[发明专利]一种基于主频带重心频率的重力坝抗滑稳定性监测评价方法

权利要求书

1.一种基于主频带重心频率的重力坝抗滑稳定性监测评价方法，其特征在于：包括步骤如下：

Ｓ1：根据重力坝各坝段的实际受力情况，确定各坝段的物理力学参数；

Ｓ2：根据Ｓ1中确定的物理力学参数，结合坝体的分缝分块情况，选取监测点，布设拾振传感器；

Ｓ3：监测坝段的振动过程，计算主频带重心频率；

Ｓ4：通过主频带重心频率的定期监测结果计算损伤折减面积，建立基于主频带重心频率的重力坝抗滑稳定安全监测评价模型，进而计算坝体抗滑稳定安全系数；

所述S4具体为：

Ｓ41：计算损伤折减面积：

将重力坝体与坝基假定为由刚体、弹簧与阻尼组成的一维动力学系统，将主频带重心频率作为坝体固有频率的表征，则坝基面存在一定损伤情况时主频带重心频率可表示为：

其中：坝基剪切面厚度假定为1，m——坝段质量，kg；

f_wn——坝基面存在一定损伤情况时的主频带重心频率，Hz；

G_f——坝基面纯摩状态下的剪切模量，Pa；

G_c——坝基面剪摩状态下的剪切模量，Pa；

A_c——未损伤区面积，m²；

A_f——损伤折减区面积，m²；

当坝基面完整与纯摩状态时，得到坝体主频带重心频率为：

其中：f_wc——坝基面完整时坝体主频带重心频率，Hz；f_wf——坝基面贯通纯摩时坝体主频带重心频率，Hz；A——坝基接触面截面积，m²；

则由式(2)-(4)得到坝基面损伤折减面积的理论解为：

假定坝体初始运行状态的主频带重心频率为坝基面完整时的主频带重心频率，则坝基面损伤折减面积的监测计算方程为：

其中：A_f——损伤折减区面积，m²；i——i＝1，2...I，I为坝段监测点个数；f_wci——第i个测点的初始主频带重心频率，Hz；f_wni——第i个测点在重力坝定期监测过程中主频带重心频率，Hz；

S42：结合刚体极限平衡理论得到重力坝基面抗滑稳定安全监测评价模型为：

其中：K₁——沿水平基面的抗滑稳定安全系数；K₂——沿斜基面的抗滑稳定安全系数；∑W——坝体重量，kN；∑W′—不包括扬压力的坝体重量，kN；U——坝底扬压力，kN；∑P——作用于坝体上全部荷载对滑动面的切向分值，kN；A——坝基接触面截面积，m²；f——坝体与坝基接触面的抗剪断内摩擦系数；c——坝体与坝基接触面的抗剪断粘聚力，kPa；α——坝基面倾角；

S43：以一周作为一个监测区间，通过式(1)与(6)计算坝段定期监测评价得到的损伤折减区面积，针对不同坝基面倾角，将损伤折减区面积代入式(7)或式(8)，得到各坝段安全系数的定期监测评价结果。

2.根据权利要求1所述的基于主频带重心频率的重力坝抗滑稳定性监测评价方法，其特征在于：所述Ｓ1中的物理力学参数包括坝段静水压力、扬压力、底面面积、自重、摩擦系数、粘聚力、剪摩与纯摩剪切模量。

3.根据权利要求1所述的基于主频带重心频率的重力坝抗滑稳定性监测评价方法，其特征在于：所述Ｓ2中具体为：拾振传感器布设在坝体表面，拾振传感器轴线与坝底面倾角平行；各坝段布设一列传感器，位置为坝面纵向中线；根据各坝段分缝分块情况，布设多行拾振传感器，位置取坝表面纵缝、水平缝、斜缝或错缝间的中位线，两拾振传感器间隔不超过20m。

4.根据权利要求1所述的基于主频带重心频率的重力坝抗滑稳定性监测评价方法，其特征在于：所述Ｓ3具体为：

Ｓ31：同时启动布设的所有拾振传感器，采用256Hz采样频率连续获取30min振动数据，采样时间在零点至凌晨三点期间内进行，避免人工与机械噪声的影响，以1次/天的采样频率连续监测一周，每个拾振传感器共得到7组数据集；

S32：利用振动的功率谱曲线，取功率谱峰值的并过此值作水平线，找到水平线与功率谱曲线外包络线的两个交点，对应的谱线称为半功率谱线，半功率谱线中较大频率一侧称为高频半功率谱线，较小频率一侧称为低频半功率谱线；

S33：计算各监测点的主频带重心频率，具体计算公式如下：

其中：f_w——主频带重心频率；d——监测天数，d＝1，2，3，…，7；s(k)——振动频谱；k——k＝1，2，3，…K，K为谱线数；f_k——第k条谱线的频率值；q——低频半功率谱线与高频半功率谱线间包含的谱线数；p——低频半功率谱线对应的谱线序数。