专利名称：一种防洪坝系的安全性检测方法
技术领域：
本发明涉及一种防洪坝系的安全性检测方法，特别涉及一种煤矿周围的防洪坝系的安全性检测方法。
背景技术：
我国能源结构的特点，决定了煤炭将在相当长的一段时间内作为我国主要的能源。经济社会的高速发展对能源的需求量也在不断的増加，为了有效的提高每个煤矿的服务年限，需要采用高效的开采方法。露天开采由于其具有安全、高效、资源回收率高等优点， 成为优选的煤矿开采方法。而煤矿一般情况下都处于深陡沟壑区域，容易造成雨水的聚集，为了保证露天开采的可实施性，在煤矿的周围为了达到防洪、防水的目的都设置有防洪坝系。但是对于露天煤矿一般会采用抛掷爆破的方式进行开采，爆破的影响范围会波及到防洪坝系，因此防洪坝系的安全受到很大的影响。例如对于我国哈尔乌素露天煤矿，其地处深陡沟壑区域，坡度相差大，并且雨量集中，因此在该露天煤矿周围构建了ー套防洪坝系，构成了防洪系统工程。与哈尔乌素露天煤矿相邻较近的黑岱沟煤矿采用抛掷爆破的方式开采，爆破的规模达到毎次爆破1200t 1500t炸药，爆区距离哈尔乌素露天煤矿越来越近，其爆破影响范围已经直接波及哈尔乌素露天煤矿的防洪坝系。并且哈尔乌素露天煤矿开采毎次起爆装药量150吨左右，露天剥离超大规模爆破产生的爆破振动冲击，对距离哈尔乌素露天煤矿首采区较近的多个防洪坝的安全稳定性和可靠性产生重大影响，对煤矿的安全高效生产存在较大的潜在影响。而现有技术中，在对坝体的安全性进行检测时，一般都基于坝体位移以及渗流等较为静态的方法。而位于露天煤矿周围的坝体，由于受到爆破的影响，其安全性以及寿命也受到了相应的影响。因此如何对防洪坝系进行检测，根据检测的结果及时的采取措施保证坝系的安全性，及延长防洪坝系的寿命，对煤矿的安全生产具有重大意义。
发明内容
本发明提供一种防洪坝系的安全性检测方法，用以解决现有防洪坝系安全性差， 寿命短的问题。本发明的这种防洪坝系的安全性检测方法，包括对防洪坝系中的每个坝体的渗流压力以及坝体的位移进行监测；并根据坝体上设置的监测设备监测到的相应位置的振动速度，确定坝体的主振动频 Φ ；根据监测到的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率，确定坝体的应カ分布并对所述坝体的安全性进行检測。较佳地，对防洪坝系中的每个坝体的渗流压力以及坝体的位移进行监测之前，还包括在防洪坝系中选择进行监测的坝体，针对选择的坝体设置监测设备。
较佳地，可以基于以下至少ー种方法，在防洪坝系中选择进行监测的坝体选择距离爆破区域在第一设定距离范围内的坝体，作为进行安全性检测的坝体； 和选择距离爆破区域在第二设定距离范围内，并且有水的坝体作为进行安全性检测坝体，其中所述第二设定距离大于第一设定距离。较佳地，所述针对选择的坝体设置监测设备包括针对选择的坝体，在坝体上设置多个传感器，并设置接收每个传感器发送的信号的振动记录仪，其中至少ー个传感器设置在该坝体在爆破振动的来波方向的位置上，并且至少ー个传感器设置在该坝体在爆破振动的去波方向的位置上。较佳地，所述确定坝体的主振动频率包括根据每个监测设备监测到的坝体在爆破振动下的振动速度，确定坝体的最大振动速度；根据确定的坝体的最大振动速度，确定坝体的主振动频率。较佳地，所述确定坝体的最大振动速度包括针对每个时间点、每个传感器获取的坝体在该时间点上的振动速度，查找每个时间点下获取的振动速度的最大值；将获取的每个振动速度的最大值，进行傅里叶变换，得到不同频域下坝体对应的每个最大振动速度。较佳地，所述根据监测到的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率，确定坝体的应カ分布，包括针对每个检测坝体，根据其坝体模型采用有限元分析方法，将坝体的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率作为坝体模型的输入參数，根据坝体模型的输出确定该坝体的应カ分布。本发明提供了一种防洪坝系的安全性检测方法，该方法对防洪坝系中坝体的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率进行监控，并根据获取的坝体的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率，确定坝体的应カ分布，根据确定的坝体应力分布对坝体的安全性进行检測。由于在本发明中可以确定坝体的主振动频率，井根据坝体的主振动频率对坝体的安全性进行监測，从而提高了坝体安全性检测的全面性，使坝体更加的安全，并且可以根据检测的结果把坝体进行加固，从而延长坝体的寿命。
图1为本发明提供的防洪坝系的安全性的检测过程；图2为本发明提供的该防洪坝系的安全性检测的详细过程；图3为本发明提供的速度传感器在坝体上的设置位置示意图。
具体实施例方式本发明为了保证防洪坝系的安全性，延长防洪坝系的寿命，提供了ー种防洪坝系的安全性检测方法。下面结合说明书附图，对本发明进行详细说明。在本发明中为了保证防洪坝系的安全性，延长坝系的寿命，在对防洪坝系中的每个坝体进行检测时，结合每个坝体的渗流压力、位移以及受到爆破振动影响的承载力，对每个坝体进行安全性检测。图1为本发明提供的防洪坝系的安全性检测过程，该过程包括以下步骤
SlOl 对防洪坝系中的每个坝体的渗流压力以及坝体的位移进行监測。由于在本发明中防洪坝系受到了爆破的影响，因此在对防洪坝系中的坝体安全性进行检测时，为了提高检测的效率，需要在防洪坝系中选择进行检测的坝体，对选择的坝体进行安全性的检测。S102:根据坝体上设置的监测设备监测到的相应位置的振动速度，确定坝体的主
振动频率。其中，确定坝体的主振动频率包括根据每个监测设备监测到的坝体在爆破振动下的振动速度，确定坝体的最大振动速度；根据确定的坝体的最大振动速度，确定坝体的主振动频率。在本发明在根据坝体上设置的传感器监测到相应位置的振动速度之前，还包括 在防洪坝系中选择进行监测的坝体，在选择的坝体上选择监测设备设置位置，在选择的位置上设置监测设备。S103:根据监测到的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率，确定坝体的应力分布并对所述坝体的安全性进行检測。本发明中在选择进行安全性检测的坝体吋，可以将所有的坝体作为安全性检测的坝体，但是为了节省检测成本，提高检测的效率，在本发明中选择部分坝体作为进行检测的坝体。具体的，在本发明中选择进行安全性检测的坝体吋，可以基于以下至少ー种方法进行选择包括选择具有代表性的坝体作为进行监测的坝体，和选择对爆破要求比较高的坝体作为进行监测的坝体。其中，当坝体的结构特性基本相似吋，具有代表性的坝体为距离爆破区域在第一设定距离范围内的坝体，而对爆破要求比较高的坝体包括，距离爆破区域在第二设定距离范围内，并且有水的坝体，其中第二设定距离大于第一设定距离。具体的例如，在选择进行监测的坝体吋，将距离爆破区域比较近的第一设定距离范围内的坝体，作为进行监测的坝体，并且当距离爆破区域第二设定距离范围内的坝体有水吋，则可以将距离爆破区域第二设定距离范围内、有水的坝体也作为进行监测的坝体。当选择了进行安全性检测的坝体后，对该坝体的渗流压力以及位移进行监測。并且一般在对坝体的安全性进行检测时，在坝体中的水位较高时，才开始进行监测。而坝体中的水位通过设置在坝体中的水位标尺来确定。当确定坝体中的水位值超过水位标尺上的设定值吋，认为坝体中的水位较高，对该坝体的渗流压力以及位移进行监測。具体的，在对坝体的渗流压力进行监测时，可以在坝体的侧面上设置设备，例如 速度传感器，通过设置的速度传感器监测坝体因为水渗流产生的渗流压力。而对于获取坝体的位移吋，则可以通过设置在坝体上的全球定位系统(GlcAal Positioning System, GPS)确定。图2为本发明提供的该防洪坝系的安全性检测的详细过程，该过程包括以下步骤S201 选择距离爆破区域在第一设定距离范围内的坝体，作为进行安全性检测的坝体，并选择距离爆破区域在第二设定距离范围内，并且有水的坝体作为进行安全性检测坝体，其中，所述第二设定距离大于第一设定距离。
S202:在进行监控的坝体上选择进行监测设备设置的位置，在选择的位置上设置监测设备，并设置相应的渗流压カ监测设备及GPS。上述两个过程在进行坝体安全性的检测吋，只需要一次设置即可，当在进行检测的坝体上设置了监测设备后，每次进行监测时接收设置的监测设备监测到的结果即可。如果需要对其他坝体或者坝体的其他位置进行安全性检测，则可以重复上述两个步骤，在相应的坝体上设置监测设备。S203 对防洪坝系中的每个坝体的渗流压力以及坝体的位移进行监測。S204:根据坝体上设置的监测设备监测到的相应位置的振动速度，确定坝体的最大振动速度。其中，确定坝体的最大振动速度包括针对每个时间点获取的坝体在该时间点上的振动速度，查找每个时间点下获取的振动速度的最大值；将获取的每个振动速度的最大值，进行傅里叶变换，得到不同频域下坝体对应的每个最大振动速度。S205 根据确定的坝体的最大振动速度，确定坝体的主振动频率。S206:根据监测到的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率，确定坝体的应力分布并对所述坝体的安全性进行检測。为了有效的监测坝体在爆破作用下的速度特征，需要对坝体进行全面的检测。并且为了实现对坝体的全面监测，可以在坝体的每个位置都设置传感器，但为了节省监测的成本，并提高监测的效率，在本发明中可以在坝体上选择具有代表性的位置设置传感器。具体的在本发明中坝体上具有代表性的位置包括坝体的顶端位置、坝体的坝底位置，另外，还可以选择坝体的中间位置，这几个位置可以较全面的反应坝体在爆破振动作用下的速度特征。