本技术涉及水利工程与结构健康监测技术领域,特别是涉及基于光纤传感的大坝监测异常预警方法及系统,其中方法包括:采集待监测大坝不同位置区域的应力应变数据,确定大坝坝体内部的应力分布;采集待监测大坝内侧水面的温度,确定水对坝体应力的影响;采集待监测大坝上方车辆通行时,车辆对坝体产生的实际应力;对试验模型施加模拟地震振动,得到模拟地震振动应力;对试验模型施加车辆载荷,得到车辆载荷模拟应力;构建大坝的综合特征向量;将大坝的综合特征向量,输入到训练后的大坝风险预测模型中,得到待监测大坝的异常风险评分,异常风险评分越高,表示大坝健康度越低。本发明精确评估大坝的健康状态,及时发现潜在的结构隐患。
背景技术
水库大坝作为重要的水利工程设施,承载着调蓄水源、防洪抗旱、发电供水等多项关键任务。然而,大坝的长期安全运行面临着各种自然和人为因素的挑战,如水压、渗透压力、地震、沉降、车辆荷载等。这些外部因素会对大坝的结构产生影响,特别是大坝的内部应力和应变变化会逐渐累积,最终可能导致结构性损伤或坍塌。一旦发生大坝失稳或溃坝事故,后果不堪设想,可能造成巨大的财产损失和人员伤亡。因此,对大坝的安全监测和预警具有重大意义。
传统的大坝监测技术主要依赖于对水位和流量的监控。通过设置水位警戒线,超过警戒水位时进行泄洪操作,低于警戒水位时进行蓄水。然而,单纯依靠水位监测无法全面反映大坝内部的受力状况。随着时间的推移,坝体内部的应力和应变会在长期的水流冲击下逐步积累,同时受到车辆载荷、地震和渗漏等多种因素的共同作用,大坝内部可能出现微小的结构性变化。这些变化通常难以被传统的监测手段检测到,但却可能为大坝带来潜在的破坏风险,如管涌、裂缝扩展等。一些突发性的事故往往是由于长时间积累的应力或应变未能及时被监测到和处理,最终造成突然失稳。
为了弥补传统监测手段的不足,近年来,基于光纤传感技术的大坝健康监测系统逐渐成为研究热点。光纤传感器可以对应力、应变、温度、振动等多种物理量进行高精度监测,并且具有耐腐蚀、耐高温、抗电磁干扰等优点,适合在恶劣的环境中长期工作。通过将光纤传感器埋设在大坝的内部结构中,可以实时监测大坝内部的应力和应变变化,及时发现结构异常情况。光纤传感器还可以结合水温的变化监测水位,通过温度场的分布推导出坝体附近的水体压力变化,进而通过多维度的应力应变模型分析坝体的安全状态。此外,通过布设在大坝表面的光纤传感器,还能够监测车辆通行和地震等动态外力对坝体结构的即时影响。
目前的光纤监测技术仍较少应用于大坝的多维度监测中,且缺乏与温度、水位、振动、应力等多种物理量协同监测的系统设计。因此,亟需一种结合光纤传感器的大坝多维度监测系统,能够覆盖大坝内部应力应变监测、温度水位反推、车辆荷载与振动监测等多方面的需求,实现大坝结构的实时评估与安全预警。
实现思路