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對(duì)近岸淺水區(qū)域的海底地形的掌握對(duì)于近岸活動(dòng)比如捕魚,碼頭建設(shè),鋪設(shè)石油管道以及形態(tài)動(dòng)力學(xué)的研究等都有著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)獲取水深的方法包括船載聲吶探測(cè)、機(jī)載激光測(cè)探、潛水器測(cè)量、超光譜圖像測(cè)量等。但是它們普遍具有成本高、效率低的缺點(diǎn),并且測(cè)量精度會(huì)受海水清澈度的影響。為了克服傳統(tǒng)測(cè)量方法所存在的不足,基于X波段雷達(dá)圖像序列反演水深的方法得到發(fā)展。
在淺水區(qū)域,局部的海底地形對(duì)表面波的傳播有著重要的影響。當(dāng)波移動(dòng)至淺水區(qū)域,波的周期不發(fā)生變化,但是波的傳播速度會(huì)發(fā)生變化,繼而波長(zhǎng)減小,波數(shù)增加。表面流的存在也影響表面波的傳播,因此水深場(chǎng)以及表面流速場(chǎng)的反演方法都是基于這種傳播變化——在物理學(xué)中被描述為表面波的色散關(guān)系。
1998年 Paul Bell運(yùn)用連續(xù)的雷達(dá)圖像序列之間的互相關(guān)性推導(dǎo)出了空間變化的表面波速[1],同時(shí)利用從浮標(biāo)中獲取的頻率信息,通過運(yùn)用線性重力波的色散關(guān)系計(jì)算出了空間變化的水深,但是沒有考慮海流的存在。Hessner等人運(yùn)用一維FFT變換實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像序列的頻率分解[2],某一固定頻率的波所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)通過確定局部空間的相位梯度計(jì)算得到。但是此方法的局限性在于它不能運(yùn)用到包含同一頻率但不同傳播方向的波的波場(chǎng),同時(shí)也沒有考慮到海流的存在。
對(duì)時(shí)間序列的雷達(dá)圖像進(jìn)行3?D FFT變化,并取模的平方得到三維圖像譜,由于波數(shù)和頻率被色散關(guān)系聯(lián)系在一起,因此線性表面波的信號(hào)應(yīng)該很好地分布于其確定的三維形狀上。色散關(guān)系的形狀取決于水深和表面流速,因此通過擬合理論的色散關(guān)系和三維圖像譜的坐標(biāo)分布便可反演出大的空間范圍內(nèi)的平均水深以及流速[3?4]。但是此方法中的3?D FFT是針對(duì)全局范圍的算子,因此假定了波場(chǎng)的均勻性以及穩(wěn)定性。如果在深水區(qū)存在變化的流速或者淺水區(qū)存在變化的水深,波的折射將會(huì)產(chǎn)生,波場(chǎng)變成了非均勻場(chǎng),以上方法不再適用,因此需要在局部空間范圍內(nèi)對(duì)波參數(shù)進(jìn)行分析。
自1999年以來,Seemann等人針對(duì)非均勻波場(chǎng)做了一系列研究[5?10],推導(dǎo)出了局部三維圖像譜,同時(shí)反演出了局部范圍內(nèi)的水深以及流速。
本文將利用模擬的X波段雷達(dá)圖像展開近岸淺水區(qū)域的水深的反演工作,該工作考慮到了表面波場(chǎng)的非均勻性,因此采用了局部反演算法,反演出了局部的水深值。
1 色散關(guān)系與水深以及流速的關(guān)系
色散關(guān)系描述了波數(shù)[k]和角頻率[ω]之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系,正常的色散關(guān)系適用于海表面重力波,線性色散關(guān)系可表示為:
[ωk,uc,d=±gktanhkd+k.uc] (1)
