4 ПРИБОРЫ И КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА (КИА)
Примечание. Перечисленная аппаратура не указана в стандартах [7, 8].
Комплекс аппаратуры для измерения параметров воли (высоты, длины и периода) включает в себя первичные преобразователи (волнографы) и регистрирующую аппаратуру – систему многоканального сбора, регистрации и накопления измерительной информации с помощью аналого-цифровых преобразователей и магнитной записи.
В качестве первичных преобразователей рекомендуется использовать электродные и контактные волнографы, работающие на принципе изменения электропроводности или электрической емкости в зависимости от колебания уровня воды при волнении.
Показания волнографов могут регистрироваться также светолучевым осциллографом.
Волнографы электродного типа просты в исполнении и могут быть изготовлены службой электроцеха ГЭС. Конструкция контактного волнографа показана на рис. Е.4. Монтажные крепления волнографа должны предусматривать возможность демонтажа перед ледоставом.
Два волнографа следует устанавливать в одном створе непосредственно у сооружения по нормали к урезу воды с расстоянием между ними 4-5 м.
4.4 Для сбора и обработки информации о волнении, волновом давлении, изменении уровня воды в водохранилище и положении кривой депрессии в подплитной области рекомендуется использовать:
автоматизированную систему обработки экспериментальных данных;
метод стереофотограмметрической съемки. Преимущество данного метода перед другими заключается в том, что он позволяет получать характеристики поля волн без установки первичных преобразователей.
Положение кривой депрессии под креплением и на низовом откосе следует определять трубчатыми пьезометрами простейшей конструкции (рис. Е.5). Пьезометры следует устанавливать в шурфах на участке верхового откоса от гребня сооружения до наинизшего уровня сработки водохранилища, на низовом откосе – в полосе 2-3 м выше дренажа.
|
|
1 – труба стальная; 2 – свеча автомобильная;
3 – центральный электрод; 4 – изолятор; 5 – провода
|
1 – отстойник; 2 – трубка 0-1190;
3 – перфорированная часть, диаметр отверстия 1 мм; 4 – трубка 0-Ц50; 5 – соединительная муфта; 6 - стояк
|
Рисунок Е.4 – Контактный волнограф
|
Рисунок Е.5 – Трубчатый пьезометр
|
Для измерения волнового давления могут быть использованы индуктивные или тензометрические преобразователи механического воздействия на приемную мембрану в электрический сигнал (датчики давления). Датчики должны удовлетворять следующим основным требованиям:
герметичность;
собственная частота колебаний мембраны (в воздухе) не менее 100 Гц;
диаметр мембраны – не более 30 мм;
максимальное измеряемое давление – 100 КПа.
Для измерения волнового давления в зоне обрушения волны датчики давления следует монтировать с интервалом 10-15 см в передвижной кассете, перемещаемой на откосе соответственно изменению уровня воды в водохранилище (рис. Е.6). Вне зоны обрушения волны расстояние между датчиками должно быть ∆х < 0,1λ. (λ - средняя длина волны).
1 – направляющая обойма; 2 – корпус кассеты; 3 – датчик давления;
4 – вывод проводов к регистрирующей аппаратуре; 5 – колесо
Рисунок Е.6 – Передвижная кассета с датчиками давления
Съемка участков размыва береговых склонов осуществляется обычными геодезическими приборами (нивелир, теодолит, тахеометр, мензула), а в труднодоступных местах на крутых береговых обрывах - фототеодолитом. Размеры оползневых массивов определяются по удалению оползневых трещин от края берегового уступа.
ОБРАБОТКА И ОБОБЩЕНИЕ ДАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Обработка информации, полученной при осмотрах и инструментальном контроле, должна производиться в объеме, необходимом для получения сведений о масштабах повреждений и разрушений и о развитии их во времени. Результаты обработки следует представлять в виде соответствующих графических зависимостей в координатах "измеренная величина - время".
Обработка данных о волновом режиме сводится к построению кривой обеспеченности высот воли при нерегулярном волнении, определению средней и максимальной высоты волны, средней длины и среднеквадратического отклонения.
По волнограмме, записанной одиночным волнографом, могут быть получены два параметра: высота воли и период. Для определения длины волны необходимо иметь на одной ленте две волнограммы, записанные разными волнографами, расположенными на расстоянии / один от другого по направлению распространения волн. Пример такой записи приведен на рис. Е.7. Длина волны определяется по зависимости
 . (Е.1)
Рисунок Е. 7 – Схема волнограммы
Обработка данных измерения волнового давления на плиты проводится в следующем порядке.
