 据 BGK- A6 型多点位移计要求采用直径150mm钻头开孔,孔 深 达 到600mm后改用直径 90mm钻头在直径150mm的孔底中心造孔。钻孔深度比锚头深lm。钻孔结束后采用髙压水洗孔。
2)灌浆保护管安装:保护管采用110mm PVC管,管口周围用水泥砂楽错固。
3)仪器安装:在干净平整场地将测杆与基座按编号对应连接,同时将模拟传感器与测杆连接并用安装板固定于基座上,安装灌浆管(深入孔底)与排气管(深入基座0.1m);仪器组装结束后缓慢而小心的送入至孔内设计深度[7]。
4)灌浆:灌浆浆液水灰比为1:0.5,灌浆压力小于0.5MPa。灌浆前,先用水润管降低摩擦,灌浆速度不宜过快,直至排气孔回浆为止。灌浆暂停数分钟后观察浆液是否回落,如有则应补灌。灌浆结束后拆除连接管路,并进行封管处理。
5)校调:将模拟传感器拆除,并将多点位移计的传感器安装至基座传感器固定杆上,记录传感器的出厂编号及对应测杆编号和锚头位置等信息。同时,根据预估位移调整固定传感器工作点。
6)读测记录:将配套读数仪接至仪器导线读取并记录初始数据,完成后安装孔口保护装置。
4.3注意事宜
安装埋设前应将所有仪器进行建档,每套多点位移计要有一个组号,每组中每支位移传感器要有一个点号。记录各点传感器的出厂编号,以及连接测杆的长度。
基准值是以水泥浆终凝后或水化热稳定后的稳定测值作为基准值。
5应用成果
5.1成果简析
本文主要选取两套多点位移计作简要分析,分别是位于11#坝段基岩的M41,11#坝段下游基础的M42。各多点位移计测点位移变化曲线详见图5.1-1~5.1-2。
图5.1-1 多点位移计M41测点位移过程线
图5.1-2 多点位移计M42测点位移过程线
备注:多点位移计位移拉伸为正,压缩为负。多点位移计各测点监测成果表中最大值、最小值、平均值均为绝对位移,当前值指截止2019年5月28日各测点的累计位移。
从多点位移计M41与M42可以看出,其中累计位移变化最大的点为M41中的L2测点(距孔口40.5m),累计位移为2.56mm。多点位移计M41 2019年1月底发生变化是由于帷幕灌浆引起,施工完成后数据逐渐恢复平稳。总体来看,各测点位移变化量均较小,目前测值已趋于稳定状态,测值变化在正常范围内。
参考文献:
[1]刘忠富,郝长生,任建钦,等.软岩地区多点位移计埋设及变形特性研究[ J].东北水利水电,2004(08):15 ~ 16.
[2]汪成富;吴官宏;M坝多点位移计在RCC重力坝的安装与监测[J];云南水力发电;2018年S1期
[3]王爱民,陶记昆,李仲奎;微型高精度多点位移计的设计及在三维模型实验中的应用[J];实验技术与管理;2002年05期
[4]刘甲奇;万磊;肖小玲;包腾飞;邓元倩;岩滩扩建工程进水口边坡多点位移计监测资料分析[J];三峡大学学报(自然科学版);2017年06期