专利名称:基于爆破源的大坝无损检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土大坝的无损检测以及动态实时安全监控系统，特别是一种基于爆破源的大坝无损检测系统。
背景技术：
《大坝安全》2003年第2期中《混凝土大坝声波层析检测系统》一文公开了一种检测混凝土大坝内部缺陷的方法，其方法是采用聚能声波激震，利用弹性声波在混凝土内部传播参数的变化来分析混凝土内部缺陷位置与范围。其缺点一是声波激励能量小，检测深度范围有限；二是由于大坝体积大、边界条件复杂，单靠表面布置仪器，采集的数据少，较难分析；三是无永久监测点，无法实现实时动态监控。现有的大坝也有将差动电阻式传感器和振弦式传感器埋设在内，靠其发射出来的信号对大坝进行静态观测，但对大坝瞬间动态变化检测不到。
发明内容本发明的目的就是要提供一种基于爆破源的大坝无损检测系统，它能克服现有技术中的不足，通过已知当量的爆破，运用动态力学模型预测大坝的预期工作能力以及在不同工况下的安全度，实现对大坝进行全面的监测。
本发明的目的是这样实现的一种基于爆破源的大坝无损检测系统，由爆破源、接收系统、数据记录系统和数据分析处理系统组成，接收系统是由铺设在大坝内的差动电阻式传感器组、振弦式传感器组和铺设在大坝表面的拾震器组构成，爆破源的几何位置选取在大坝的几何中心点或几何中心线上。
本发明采用在大坝的几何中心点或几何中心线上某一个点上安置爆破源，爆破源产生恰当的地震冲击波，靠冲击波在坝体内产生弹性波并沿一定方向传播，弹性波在遇到内部缺陷处时会产生反射与折射，同时发生波速、波幅、传播时间、频率等声学参数的变化及波形的畸变，通过埋设在大坝内的差动电阻式传感器组、振弦式传感器组和设置在大坝表面的拾震器组来接收弹性波的声学参数，用计算机对这些声学参数及波形变化进行分析研究，来确定大坝体内是否存在缺陷及缺陷范围。
本发明具有以下特点一、以爆破源作为大坝振动激励信号。
人们期望爆破源的当量是恰当的，既要能给大坝产生足够的波动能量，保证接收系统能接收到有效信号，同时又不会对大坝及其附属结构产生有害影响。本发明根据大坝的不同形状和结构特点，在距离大坝的适当位置设定一个爆炸中心，合理控制爆炸强度和用药当量，精心设计爆破方式和起爆程序，对大坝产生一个恰当的振动激励，在不影响大坝内部结构的前提下，为检测大坝内部损伤提供一个激励信号。
爆破源可采用微差延时爆破，以获得系统的、连续的激励信号，必要时可采用干涉型双源爆破，提高检测分析精度。
本发明的爆破源的几何位置主要考虑选取在大坝的几何中心点或几何中心线上的某一个点上，如图2、图3所示。
二、接收系统由动态信号拾震器组、差动电阻式传感器组和振弦式传感器组构成。
已建大坝除了可在大坝表面的适当位置拾震器外，还可利用埋设在坝体内的差动电阻式传感器和振弦式传感器来接收爆破振动信号。这一点在技术上是可行的首先是水工建筑物的自振频率很低，混凝土坝一般在10Hz以内，其它材料坝型应更低一些，目前国内已研制出应用于水工建筑物的低频高灵敏度传感器；其次，差动电阻式仪器经过试验分析，其频响范围可达100Hz，可采用定制的动态应变仪采集数据，振弦仪器的动态性能虽稍差一些，但通过改进的仪器频响范围可达10Hz以上，可以满足测试要求。
由于大坝结构、材料以及边界条件的复杂性，接收到的波形将是十分复杂的，如何正确区分并提取有用信息是至关重要的。本发明采用优化爆破源设计和优化传感器布置，比如采用测线代替测点，在沿波传播路径按一定间隔布置多个测点等等，对复杂的问题加以简化，使接收的波形特征更便于分辩。
本发明的数据记录系统主要是将接收系统传感器接收到的模拟信号进行放大处理并转换为数字信号，进行传输与储存，靠动态智能采集模块和声学参数采集模块来完成操作。
本发明的数据分析处理系统负责对采集的波形进行过滤抽提，计算分析弹性波在传播过程的声学参数变化，反馈大坝振动特性参数、对测试断面进行声波CT成像等，靠计算机来完成操作。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的爆破源位置选定原则示意图。
图3是本发明的另一种爆破源位置选定原则示意图。
其中图1兼作摘要附图。
图中1、爆破源，2、差动电阻式传感器组，3、振弦式传感器组，4、拾震器组，5、动态智能采集模块，6、声学参数采集模块，7、数据分析处理系统，8、坝体。
具体实施方式在大坝上建立和使用基于爆破源的大坝隐患检测系统，可依照如下三个步骤来实施第一步通过按大坝特点设计的爆破源给大坝以合适的激励信号，通过安装在大坝表面的拾振传感器检测接收到的弹性波传播的各种声学参数，进行全断面弹性波CT成像，达到全面控制缺陷的目的。
第二步通过安装在大坝内的差动电阻式传感器和振弦式传感器接收爆破源传来的弹性波，并接合拾振传感器检测接收到的各种声学参数通过计算机处理对大坝进行动态的监测，做到实时监控。
第三步就是在动态监测的基础上，建立大坝动态力学分析模型，然后通过已知能量的爆破源激励，通过安装的动态接收系统检测大坝的动态力学变化及声学参数变化，将检测参数代入动态力学模型分析以预测大坝预期的抵抗能力。
爆破源设计方法与步骤用于激励的爆破源设计首先应满足两个条件1、爆破产生的振动对大坝的影响是可以接受的，在设计安全允许范围内；2、爆破的能量要足够大，使得布置在大坝上的传感器能产生可以分辨的反应。在这个前提下来进行爆破源设计，其步骤如下1、由于每个工程的地质条件、工程结构不同，首先要在坝区相同地质条件区域进行爆破试验，确定爆破振动安全控制公式与水击波安全控制公式，典型的控制公式如下爆破振动安全控制公式v＝101.3(Q1/3/R)1.97，式中v为质点振动速度，Q为最大单段起爆药量，R为爆源至测点的距离；水击波安全控制公式P＝11.47(Q1/3/R)0.95，式中P为水击波压力，G为最大单段起爆药量，R为爆源至测点的距离。
2、收集被测大坝的设计允许值。
3、根据安全控制公式与设计允许值选定最大单段起爆药量Q与爆源距离R，选定时要考虑2-3倍的安全余量。
4、一般情况下爆破源就这样确定了，如果工程结构较复杂，规模较大，为了使仪器便于采集，数据便于分析，应考虑采用干涉型双源或多源设计，即按上述爆破源参数在爆源位置复制几个相同爆源，按一定时间间隔延迟起爆，使大坝获得一个有一定相位差的振动信号。
在三峡工程二期土石围堰防渗墙爆破拆除施工中，葛洲坝集团对爆破影响进行了系统监测，参数如下1、爆破源距大坝450米，采用乳化炸药，最大单段起爆药量为两个最大单孔药量之和，即60kg；2、允许质点振动速度为5cm/s，允许水击波为1.0kg/cm2，实测质点振动速度为0.02cm/s，实测水击波为0.3kg/cm2。
权利要求
1.一种基于爆破源的大坝无损检测系统，由爆破源、接收系统、数据记录系统和数据分析处理系统组成，其特征在于接收系统是由铺设在大坝内的差动电阻式传感器组、振弦式传感器组和铺设在大坝表面的拾震器组构成，爆破源的几何位置选取在大坝的几何中心点或几何中心线上。
专利摘要
本发明公开了一种基于爆破源的大坝无损检测系统，由爆破源、接收系统、数据记录系统和数据分析处理系统组成，接收系统是由铺设在大坝内的差动电阻式传感器组、振弦式传感器组和铺设在大坝表面的拾震器组构成，爆破源的几何位置选取在大坝的几何中心点或几何中心线上。本发明由于采用设计已知当量的爆破，通过表面和坝体内部安装埋设的传感器来接收弹性波的声学参数，经计算机对这些声学参数及波形变化进行分析，对坝体缺陷及缺陷范围进行确定，实现对大坝进行全面的动态监测。
文档编号G01V1/02GK1991357SQ200510137116
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月29日
发明者周厚贵, 谭恺炎, 陈继尧 申请人:中国葛洲坝水利水电工程集团有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan