坝体-库水耦合动力模型试验中水压力传感器的安装方法

技术领域

本发明涉及坝体-库水耦合动力模型试验中水压力传感器的安装方法，属于水工结构工程与模型试验研究领域。

背景技术

地震作用下上游库水及坝体相互的动力作用对坝体自身的动力响应有着重要的影响。在振动台上进行坝体-库水耦合地震动力模型试验时，一般采用在模型坝体上游侧放置一个盛满水的矩形水箱模拟库水对坝体的动力作用，其难点之一是：坝体的模型材料及坝体模型本身与水箱的接触面很难保证不漏水，并且如何测得模型坝体上游面的动水压力值也是亟待解决的问题；

且在振动台进行坝体-库水耦合地震动力模型试验时，需要采用水压力传感器测得上游面的动水压力。试验时，需要将水压力传感器镶嵌在模型坝体上游表面使之与上游库水充分接触才能测得振动时坝体上游面的动水压力值。这其中存在的问题是，在进行坝体-库水耦合地震动力模型试验时为满足试验模型与原型坝体的相似比尺要求，一般采用的坝体模型材料的弹性模量及强度均较低，而仅含有少量胶凝材料的模型材料存在防水性较差弊端，不能像原型坝体那样独立用于阻挡上游库水。这种情况下要保证低强度模型坝体既能够挡水，又能够顺利地安装水压力传感器测得坝体上游面动水压力值是很难做到的。

发明内容

本发明提供了坝体-库水耦合动力模型试验中水压力传感器的安装方法，本试验的方法能够解决了试验过程中模型材料及坝体模型与水箱接触面的漏水及测得坝体上游面动水压力值的问题。

本发明坝体-库水耦合动力模型试验中水压力传感器的安装方法是这样实现的：所述安装方法的具体步骤如下：

Step1、当现浇的试验坝体模型1初凝拆模后，组装水库-坝体耦合作用模拟系统；将水库的模拟装置，采用水箱2，吊装至坝体模型1上游侧；把水箱2靠坝体模型1一侧的侧壁取消然后以坝体模型1上游侧代替水箱2一侧侧壁来挡水，使水箱2内隔水塑料袋与坝体模型1上游面紧密接触，以保证水箱2内水体能够模拟出原型坝体上游库水的作用，如图1所示；

Step2、当步骤Step1的水库-坝体耦合作用模拟系统组装完成后，对坝体模型1上游迎水面的隔水塑料薄膜3穿孔，使布置于坝体模型1上游表面水压力传感器4的测压膜片与水箱2中的水体充分接触，以测得不同试验工况下坝体模型1不同部位的压力值，如图2和图3所示。

所述步骤Step1中，坝体模型1与上游水库即水箱2采用软件连接方式模拟，使得地震动力试验时能够使坝体-库水系统耦合起来，模拟出地震时上游库水对坝体的相互作用，如图1所示。

所述步骤Step2中，为使预埋在模型坝体上游表面的水压力传感器4的传感器测头6能够准确测得数据，则对附在坝体上游表面的隔水塑料薄膜3穿孔即小洞5并用螺丝8固定，加橡皮垫7以防漏水，如图2和图3所示。

本发明的工作原理是：采用在内部放置薄塑料袋的水箱2作为模拟装置来模拟坝体上游水库，解决了试验时模型材料及模型坝体与水箱连接处漏水的问题，用坝体模型1上游面取代水箱2一端侧壁挡水，模拟上游库水对坝体的作用；在测量动水压力时，隔水塑料薄膜3在相应测点位置穿一个小洞5，使传感器测头6由小洞5穿出，垫上橡皮垫7，用螺丝8拧紧，保证水压力传感器4测点边缘不漏水，又能测得数据。

本发明可将模型坝体上游侧放置一个长度为3.5倍模型坝高的矩形钢架木箱，水箱内放置一个与其内部尺寸相一致的特制薄塑料袋，以保证水箱内充满水时不漏水；将模型坝体和模拟水库装置的水箱组装完毕之后，对模型坝体上游迎水面的塑料薄膜穿孔，将水压力传感器的测试头穿过塑料薄膜并以防水橡胶垫和螺丝旋紧固定，既保证水压力传感器被固定于坝体上游面相应部位，又使其测压膜片与水箱中的水体充分接触，以测得不同试验工况下模型坝体上游面不同部位的压力值。