По осциллограммам давления, записанным в нескольких точках откоса, расположенных на расстоянии х от уреза воды, строятся мгновенные эпюры давления на верхнюю и нижнюю поверхности плит через интервалы времени ∆t = 0,1 ( период волны).
В результате суммирования указанных эпюр строятся результирующие эпюры в относительных координатах для данного момента времени
 , (Е.2)
где р - волновое давление в точке; х - расстояние от уреза до точки измерения; g - ускорение свободного падения; ρ - плотность воды; h - высота волны;  - средняя длина волны.
По мгновенной эпюре давления, соответствующей моменту обрушения волны (рис. Е.8), определяется ударный импульс, используемый при определении максимального ускорения колебаний грунта под креплением.
Величина импульса, действующего на полосу единичной ширины, определяется по формуле:
 , (Е.3)
где Fабв - площадь динамической части эпюры;
tу — продолжительность удара:
 , (Е.4)
где  , h — средняя длина и расчетная высота волны (принимается hрасч = h1% в системе волн); - период волны.
абв – зона ударного воздействия; 0 – урез воды
Рисунок Е.8 – Результирующая эпюра волнового давления в момент обрушения (удара) волны
Приближенное значение критического ускорения колебаний акр, при котором начинается разжижение водонасыщенных песков и потеря устойчивости откоса (оплывание), определяется по графику, представленному на рис. Е.9 или путем экспериментальных исследований в лабораторных условиях.
А - зона отсутствия разжижения; Б - зона полного разжижения; В - зона частичной потери устойчивости;
абв – зона ударного воздействия; 0 – урез воды
Рисунок Е.9 – Критическое значение ускорения (акр, см/с2) при различной пористости
водонасыщенных мелкозернистых песков
Оценка устойчивости откоса производится из условия а > акр (а -ускорение колебаний грунта; акр - то же, критическое).
Устойчивость каменного крепления и грунта берегового склона оцениваются на основании неравенства Vмакс < v0 , в котором Vмакс - максимальная скорость колебательного движения воды; v0- скорость трогания частиц грунта.
Скорость Vмакс определяется по измеренным параметрам волн по следующей формуле:
 , (Е.5)
где п - коэффициент, учитывающий влияние пологости откоса (табл. Е.2); h -расчетная высота волны; Н— глубина воды у основания откоса или на краю прибрежного подводного склона; g- ускорение свободного падения; a0 , ак -коэффициенты, определяемые по рис. Е.10:  .
Таблица Е.2
ctgφ
|
|
0,0
|
0,5
|
1,0
|
1,5
|
2,0
|
2,5
|
3,0
|
3
|
1,25
|
0,60
|
0,35
|
0,28
|
|
|
|
5
|
1,15
|
0,65
|
0,42
|
0,35
|
|
|
|
8
|
1,05
|
0,90
|
0,82
|
0,75
|
0,70
|
0,65
|
-
|
10
|
1,00
|
1,00
|
1,00
|
1,00
|
1,00
|
1,00
|
1,00
|
12
|
0,90
|
1,08
|
1,15
|
1,20
|
1,24
|
1,27
|
1,30
|
Рисунок Е.10 – Графики а0, ак для определения скорости
5.9 По совокупности диагностических признаков (табл. Е.1) и количественной оценке их на основе данных измерений делается вывод о состоянии крепления и берегового склона по критериям надежности, приводимым в табл. Е.3.
Таблица Е.3
Условия
надежности работы
|
Диагностируемое
состояние
|
Диагностические
признаки, параметры
|
Критерии
надежности
|
Запас высоты сооружения над отметкой НПУ
|
Накат волны на откос
|
Максимальная высота наката волн расчетной высоты в системе
|
Превышение гребня сооружения над отметкой НПУ не менее 0,1hрас
|
Допустимое повышение кривой депрессии при волнении
|
Положение кривой депрессии в подплитной области
|
Превышение кривой депрессии при волнении над кривой депрессии при отсутствии волн
|
Сила противодавления под креплением
|
Допустимая скорость сработки водохранилища
|
Положение кривой депрессии в подплитной области
|
Перепад Z, рис.4
|
Z < 4 ( - толщина плиты)
|
Допустимый подъем кривой депрессии на низовом откосе
|
Превышение выхода кривой депрессии над верхом дренажа низового откоса
|
Средний выходной градиент давления
|
Критический градиент по условию недопущения суффозии для данного вида грунта
|
Устойчивость бетонного крепления
|
Деформация крепления
|
Осадки, прогибы, смещение плит в плоскости откоса. Экстремальное значение силы волнового противодавления
|
Осадка плит <0,2δ;
прогиб 2<
| |