式中:[g]表示為重力加速度;[d]為水深;[uc]為近表面流速。在式(1)中,第一部分稱為固有頻率[ζ=±gktanhkd,]第二部分稱為多普勒頻率[ωD=k.uc。]多普勒頻率部分表明受表面流速的影響。在式(1)中,水深[d]和表面流速矢量[uc]在波數(shù)?頻率域中影響色散關(guān)系的形狀,因此色散關(guān)系的形狀可以被用來反演這些參數(shù)值。圖1顯示了水深以及流速對(duì)色散關(guān)系的影響。
圖1 三維波數(shù)?頻率域中線性表面重力波的色散關(guān)系
2 水深及流速局部反演方法介紹
在淺水區(qū)域中,由于空間變化的水深,波的周期不變,既波場(chǎng)保持了穩(wěn)定性,但是波長(zhǎng)發(fā)生了變化,波場(chǎng)變成了非均勻場(chǎng),因此需要在局部空間范圍內(nèi)對(duì)海態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析,得到空間分布的海態(tài)參數(shù)場(chǎng)。海洋表面波的特性由波長(zhǎng)[λ、]波數(shù)[k、]角頻率[ω、]振幅[ξ]和它們的傳播方向[?]來描述。表面波場(chǎng)由一系列不同頻率不同傳播方向的單一成分的波(簡(jiǎn)稱單波)疊加得到,因此其是多成分的,需要將其分解為單成分波。本文將按照以下步驟反演局部的水深及流速:
(1) 對(duì)時(shí)間序列的雷達(dá)圖像進(jìn)行3?D FFT變換,得到復(fù)數(shù)值的三維圖像譜[G(k,ω)];
(2) 對(duì)三維圖像譜進(jìn)行頻率分解和方向分解得到單波成分的波譜 [Gk|ω,?];
(3) 進(jìn)行2?D 反FFT變化,到空間域,產(chǎn)生單波復(fù)數(shù)值的空間場(chǎng)[gx,y|ω,?];
(4) 由單波空間場(chǎng)及其梯度圖像得到波數(shù)場(chǎng);
(5) 由單波空間場(chǎng)以及其對(duì)應(yīng)的波數(shù)場(chǎng)得到5?D時(shí)空頻率場(chǎng)[Ix,y|k,ω];
(6) 由局部的3?D圖像譜反演局部的水深及流速。
該算法是針對(duì)由岸基X波段雷達(dá)獲取的時(shí)間序列的雷達(dá)圖像,最終得到水深場(chǎng)。
3 數(shù)值模擬及分析
3.1 模擬非均勻波場(chǎng)及雷達(dá)圖像
基于線性波理論,海浪可看成是各種不同的余弦波的線性疊加,該過程可利用頻譜來模擬,本文選用與波浪相近的P?M譜。只有頻譜還不足以描述海浪的特性,需要加入方向分布函數(shù)組成方向譜,才能符合實(shí)際的海面波場(chǎng)狀況,本文的方向分布函數(shù)采用改進(jìn)的光易型方向分布函數(shù)。同時(shí)考慮到波場(chǎng)的非均勻性,加入非等水深值及表面流速值,利用色散關(guān)系式(1),可確定不同區(qū)域的波數(shù)與頻率的關(guān)系,利用不同頻率和傳播方向的余弦波的疊加,可模擬出淺水區(qū)的非均勻波場(chǎng)的時(shí)間序列。圖2所示是模擬的64幅時(shí)間序列的非均勻波場(chǎng)的前兩幅(圖像中像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)為128×128個(gè),每個(gè)像素點(diǎn)的分辨率為7.5 m×7.5 m)。
圖2 模擬的64幅時(shí)間序列的非均勻波場(chǎng)的前兩幅
根據(jù)雷達(dá)成像機(jī)理,利用起主要作用的陰影調(diào)制及傾斜調(diào)制模擬出時(shí)間序列的雷達(dá)圖像。圖3所示是模擬的64幅時(shí)間序列的雷達(dá)圖像的前兩幅。
圖3 模擬的64幅時(shí)間序列的雷達(dá)圖像的前兩幅
3.3 對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行處理
(1) 對(duì)64幅時(shí)間序列的雷達(dá)圖像[G(Θ)]進(jìn)行三維傅里葉變化得到復(fù)數(shù)值的三維波數(shù)?頻率譜:
(2)
其中三維譜的譜分辨率為:
[Δkx=2πX, Δky=2πY, Δω=2πT] (3)
(2) 對(duì)得到的三維譜進(jìn)行閾值濾波,濾除信號(hào)中包含的噪聲,然后利用色散關(guān)系進(jìn)行帶通濾波,得到海浪信號(hào)。接下來將對(duì)濾波后的三維譜進(jìn)行分解,得到單波成分的波譜,既進(jìn)行頻率分解和方向分解。在時(shí)間軸上進(jìn)行的傅里葉變化使得頻率分解被執(zhí)行,既一系列不同頻率所對(duì)應(yīng)的二維波數(shù)譜,接著進(jìn)行方向分解。本文采用了一組楔形濾波器,首先產(chǎn)生一個(gè)原型楔形濾波器,然后再通過旋轉(zhuǎn),雙線性插值,得到一組濾波器,原型濾波器如圖4(a)所示,旋轉(zhuǎn)得到的部分濾波器如圖4(b)~(d)所示。運(yùn)用這一組方向?yàn)V波器對(duì)二維譜進(jìn)行分解,最終得到一系列不同頻率和傳播方向所對(duì)應(yīng)的單一成分的波譜[Gk|ω,?]。
(3) 對(duì)單一成分的波譜[ Gkω,?]進(jìn)行二維反傅里葉變化得到復(fù)數(shù)值的單波空間場(chǎng)[ gx,y|ω,?]:
[gx,y|ω,?=2D IFFT(Gk|ω,?)] (4)
圖4 一組方向?yàn)V波器中的前四個(gè)
單波空間場(chǎng)包含了幅值及相位模式信息:
[gx,y|ω,?=Ax,y|ω,?expi?x,y|ω,?=Regx,y|ω,?+iImgx,yω,?] (5)
與單波空間場(chǎng)對(duì)應(yīng)的梯度圖像:
[??x,??ygx,yω,?=2D IFFTi?kx,ky?Gkω,?] (6)
其中[kx,ky]代表復(fù)數(shù)值的波數(shù)向量,其實(shí)部代表局部的波數(shù)值。局部區(qū)域的大小選為8×8個(gè)像素點(diǎn),因此要得到局部區(qū)域的波數(shù),需要分析局部點(diǎn)所包含的所有像素點(diǎn)。
位于色散關(guān)系濾波器帶寬內(nèi)的背景噪聲重新分布在了單波波數(shù)場(chǎng)中,因此為了消除噪聲的影響,運(yùn)用方差最小擬合法得到復(fù)數(shù)值的波數(shù)向量。
[kx=-i?v+?vxv2ky=-i?v+?vyv2] (7)
其中向量[v,][vx,][vy]通過行掃描局部區(qū)域內(nèi)的單波空間場(chǎng)及其梯度圖像獲得,向量[v+]是向量[v]的共軛向量。
(4) 由一系列的單波空間場(chǎng)以及單波波數(shù)場(chǎng)可得到五維的時(shí)空頻率譜 [Ix,yk,ω。]表面波信號(hào)的能量譜應(yīng)分布在色散關(guān)系曲面上,將由色散關(guān)系式(1)得到的譜分量[ω]與圖像譜[Ix,y|k,ω]中的分量[ωi]取加權(quán)方差,得到一個(gè)函數(shù)。本文利用該函數(shù)尋找最小值的方法求得局部的流速[ux,uy]及水深[d。]該加權(quán)方差函數(shù)表示為:
[fux,uy,d=i=0Ngkitanhkid+kx,iux+ky,iuy-ωi2?Ix,y|ki,ωi] (8)
式中:[N]表示譜坐標(biāo)集[{kx,i,ky,i,ωi}]中元素的個(gè)數(shù),通過設(shè)置閾值從局部能量譜中選取出譜坐標(biāo)集:
[M0=(kx,i,ky,i,ωi)Ix,y|ki,ωiMAXIx,y|ki,ωiε] (9)
式中[ε]表示能量閾值。
加權(quán)方差函數(shù)是一個(gè)非線性函數(shù),含有三個(gè)變量,求該函數(shù)最小值屬于優(yōu)化問題,本文采用擬牛頓法搜索最小值,并得到局部的水深及流速。
4 數(shù)據(jù)處理結(jié)果
