專(zhuān)利名稱：一種混凝土壩開(kāi)裂預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土壩開(kāi)裂預(yù)警方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于混凝土壩來(lái)說(shuō)，裂縫是普遍存在著的，幾乎所有的混凝土壩都存在著不同程度的開(kāi)裂。裂縫對(duì)混凝土壩的危害性很大，是結(jié)構(gòu)老化病變的主要反映之一。裂縫的穩(wěn)定與否關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全狀況，是判斷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)。通過(guò)對(duì)混凝土壩裂縫失穩(wěn)判據(jù)的研究可以對(duì)大壩承受荷載的能力進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析混凝土壩裂縫在不利荷載作用下的穩(wěn)定性，從而可以在混凝土壩運(yùn)行過(guò)程中對(duì)部分荷載加以控制，以避免出現(xiàn)不利荷載組合而使裂縫失穩(wěn)，兼顧工程效益的同時(shí)保證混凝土壩的安全運(yùn)行?；炷翂瘟芽p失穩(wěn)判據(jù)的研究中，目前較為常用的方法是根據(jù)斷裂力學(xué)理論判斷裂縫是否會(huì)發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中則難以實(shí)現(xiàn)，如裂縫的開(kāi)裂長(zhǎng)度及縫端的亞臨界擴(kuò)展長(zhǎng)度都難以實(shí)時(shí) 準(zhǔn)確地測(cè)定，確定裂縫的應(yīng)力強(qiáng)度因子、縫端張開(kāi)位移等斷裂參數(shù)都存在一定的困難等。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單易行，只需分析混凝土壩裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料，無(wú)需測(cè)定其它參數(shù)的混凝土壩開(kāi)裂預(yù)警方法。技術(shù)方案裂縫開(kāi)度實(shí)測(cè)值序列可以看成是由不同頻率的信號(hào)成分組成的數(shù)字信號(hào)，其中受水位、溫度等因素影響的部分具有明顯的周期性變化規(guī)律，受隨機(jī)因素及觀測(cè)誤差影響的部分構(gòu)成信號(hào)中高頻率的顫動(dòng)，而裂縫的時(shí)效變化則為低頻率的變化。本發(fā)明混凝土壩開(kāi)裂預(yù)警方法，包括以下步驟
(1)用離散小波方法對(duì)裂縫開(kāi)度測(cè)值序列進(jìn)行分解，去除受水位、溫度變化以及隨機(jī)因素和誤差影響的高頻率部分，剩下的低頻部分就代表著裂縫測(cè)值序列的發(fā)展趨勢(shì)，即為裂縫的時(shí)效變形。用離散小波變換對(duì)裂縫開(kāi)度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，小波基函數(shù)公式表示為
￠) = 2~J/2w(rJt — k) , j=0, 1，2，…，k G z(I)
對(duì)實(shí)測(cè)信號(hào)/￠)的離散小波變換即為
Wf ij, k) = {/, ) = 1 /(2)
(2)對(duì)混凝土壩裂縫開(kāi)度的時(shí)效進(jìn)行分析，根據(jù)裂縫開(kāi)度時(shí)效變化的特征來(lái)分析裂縫是否發(fā)生過(guò)失穩(wěn)轉(zhuǎn)異，并確定失穩(wěn)發(fā)生的時(shí)刻。混凝土壩裂縫隨時(shí)間變的時(shí)效變形，可以用一階非線性微分方程表不
K =I(K^c)(3)
式中，K6為裂縫的時(shí)效變形，K為裂縫時(shí)效變形對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，c為參數(shù)。
