專利名稱:基于爆破源的大壩無損檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土大壩的無損檢測以及動態(tài)實時安全監(jiān)控系統(tǒng)，特別是一種基于爆破源的大壩無損檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
《大壩安全》2003年第2期中《混凝土大壩聲波層析檢測系統(tǒng)》一文公開了一種檢測混凝土大壩內(nèi)部缺陷的方法，其方法是采用聚能聲波激震，利用彈性聲波在混凝土內(nèi)部傳播參數(shù)的變化來分析混凝土內(nèi)部缺陷位置與范圍。其缺點一是聲波激勵能量小，檢測深度范圍有限；二是由于大壩體積大、邊界條件復(fù)雜，單靠表面布置儀器，采集的數(shù)據(jù)少，較難分析；三是無永久監(jiān)測點，無法實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)控。現(xiàn)有的大壩也有將差動電阻式傳感器和振弦式傳感器埋設(shè)在內(nèi)，靠其發(fā)射出來的信號對大壩進行靜態(tài)觀測，但對大壩瞬間動態(tài)變化檢測不到。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是要提供一種基于爆破源的大壩無損檢測系統(tǒng)，它能克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，通過已知當(dāng)量的爆破，運用動態(tài)力學(xué)模型預(yù)測大壩的預(yù)期工作能力以及在不同工況下的安全度，實現(xiàn)對大壩進行全面的監(jiān)測。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種基于爆破源的大壩無損檢測系統(tǒng)，由爆破源、接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)組成，接收系統(tǒng)是由鋪設(shè)在大壩內(nèi)的差動電阻式傳感器組、振弦式傳感器組和鋪設(shè)在大壩表面的拾震器組構(gòu)成，爆破源的幾何位置選取在大壩的幾何中心點或幾何中心線上。
本發(fā)明采用在大壩的幾何中心點或幾何中心線上某一個點上安置爆破源，爆破源產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)牡卣饹_擊波，靠沖擊波在壩體內(nèi)產(chǎn)生彈性波并沿一定方向傳播，彈性波在遇到內(nèi)部缺陷處時會產(chǎn)生反射與折射，同時發(fā)生波速、波幅、傳播時間、頻率等聲學(xué)參數(shù)的變化及波形的畸變，通過埋設(shè)在大壩內(nèi)的差動電阻式傳感器組、振弦式傳感器組和設(shè)置在大壩表面的拾震器組來接收彈性波的聲學(xué)參數(shù)，用計算機對這些聲學(xué)參數(shù)及波形變化進行分析研究，來確定大壩體內(nèi)是否存在缺陷及缺陷范圍。
本發(fā)明具有以下特點一、以爆破源作為大壩振動激勵信號。
人們期望爆破源的當(dāng)量是恰當(dāng)?shù)?，既要能給大壩產(chǎn)生足夠的波動能量，保證接收系統(tǒng)能接收到有效信號，同時又不會對大壩及其附屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害影響。本發(fā)明根據(jù)大壩的不同形狀和結(jié)構(gòu)特點，在距離大壩的適當(dāng)位置設(shè)定一個爆炸中心，合理控制爆炸強度和用藥當(dāng)量，精心設(shè)計爆破方式和起爆程序，對大壩產(chǎn)生一個恰當(dāng)?shù)恼駝蛹睿诓挥绊懘髩蝺?nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下，為檢測大壩內(nèi)部損傷提供一個激勵信號。
爆破源可采用微差延時爆破，以獲得系統(tǒng)的、連續(xù)的激勵信號，必要時可采用干涉型雙源爆破，提高檢測分析精度。
本發(fā)明的爆破源的幾何位置主要考慮選取在大壩的幾何中心點或幾何中心線上的某一個點上，如圖2、圖3所示。
二、接收系統(tǒng)由動態(tài)信號拾震器組、差動電阻式傳感器組和振弦式傳感器組構(gòu)成。
已建大壩除了可在大壩表面的適當(dāng)位置拾震器外，還可利用埋設(shè)在壩體內(nèi)的差動電阻式傳感器和振弦式傳感器來接收爆破振動信號。這一點在技術(shù)上是可行的首先是水工建筑物的自振頻率很低，混凝土壩一般在10Hz以內(nèi)，其它材料壩型應(yīng)更低一些，目前國內(nèi)已研制出應(yīng)用于水工建筑物的低頻高靈敏度傳感器；其次，差動電阻式儀器經(jīng)過試驗分析，其頻響范圍可達(dá)100Hz，可采用定制的動態(tài)應(yīng)變儀采集數(shù)據(jù)，振弦儀器的動態(tài)性能雖稍差一些，但通過改進的儀器頻響范圍可達(dá)10Hz以上，可以滿足測試要求。
由于大壩結(jié)構(gòu)、材料以及邊界條件的復(fù)雜性，接收到的波形將是十分復(fù)雜的，如何正確區(qū)分并提取有用信息是至關(guān)重要的。本發(fā)明采用優(yōu)化爆破源設(shè)計和優(yōu)化傳感器布置，比如采用測線代替測點，在沿波傳播路徑按一定間隔布置多個測點等等，對復(fù)雜的問題加以簡化，使接收的波形特征更便于分辯。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)主要是將接收系統(tǒng)傳感器接收到的模擬信號進行放大處理并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進行傳輸與儲存，靠動態(tài)智能采集模塊和聲學(xué)參數(shù)采集模塊來完成操作。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對采集的波形進行過濾抽提，計算分析彈性波在傳播過程的聲學(xué)參數(shù)變化，反饋大壩振動特性參數(shù)、對測試斷面進行聲波CT成像等，靠計算機來完成操作。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的爆破源位置選定原則示意圖。