本发明的有益效果是：本发明施工工艺简单，无需在模型坝体与水箱连接处采用专门防漏水装置。采用内附薄塑料袋的木箱模拟坝体上游的水库，解决了模型材料及模型坝体与水箱连接处漏水的问题，以及测得模型坝体上游面的动水压力值的难题。

附图说明

图1为本发明中动力试验坝体-水库耦合系统模型；

图2为本发明中水压力传感器安装完成效果图；

图3为本发明中水压力传感器安装分解结构示意图；

图4为本发明中试验实例测得模型坝体上游面最大动水压力分布。

图1-3中标号：1-坝体模型，2-水箱，3-隔水塑料薄膜，4-水压力传感器，5-小洞，6-传感器测头，7-橡皮垫，8-螺丝。

具体实施方式

实施例1：如图1-3所示，坝体-库水耦合动力模型试验中水压力传感器的安装方法，Step1、当现浇的试验坝体模型1初凝拆模后，组装水库-坝体耦合作用模拟系统；将水库的模拟装置，采用水箱2，吊装至坝体模型1上游侧；把水箱2靠坝体模型1一侧的侧壁取消然后以坝体模型1上游侧代替水箱2一侧侧壁来挡水，使水箱2内隔水塑料袋与坝体模型1上游面紧密接触，以保证水箱2内水体能够模拟出原型坝体上游库水的作用；

Step2、当步骤Step1的水库-坝体耦合作用模拟系统组装完成后，对坝体模型1上游迎水面的隔水塑料薄膜3穿孔，使布置于坝体模型1上游表面水压力传感器4的测压膜片与水箱2中的水体充分接触，以测得不同试验工况下坝体模型1不同部位的压力值。

所述步骤Step1中，坝体模型1与上游水库即水箱2采用软件连接方式模拟，使得地震动力试验时能够使坝体-库水系统耦合起来，模拟出地震时上游库水对坝体的相互作用。

所述步骤Step2中，为使预埋在模型坝体上游表面的水压力传感器4的传感器测头6能够准确测得数据，则对附在坝体上游表面的隔水塑料薄膜3穿孔即小洞5并用螺丝8固定，加橡皮垫7以防漏水。

实施例2：如图1-3所示，坝体-库水耦合动力模型试验中水压力传感器的安装方法，Step1、当现浇的试验坝体模型1初凝拆模后，组装水库-坝体耦合作用模拟系统；将水库的模拟装置，采用水箱2，吊装至坝体模型1上游侧；把水箱2靠坝体模型1一侧的侧壁取消然后以坝体模型1上游侧代替水箱2一侧侧壁来挡水，使水箱2内隔水塑料袋与坝体模型1上游面紧密接触，以保证水箱2内水体能够模拟出原型坝体上游库水的作用；

Step2、当步骤Step1的水库-坝体耦合作用模拟系统组装完成后，对坝体模型1上游迎水面的隔水塑料薄膜3穿孔，使布置于坝体模型1上游表面水压力传感器4的测压膜片与水箱2中的水体充分接触，以测得不同试验工况下坝体模型1不同部位的压力值。

所述步骤Step1中，坝体模型1与上游水库即水箱2采用软件连接方式模拟，使得地震动力试验时能够使坝体-库水系统耦合起来，模拟出地震时上游库水对坝体的相互作用。

所述步骤Step2中，为使预埋在模型坝体上游表面的水压力传感器4的传感器测头6能够准确测得数据，则对附在坝体上游表面的隔水塑料薄膜3穿孔即小洞5并用螺丝8固定，加橡皮垫7以防漏水。

具体的，水箱2由角钢和槽钢做的骨架，镶上木板侧壁，特制薄塑料袋附在木板内壁上防止漏水，具体尺寸为7000mm（长）×800mm（宽）×2200mm（高）。

本实例为某最大坝高为203m的碾压混凝土重力坝，根据承载能力10t，尺寸为3×3m的三向振动台的特性，确定本实例试验原型与模型的几何相似比尺为1：100；

本实例测得模型坝体上游面沿坝高的动水压力分布，如图4。可以看出，地震过程中弹性坝体上游面动水压力最大值出现在约1/3坝高位置，这与我国现行水工抗震规范所使用的附加质量法计算结果是相同的。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。