胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离计算方法

摘要

本发明公开了一种胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离计算方法，考虑了胶凝砂砾石材料与普通混凝土相比，具有弹性模量低、应变大的特点，以大变形问题对各应变分量因子进行计算，在此基础上，利用逐步分析方法将应变的各组成分量逐步从应变计实测应变中分离出来。本发明用于胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离计算，针对胶凝砂砾石坝筑坝材料的力学特性，修改了混凝土坝相关计算方法中分量因子基于小变形假设的不足，获得了适用于胶凝砂砾石坝的应变分离方法。本发明在胶凝砂砾石坝应变监测资料分析，施工及运行期坝体真实应变动态变化规律研究等方面，具有较高的应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑结构分析计算,尤其是一种胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离计算方法。

背景技术

胶凝砂砾石坝其筑坝材料力学强度较低、内部孔隙率大，其弹性模量比普通混凝土小数倍甚至1个数量级，因此，胶凝砂砾石坝相比同等规模的混凝土坝，其坝体应变显著增大，另外胶凝砂砾石材料的徐变也比普通混凝土大幅度增大。

通常混凝土坝应变计实测应变的分离方法建立在小变形这一基本假定基础之上的，在胶凝砂砾石坝应变分离时完全沿用混凝土坝相关方法是不合适的，必然会产生严重误差，不能获得真实反映胶凝砂砾石坝应变特征和规律的分析结果。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离计算方法，该方法考虑了胶凝砂砾石坝应变偏大的特点，采用这种方法可以正确地实现胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案，一种胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离计算方法，包括以下步骤：

步骤一：根据胶凝砂砾石坝坝体监测的总应变计测值和无应力应变计测值，采用总应变计测值扣除无应力应变计测值，得到需要进行分离的应力应变；

步骤二：将步骤一得到的需要进行分离的应力应变，建立增量形式的各应变分量的因子形式，各应变分量包括自重分量、水压分量、温度变化分量、徐变分量和地基压缩变形分量；

步骤三：对胶凝砂砾石坝应变进行分离,采用逐步回归方法，对胶凝砂砾石坝各应变分量进行分离，并对分离后各应变分量变化规律进行判断。

所述步骤二中，自重产生的应变分量因子表示为：

Δε_G＝a(1+bΔh)Δh(1)

式中：Δh为坝体浇筑高度的增量；a，b为系数。

所述步骤二中，水压产生的应变分量因子表示为：

式中：ΔH为上下游水位差的增量；c_i，d_i为系数。

所述步骤二中，温度变化产生的应变分量因子表示为：

式中：ΔT_i为第i支温度计的温度增量；m为温度计总支数；e_i，f_i为系数。

所述步骤二中，徐变产生的应变分量因子表示为：

式中：θ为坝体的时效龄期，自始测日起每增加1天θ增加0.01，即Δθ为0.01；g，h，i为系数。

6、根据权利要求1所述胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离计算方法，其特征在于，所述步骤二中，地基压缩变形产生的分量因子表示为：

Δε_S＝j(1-exp^-(Δτ))(5)

式中：τ为基岩的时效龄期，自始测日起每增加1天τ增加0.1，即Δτ为0.1；j为系数。

本发明的有益效果：本发明针对胶凝砂砾石坝应变偏大的特点，建立增量形式的各应变分量的因子形式，采用这种方法可以正确地实现胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离，本发明在同类工程应变场实测资料分析方面，具有较高的应用价值。

附图说明

图1为本发明实测总应变、实测无应力应变和计算得到的应力应变时程图。

图2为采用本发明的应变分离方法计算得到的各应变分量应变时程图。

图3是采用本发明应变分离方法计算得到的坝体应变拟合值和实测值对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离计算方法，具体实施步骤如下：

步骤一：扣除无应力应变，得到用于进一步分离的应变。

坝体应变监测数据包括无应力计测值和应变计测值，其中无应力计测值为无应力应变，应变计测值为总应变，将总应变中扣除无应力应变，得到后续步骤中需要进行各分量分离的应变：

ε＝ε_m-ε₀(1)

式中：ε_m为x，y，z任意方向的总应变；ε₀为x，y，z任意方向的无应力应变。

步骤二：建立各应变分量的分离因子形式。

胶凝砂砾石坝，其坝体应变组成包括自重分量、水压分量、温度变化分量、徐变分量和地基压缩变形分量。胶凝砂砾石坝相比混凝土坝对地基的要求降低，地基的压缩蠕变性质不能忽略，因此需要将基压缩变形分量也进行分离，否则将混入徐变分量中，无法得到真实的徐变应变规律。

由于胶凝砂砾石坝应变偏大，其应变与位移呈非线性关系，应变须以增量形式进行分析，因此需要建立增量形式的各应变分量的因子计算公式。

2.1自重分量因子形式

坝体在自重荷载下产生的应变，取决于坝体浇筑高度对应的自重，则增量形式的自重分量的因子表示为：

Δε_G＝a(1+bΔh)Δh(2)