圖3是本發(fā)明的另一種爆破源位置選定原則示意圖。
其中圖1兼作摘要附圖。
圖中1、爆破源，2、差動電阻式傳感器組，3、振弦式傳感器組，4、拾震器組，5、動態(tài)智能采集模塊，6、聲學(xué)參數(shù)采集模塊，7、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，8、壩體。
具體實施方式在大壩上建立和使用基于爆破源的大壩隱患檢測系統(tǒng)，可依照如下三個步驟來實施第一步通過按大壩特點設(shè)計的爆破源給大壩以合適的激勵信號，通過安裝在大壩表面的拾振傳感器檢測接收到的彈性波傳播的各種聲學(xué)參數(shù)，進行全斷面彈性波CT成像，達(dá)到全面控制缺陷的目的。
第二步通過安裝在大壩內(nèi)的差動電阻式傳感器和振弦式傳感器接收爆破源傳來的彈性波，并接合拾振傳感器檢測接收到的各種聲學(xué)參數(shù)通過計算機處理對大壩進行動態(tài)的監(jiān)測，做到實時監(jiān)控。
第三步就是在動態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，建立大壩動態(tài)力學(xué)分析模型，然后通過已知能量的爆破源激勵，通過安裝的動態(tài)接收系統(tǒng)檢測大壩的動態(tài)力學(xué)變化及聲學(xué)參數(shù)變化，將檢測參數(shù)代入動態(tài)力學(xué)模型分析以預(yù)測大壩預(yù)期的抵抗能力。
爆破源設(shè)計方法與步驟用于激勵的爆破源設(shè)計首先應(yīng)滿足兩個條件1、爆破產(chǎn)生的振動對大壩的影響是可以接受的，在設(shè)計安全允許范圍內(nèi)；2、爆破的能量要足夠大，使得布置在大壩上的傳感器能產(chǎn)生可以分辨的反應(yīng)。在這個前提下來進行爆破源設(shè)計，其步驟如下1、由于每個工程的地質(zhì)條件、工程結(jié)構(gòu)不同，首先要在壩區(qū)相同地質(zhì)條件區(qū)域進行爆破試驗，確定爆破振動安全控制公式與水擊波安全控制公式，典型的控制公式如下爆破振動安全控制公式v＝101.3(Q1/3/R)1.97，式中v為質(zhì)點振動速度，Q為最大單段起爆藥量，R為爆源至測點的距離；水擊波安全控制公式P＝11.47(Q1/3/R)0.95，式中P為水擊波壓力，G為最大單段起爆藥量，R為爆源至測點的距離。
2、收集被測大壩的設(shè)計允許值。
3、根據(jù)安全控制公式與設(shè)計允許值選定最大單段起爆藥量Q與爆源距離R，選定時要考慮2-3倍的安全余量。
4、一般情況下爆破源就這樣確定了，如果工程結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，規(guī)模較大，為了使儀器便于采集，數(shù)據(jù)便于分析，應(yīng)考慮采用干涉型雙源或多源設(shè)計，即按上述爆破源參數(shù)在爆源位置復(fù)制幾個相同爆源，按一定時間間隔延遲起爆，使大壩獲得一個有一定相位差的振動信號。
在三峽工程二期土石圍堰防滲墻爆破拆除施工中，葛洲壩集團對爆破影響進行了系統(tǒng)監(jiān)測，參數(shù)如下1、爆破源距大壩450米，采用乳化炸藥，最大單段起爆藥量為兩個最大單孔藥量之和，即60kg；2、允許質(zhì)點振動速度為5cm/s，允許水擊波為1.0kg/cm2，實測質(zhì)點振動速度為0.02cm/s，實測水擊波為0.3kg/cm2。
權(quán)利要求
1.一種基于爆破源的大壩無損檢測系統(tǒng)，由爆破源、接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)組成，其特征在于接收系統(tǒng)是由鋪設(shè)在大壩內(nèi)的差動電阻式傳感器組、振弦式傳感器組和鋪設(shè)在大壩表面的拾震器組構(gòu)成，爆破源的幾何位置選取在大壩的幾何中心點或幾何中心線上。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種基于爆破源的大壩無損檢測系統(tǒng)，由爆破源、接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)組成，接收系統(tǒng)是由鋪設(shè)在大壩內(nèi)的差動電阻式傳感器組、振弦式傳感器組和鋪設(shè)在大壩表面的拾震器組構(gòu)成，爆破源的幾何位置選取在大壩的幾何中心點或幾何中心線上。本發(fā)明由于采用設(shè)計已知當(dāng)量的爆破，通過表面和壩體內(nèi)部安裝埋設(shè)的傳感器來接收彈性波的聲學(xué)參數(shù)，經(jīng)計算機對這些聲學(xué)參數(shù)及波形變化進行分析，對壩體缺陷及缺陷范圍進行確定，實現(xiàn)對大壩進行全面的動態(tài)監(jiān)測。
文檔編號G01V1/02GK1991357SQ200510137116
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月29日
發(fā)明者周厚貴, 譚愷炎, 陳繼堯 申請人:中國葛洲壩水利水電工程集團有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan