[發明專利]一種測量冰層拉壓力的裝置及其安裝方法

有效

• 申請號: 201910281014.8
• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN109990938B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 杜雷功;席燕林;張秀崧;朱濤;李梅;白俊嶺;武帥;郭巍巍;宋健;胡劍超;田野
• 申請（專利權）人: 中水北方勘測設計研究有限責任公司
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 焦磊

本發明公開一種測量冰層拉壓力的裝置及其安裝方法，裝置包括固定設于大壩上的底座，所述底座與拉壓力傳感器一側連接，拉壓力傳感器另一側與受力盤連接，所述拉壓力傳感器外表面設有保護套管；另外本發明還公開裝置的安裝方法；本發明結合拉壓力傳感器進行結構設計，制作出一套可以實時測量冰層拉壓力的裝置，通過合理的布置和輔助設備，可對寒冷地區水利工程冬季受到的冰層拉壓力進行測量，為準確研究冰的力學特性和變化情況，和對寒冷地區的農業生產、水利建設等具有積極的指導意義。

技術領域

本發明涉及水利工程混凝土施工技術領域，具體地指一種測量冰層拉壓力的裝置及其安裝方法。

背景技術

冰凍現象是低溫條件下一種常見的自然現場，在我國西北地區的冬季冰凍現象更加普遍。在這些地區陸續建設了相當數量的水利工程（包括大壩、引水渠道、堤壩等），當冬季寒潮來臨氣溫降低時，這些水工建筑物就會受到冰凍現象帶來的危害。我國寒冷地區的水利工程冬季水庫結冰后隨著溫度的波動會發生體積膨脹，產生的靜冰壓力對壩體及附屬結構破壞十分嚴重；庫區冰蓋在產生靜冰壓力的同時，隨著庫區水位的升降可能會產生崩塌現象，緊貼壩體結構的冰層又會產生拉壓破壞；而到了春季冰融化之后冰層破碎在庫區來回漂流又會形成凍冰，不斷撞擊壩體產生另一種形式的破壞，這些外力作用輕則損傷壩體表層和其附屬結構，重則造成結構破壞影響大壩安全。

由于環境變化的復雜性和冰的自身特性，冰層與約束條件的相互作用受到諸多條件如地域特性、邊界條件的形狀、溫度、風速等的影響，且靜冰壓力的研究涉及熱力學、動力學、材料力學等各個學科，因此對靜冰壓力的規律一直沒有普便適用的方法。準確研究冰的力學特性和檢測靜冰壓力的變化情況，對寒冷地區的農業生產、水利建設等具有積極的指導意義。

為了準確研究冰的拉壓力，就首先要尋求一種準確測量冰層拉壓力的方法和裝置，實現對寒冷地區水利工程在冬季受冰層拉壓力的實時檢測。國外專家很早就進行了理論分析和實驗測量，得到的成果包括靜冰壓力估算公式、相關規范和估計河流結冰厚度模型等。國內學者對冰層拉壓力的測量研究開始的相對較晚，通過對國外專家開展冰拉壓力研究理論和實驗技術的借鑒，綜合考慮了國內實際環境，從20世紀80 年代至今三十多年以來進行了大量研究工作，許多研究者也取得了各種成果，這些成果對水利設施的設計和建造具有極大的指導意義。

為了研究寒冷地區水利工程在冬季受冰層的影響程度，需要對冰層拉壓力進行準確測量。目前研究冰層拉壓力的方法主要有三種：

（1）表面直接測量法

由壓力傳感器和金屬盒支撐固體面板做成冰荷載壓力盒，安裝在冰與結構的作用面上，通過人工進行長期的觀測記錄獲取冰層內部力學強度變化的數值，該方法被認為是最合理的直接測定冰壓力的方法。

該方法的主要不足：由于現場測試環境復雜惡劣，檢測技術所限，導致數據匱乏，缺乏連續完整性，往往很難測試到冰力學強度值完整的變化過程。同時受冰本身性質影響，普通的壓力傳感器容易被冰包裹，致使測量值產生誤差，或者得到錯誤的數據。

（2）冰力模型試驗法

通過在室內建立低溫實驗室，通過對現場原型冰切割取樣、人工降溫冷凍生產、化學合成等途徑獲得實驗用模型冰，在人造低溫環境下對模型冰外施單軸方向機械力或模擬與結構物的碰撞，實現對冰力學強度的檢測。

該方法存在的缺點一是投資高，檢測方法陳舊，實時性差，二是與現場環境存在一定差別，因此所得數據較實際環境誤差較大。

（3）光纖光柵傳感器

目前主要以光纖光柵為代表，光纖光柵傳感器具有精度高、重量輕、體積小、可靠性好、布點容量大等特點，利用光纖光柵制作冰壓力傳感器，能夠實現超遠距離的信號傳輸和高速的動態在線檢測從而滿足靜冰壓力現場在線檢測的要求。