式中：Δh为坝体浇筑高度的增量；a，b为系数。

2.2水压力分量因子形式

坝体在水压力荷载下产生的应变，用上下游水位差的多项式表示，增量形式的水压力分量的因子表示为：

式中：ΔH为上下游水位差的增量；c_i，d_i为系数。

2.3温度变化分量

坝体由温度变化产生的应变，用坝内各测点的温度变化值表示，增量形式的温度变化分量的因子表示为：

式中：ΔT_i为第i支温度计的温度增量；m为温度计总支数；e_i，f_i为系数。

2.4徐变分量

坝体的徐变应变，由龄期的多项式表示，增量形式的徐变分量的因子表示为：

式中：θ为坝体的时效龄期，自始测日起每增加1天θ增加0.01，即Δθ为0.01；g，h，i为系数。

2.5地基压缩变形分量

地基压缩变形，是运行期地基在坝体自重作用下发生的与龄期有关的持续性变形，与徐变分量的表达形式类似，增量形式的地基压缩变形应变分量的因子表示为：

Δε_S＝j(1-exp^-(Δτ))(6)

式中：τ为基岩的时效龄期，自始测日起每增加1天τ增加0.1，即Δτ为0.1；j为系数。

步骤三：对坝体应变进行分离。

采用逐步回归方法，对胶凝砂砾石坝坝体应变进行分离，并对分离后各应变分量变化规律进行正确性的判断。应变统计模型为：

ε＝ε_G+ε_H+ε_T+ε_C+ε_S(7)

式中：ε_G，ε_H，ε_T，ε_C，ε_S分别为应变的自重分量、水压力分量、温度变化分量、徐变分量和地基压缩变形分量，各分量根据具体表达形式在步骤二已给出详细说明。

现结合实施实例对本发明技术效果做进一步说明。

国内某胶凝砂砾石过水围堰，有施工至运行期完整的应变监测资料。选取坝内坝踵部位测点顺河向应变进行分离计算，

1.坝体应变计和无应力计监测数据从2015/3/19至2016/11/16，首先将测点位置相同的应变计测的总应变减去无应力计测的无应力应变，得到后续步骤中需要进行分量分离的应力应变。图1为实测总应变、实测无应力应变和计算得到的应力应变时程图。

2.建立各应变分量的分离因子形式，由于数据序列过长，表1取一部分应变分量因子的处理数据，对自变量处理方式进行说明：

2.1自重分量因子形式参考公式(2)，计算时以浇筑高度增量的1次方Δh和2次方Δh²作为自变量。

2.2水压力分量因子形式参考公式(3)，计算时以上下游水位差增量的1次方ΔH、2次方ΔH²、3次方ΔH³和4次方ΔH⁴作为自变量。

2.3温度变化分量因子形式参考公式(4)，计算时分别以测点的温度增量的1次方ΔT和2次方ΔT²作为自变量，本例中取同一高层四个不同部位的测点，自变量分别为ΔT₁、ΔT₁²、ΔT₂、ΔT₂²、ΔT₃、ΔT₃²、ΔT₄、ΔT₄²。

2.4徐变分量因子形式参考公式(5)，计算时分别以坝体时效龄期的不同形式Δθ、和1-exp^-(Δθ)作为自变量，时效龄期增量Δθ取为0.01。

2.5地基压缩变形分量因子形式参考公式(6)，计算时以基岩时效龄期的指数形式1-exp^-(Δτ)作为自变量，时效龄期增量取为0.1，时间时段从运行期开始。

表1以各应变分量因子形式计算的自变量(单位：με)

3.以公式(7)为模型采用逐步回归方法进行应变的分离，首先将步骤1中得到的应力应变转换为增量形式见表1，作为因变量，经回归计算得到的拟合公式为

将计算得到的应变增量还原为总量形式后，图2为采用本发明的应变分离方法计算得到的各应变分量应变时程图，各应变分量符合其各自的变化规律。自重应变表现为施工期随着坝体升高，压应变逐渐增大。水压力应变分量与上下游水位差变化一致。温度应变分量与温度变化规律呈负相关，在温降过程中拉应变持续增大并达到最大值。徐变分量表现为前期拉应变迅速增大，后期仍缓慢增大。图3是采用本发明应变分离方法计算得到的坝体应变拟合值和实测值对比图，计算拟合应变值与实测值符合度好，误差较小。表明本发明所提出的胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离方法，可以正确地实现胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离，计算结果具有较高的精度，本发明具有较高的应用价值。

本发明针对胶凝砂砾石坝应变偏大的特点，建立增量形式的各应变分量的因子形式，采用这种方法可以正确地实现胶凝砂砾石坝应变计实测应变的分离，从而获得自重应变分量、水压应变分量、温度变化应变分量、徐变应变分量和地基压缩应变分量，为进一步分析大坝的工作性态和安全性提供准确的基础资料。具有重要的理论价值和实用价值。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。