该传感器可以为速度传感器，该速度传感器可以采用三分量检波器，其中该三分量检波器可以将三个方向的地震信号，同时接收并转换为电信号，其具有水平调节指标和方位指调节指标。图3为本发明提供的该速度传感器在坝体上的设置位置示意图，根据图3所示，在该坝体顶端的中心线上设置了三个速度传感器，其中两个速度传感器分别位于坝体顶端中心线的两端1和3，第三个速度传感器位于坝体顶端中心线的中间位置2，另外在垂直于坝体中心线，并经过坝体顶端中心线中点的连线与坝底的交点位置4和5上分別设置速度传感器，对坝体在爆破振动作用下的速度特征进行监测。具体在本发明中将传感器设置在坝体的上述位置，是为了较准确的获取坝体在爆破振动下的速度特征。这是因为上述传感器的设置位置4和5，可以使设置的传感器分别监测来波方向和去波方向坝体基底在爆破作用下的速度特征，从而可以获取到爆破振动在到达坝体后的地震波，以及通过坝体衰减后的地震波。当设置在坝体上的每个速度传感器监测到坝体在爆破作用下的速度特征后，具体的为监测到坝体的振动速度后，将监测到的振动速度发送给振动信号记录仪，振动信号记录仪将接收到速度传感器发送的振动速度后，针对每个速度传感器在自身的存储器中记录该速度传感器发送的振动速度，方便后续对振动速度的调用和分析。由于在进行监测的坝体上设置监测设备吋，根据爆破的方式、针对每个坝体可知每个监测设备位于爆破过程中的来波方向，还是去波方向。因此当每个监测设备-速度传感器在每个时间点上监测到振动速度，并将振动速度发送到振动信号记录仪记录并保存后，可以根据振动信号记录仪中针对每个速度传感器记录的振动速度，获取位于坝体来波方向上的速度传感器监测到的振动速度，以及位于坝体去波方向上的速度传感器监测到的振动速度。通过在不同时间点上每个速度传感器监测到的振动速度，可以确定坝体来波方向上爆破振动的地震波，以及去波方向上爆破振动在经过坝体衰减后的地震波，从而确定坝体在爆破振动下的响应特征，即确定坝体在爆破振动下的主振动频率。在爆破的过程中，毎次爆破的主频一般都是不一样的，为了得到坝体在不同的主频爆破下的最大振动速度，即得到坝体的速度反应谱，需要进行多次爆破，因此需要对不同时间点坝体的振动速度进行监測。具体的在确定坝体在爆破振动下的主振动频率吋，针对每个时间点每个速度传感器监测到的坝体在该时间点上的振动速度，查找每个时间点下该坝体振动速度的最大值。 将获取的每个时间点该坝体振动速度的最大值，进行傅里叶变换，将该时域信号转换为频域信号，从而得到不同频域下坝体对应的每个最大振动速度。根据得到的不同频域下坝体对应的每个最大振动速度，可以确定坝体的主振动频率，坝体在该主振动频率下其振动最为剧烈，最容易被破坏。而且即使爆破产生的地震波在该频段内的振动幅度(即振动速度的最大值)很�。嵌杂诎犹逡材芤鸾衔ち业南煊�(共振)。因此在进行爆破吋，需要尽量避免坝体附近的地震波的主频与该坝体的主振动频率接近。在本发明中当获取了坝体的渗流压力，坝体的位移以及坝体的主振动频率后，即可根据获取的坝体的渗流压力，坝体的位移以及坝体的主振动频率，确定坝体的应カ分布， 井根据确定的坝体的应カ分布对坝体的安全性进行检測。其中，在本发明中根据获取的坝体的渗流压力，坝体的位移以及坝体的主振动频率，确定坝体的应カ分布，包括针对每个检测坝体，根据其坝体模型采用有限元分析方法，将坝体的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率作为坝体模型的输入參数，则坝体模型的输出即为坝体的应カ分布和位移分布。具体地过程一般包括如下步骤1)首先用空隙水压カ计等设备测出土中水的压カ情況，即得出坝体的渗流压力。2)然后用全站仪通过监测测出坝体的位移，通过爆破振动速度的监测分析得到坝体的主振频率。3)再建立有限元模型，通过已经测得的数据对有限元模型进行校对，调校的參数包括土的本构模型，坝体的边界刚度等。通过有限元计算后得到的计算结果与实际监测结果基本一致的情况下，再分析坝体内部应カ等从而得出坝体的应カ分布和位移分布。也就是说，坝体的模型主要指有限元模型，是目前通用的方法。具体是根据坝体几何建立几何模型，指定材料及边界条件，施加荷载，指定算法，进行计算。这里，有限元分析方法是ー种通用的数学方法，简单的说就是使用有限元方法分析静态或动态的物理体或物理系统，在这种方法中ー个物体或系统被分解为由多个相互联结的、简单、独立的点組成的几何模型。这种方法中这些独立的点的数量是有限的，因此被称为有限元。由实际物理模型中推导出来的平衡方程式使用到每个点上，因此产生ー个方程組。这个方程组可以用线性代数的方法来求解。当确定了坝体的应カ分布后，即可实现对坝体的安全性的检测。根据坝体的应カ 分布結果，将坝体上应カ较大的位置作为坝体的薄弱环节，对坝体的该位置进行加固，从而可以延长坝体的寿命。本发明提供了一种防洪坝系的安全性检测方法，该方法对防洪坝系中坝体的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率进行监控，并根据获取的坝体的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率，确定坝体的应カ分布，根据确定的坝体应力分布对坝体的安全性进行检測。由于在本发明中可以确定坝体的主振动频率，井根据坝体的主振动频率对坝体的安全性进行监測，从而提高了坝体安全性检测的全面性，使坝体更加的安全，并且可以根据检测的结果把坝体进行加固，从而延长坝体的寿命。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种防洪坝系的安全性检测方法，其特征在干，所述方法包括 对防洪坝系中的每个坝体的渗流压力以及坝体的位移进行监测；并根据坝体上设置的监测设备监测到的相应位置的振动速度，确定坝体的主振动频率； 根据监测到的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率，确定坝体的应カ分布并对所述坝体的安全性进行检測。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对防洪坝系中的每个坝体的渗流压カ以及坝体的位移进行监测之前，还包括在防洪坝系中选择进行监测的坝体，针对选择的坝体设置监测设备。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在干，基于以下至少ー种方法，在防洪坝系中选择进行监测的坝体选择距离爆破区域在第一设定距离范围内的坝体，作为进行安全性检测的坝体；和选择距离爆破区域在第二设定距离范围内，并且有水的坝体作为进行安全性检测坝体，其中所述第二设定距离大于第一设定距离。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在干，所述针对选择的坝体设置监测设备包括 针对选择的坝体，在坝体上设置多个传感器，并设置接收每个传感器发送的信号的振动记录仪，其中至少ー个传感器设置在该坝体在爆破振动的来波方向的位置上，并且至少一个传感器设置在该坝体在爆破振动的去波方向的位置上。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在干，所述确定坝体的主振动频率包括根据每个监测设备监测到的坝体在爆破振动下的振动速度，确定坝体的最大振动速度；根据确定的坝体的最大振动速度，确定坝体的主振动频率。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在干，所述确定坝体的最大振动速度包括 针对每个时间点、每个传感器获取的坝体在该时间点上的振动速度，查找每个时间点下获取的振动速度的最大值；将获取的每个振动速度的最大值，进行傅里叶变换，得到不同频域下坝体对应的每个最大振动速度。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在干，所述根据监测到的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率，确定坝体的应カ分布，包括针对每个检测坝体，根据其坝体模型采用有限元分析方法，将坝体的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率作为坝体模型的输入參数，根据坝体模型的输出确定该坝体的应カ分布。
全文摘要
本发明提供了一种防洪坝系安全性的检测方法，用以解决现有防洪坝系安全性差，寿命短的问题，该方法对防洪坝系中坝体的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率进行监控，并根据获取的坝体的渗流压力、坝体的位移以及坝体的主振动频率，确定坝体的应力分布，根据确定的坝体应力分布对坝体的安全性进行检测。由于在本发明中可以确定坝体的主振动频率，并根据坝体的主振动频率对坝体的安全性进行监测，从而提高了坝体安全性检测的全面性，使坝体更加的安全，并且可以根据检测的结果把坝体进行加固，从而延长坝体的寿命。
文档编号G01H1/00GK102562163SQ20111043494
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者刘殿书, 张新志, 李全生, 李胜林, 郭昭华, 顾大钊 申请人:中国神华能源股份有限公司, 神华准格尔能源有限责任公司
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