Ke和Kts表征了裂縫系統(tǒng)6 =肌，€)在任一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。以K,為橫軸，
^為縱軸，以時(shí)效&及其變化速率巧的數(shù)值作為平面上的一個(gè)點(diǎn)，作出m的變化
過(guò)程線，由此可以直觀地表現(xiàn)出裂縫開(kāi)度的演變規(guī)律。如果裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)異，則其時(shí)效變形一般由平穩(wěn)地變化突然轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖俜蔷€性地增大。裂縫可能發(fā)生轉(zhuǎn)異的典型時(shí)效變化如圖I
所示，其時(shí)效和時(shí)效變化速率的過(guò)程線如圖2所示。圖2中在&時(shí)刻，裂縫時(shí)效的變化規(guī)律發(fā)生轉(zhuǎn)變，在(A,K )的過(guò)程線上該時(shí)刻有
K； = 0，出現(xiàn)拐點(diǎn)。在tA時(shí)刻裂縫的時(shí)效變形由緩慢增加變?yōu)檠杆僭黾樱摃r(shí)刻就是裂縫
發(fā)生轉(zhuǎn)異的時(shí)刻，裂縫時(shí)效變形上對(duì)應(yīng)時(shí)刻的點(diǎn)即為裂縫的時(shí)效轉(zhuǎn)異點(diǎn)。
裂縫時(shí)效轉(zhuǎn)異點(diǎn)判斷準(zhǔn)則為
=> Q I <t<t2 di
=< 0 t <t
dfA
< (4)
I… d2K§ …
K0 =--— = 0L= tA
di
d2K,
K9 = —j~> 0 tA <t <t2. dt "*
式中，r,為裂縫的時(shí)效，K為時(shí)效的一階導(dǎo)數(shù)，Kt為時(shí)效的二階導(dǎo)數(shù)。當(dāng)裂縫的時(shí)效滿足式(4)中所列的準(zhǔn)則時(shí)，時(shí)刻tA即裂縫為發(fā)生轉(zhuǎn)異的時(shí)刻，相應(yīng)的時(shí)效變形曲線上的點(diǎn)即為時(shí)效轉(zhuǎn)異點(diǎn)。(3)由于裂縫縫端過(guò)大的應(yīng)力應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，而縫端應(yīng)力應(yīng)變較大時(shí)對(duì)應(yīng)的裂縫開(kāi)度也較大。因此，取資料系列中最近一次失穩(wěn)擴(kuò)展發(fā)生以來(lái)的每年裂縫開(kāi)度實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析，選擇不利荷載組合時(shí)的裂縫開(kāi)度觀測(cè)值序列形成樣本空間。在大壩安全監(jiān)測(cè)中，為了監(jiān)測(cè)裂縫的發(fā)展演變情況，通常在裂縫部位布置測(cè)縫計(jì)來(lái)測(cè)量裂縫的開(kāi)度，測(cè)縫計(jì)通常的布置形式如圖3所示。裂縫尖端張開(kāi)位移與測(cè)縫計(jì)測(cè)得的裂縫開(kāi)度S之間存在如下事實(shí)關(guān)系當(dāng)裂縫發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)，CTA9達(dá)到其臨界值，與此同時(shí)，對(duì)應(yīng)的裂縫開(kāi)度s也應(yīng)達(dá)到一個(gè)臨界值Sc。從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來(lái)看，裂縫發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展是一個(gè)小概率事件，可以用小概率法確定Sc。在實(shí)測(cè)資料中，選擇不利荷載組合時(shí)的裂縫開(kāi)度I.，則L為隨機(jī)變量，由觀測(cè)資料序列可得到一個(gè)子樣數(shù)力z的樣本空間
5=(5)
(4)根據(jù)選定的裂縫開(kāi)度樣本，用最大熵原理來(lái)確定樣本分布的概率密度函數(shù)，按照設(shè)定的失穩(wěn)概率擬定裂縫的臨界開(kāi)度，作為裂縫開(kāi)度的警戒值。對(duì)于連續(xù)型隨機(jī)變量，其信息熵為
H(X) = -J/0)ln /(x)dx(g)
M
式中，/⑴為連續(xù)型隨機(jī)變量r的分布密度函數(shù)力積分空間，_為信息熵。
信息熵表征了信息量的大小，可作為裂縫開(kāi)度樣本分布不確定性的度量。從信息熵的定義可以看出，如果已知隨機(jī)變量的概率，就可以計(jì)算出其熵值，熵值概率分布之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此可以通過(guò)熵值來(lái)確定概率分布。根據(jù)最大熵原理，在根據(jù)部分信息來(lái)推求隨機(jī)變量的概率分布時(shí)，必須選擇熵最大的概率分布，熵最大就意味著人為的假定最少，獲得的結(jié)果最符合實(shí)際情況，最為客觀。根據(jù)最大熵原理，可取使熵！(X)在已知樣本數(shù)據(jù)信息的條件下達(dá)到最大值的概率作為裂縫開(kāi)度概率分布的估計(jì)，即
權(quán)利要求
1.一種混凝土壩開(kāi)裂預(yù)警方法，其特征在于包括以下步驟 (1)用離散小波方法對(duì)裂縫開(kāi)度測(cè)值序列進(jìn)行分解，去除受水位、溫度變化以及隨機(jī)因素和誤差影響的高頻率部分，提取低頻部分為裂縫的時(shí)效變形； (2)對(duì)混凝土壩裂縫開(kāi)度的時(shí)效進(jìn)行分析，根據(jù)時(shí)效變化的特征來(lái)分析裂縫是否發(fā)生過(guò)失穩(wěn)轉(zhuǎn)異，并確定失穩(wěn)發(fā)生的時(shí)刻； (3)取最近一次失穩(wěn)擴(kuò)展發(fā)生以來(lái)的每年裂縫開(kāi)度實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析，選擇不利荷載組合時(shí)的裂縫開(kāi)度觀測(cè)值序列形成樣本空間； (4)根據(jù)選定的裂縫開(kāi)度樣本，用最大熵原理來(lái)確定樣本分布的概率密度函數(shù)，按照設(shè)定的失穩(wěn)概率擬定裂縫的臨界開(kāi)度，作為裂縫開(kāi)度的警戒值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種混凝土壩開(kāi)裂預(yù)警方法，其特征在于步驟(3)所述的裂縫開(kāi)度觀測(cè)值，通常在裂縫部位布置測(cè)縫計(jì)來(lái)測(cè)量裂縫的開(kāi)度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種混凝土壩開(kāi)裂預(yù)警方法，包括以下步驟用離散小波方法對(duì)裂縫開(kāi)度測(cè)值序列進(jìn)行分解，提取裂縫的時(shí)效變形；對(duì)混凝土壩裂縫開(kāi)度的時(shí)效進(jìn)行分析，判斷裂縫是否發(fā)生過(guò)失穩(wěn)轉(zhuǎn)異，并確定失穩(wěn)發(fā)生的時(shí)刻。取最近一次失穩(wěn)擴(kuò)展發(fā)生以來(lái)的每年裂縫開(kāi)度實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析，選擇不利荷載組合時(shí)的裂縫開(kāi)度觀測(cè)值序列形成樣本空間；根據(jù)選定的裂縫開(kāi)度樣本，用最大熵原理來(lái)確定樣本分布的概率密度函數(shù)，按照設(shè)定的失穩(wěn)概率擬定裂縫的臨界開(kāi)度，作為裂縫開(kāi)度的警戒值。本發(fā)明提取裂縫的時(shí)效變形，簡(jiǎn)單易行，無(wú)需測(cè)定其它參數(shù)，為混凝土運(yùn)行過(guò)程中部分荷載調(diào)控，避免出現(xiàn)不利荷載組合而使裂縫失穩(wěn)，保證大壩的安全運(yùn)行提供了一種全新的技術(shù)。
文檔編號(hào)E02B1/00GK102660933SQ20121015141
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者包騰飛, 景繼, 歐斌, 蘇懷智, 鄭東健, 顧沖時(shí) 申請(qǐng)人:河海大學(xué)