模擬雷達(dá)圖像時(shí)輸入的非等值水深場(chǎng)如圖5(a)所示,每8×8個(gè)像素點(diǎn)設(shè)置一個(gè)水深值,為減少模擬時(shí)的計(jì)算量,水深值只沿一維變化。反演得到的水深場(chǎng)如圖5(b)所示,反演時(shí)選擇的局部區(qū)域的大小為8×8個(gè)像素點(diǎn)。反演的水深值與輸入的水深值吻合較好,平均誤差約為2%,相比于過去的均勻場(chǎng)水深反演方法,該反演方法可將水深值的分辨率縮小到8×8個(gè)像素點(diǎn)。
5 結(jié) 語
利用X波段雷達(dá)圖像可提取出重要的海態(tài)信息,比如水深、流速等等。均勻場(chǎng)的水深及流速的反演方法已相對(duì)成熟,本文的工作是針對(duì)非均勻場(chǎng)反演淺水水深值。由于實(shí)際的海況比較復(fù)雜,并且還沒有得到可以用于比測(cè)的實(shí)際水深值,本文采用數(shù)值模擬的方法,通過輸入非等值的水深仿真出非均勻波場(chǎng)及其雷達(dá)圖像。利用仿真的雷達(dá)圖像反演出局部水深值,并與輸入的水深值進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果吻合較好,對(duì)利用實(shí)際的雷達(dá)圖像反演非均勻場(chǎng)的水深具有重要的指導(dǎo)意義。本文的工作是基于岸基X波段雷達(dá),對(duì)于船基X波段雷達(dá)來說,還要考慮運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)纫蛩兀⑶覍?shí)際海況復(fù)雜多變,水深的反演過程有待進(jìn)一步分析研究。
圖5 輸入的水深場(chǎng)與反演得到的水深場(chǎng)對(duì)比圖
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關(guān)鍵詞:無損檢測(cè);瀝青路面;應(yīng)用
中圖分類號(hào):U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1673-0992(2010)03-068-01
我國高速公路的通車?yán)锍棠壳耙呀?jīng)居于世界第二位,其中,瀝青路面占我國公路的大部分,因此,必須加強(qiáng)對(duì)瀝青路面的養(yǎng)護(hù)管理,確保提供可接受的服務(wù)水平。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段和評(píng)價(jià)方法很難對(duì)路面的離析做出準(zhǔn)確和定量的判斷。綜合采用適當(dāng)?shù)臒o損檢測(cè)技術(shù),才有可能獲取大樣本的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,快速直觀地發(fā)現(xiàn)離析范圍及分析離析產(chǎn)生的原因,針對(duì)性地提出防止離析的措施,從而有效提高瀝青混凝土路面的施工質(zhì)量。本文結(jié)合目前路面檢測(cè)分析總結(jié)了路面承載力、平整度、路面損壞狀況主要檢測(cè)新技術(shù)的應(yīng)用。
一、路面無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
無損檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于施工質(zhì)量檢測(cè)與控制,通過采用先進(jìn)、高效的檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù),能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程質(zhì)量隱患,有效地防止路面出現(xiàn)各種早期破壞。在道路建成后的養(yǎng)護(hù)管理階段,隨著使用時(shí)間的增加,相應(yīng)地,在不同時(shí)期恢復(fù)路面使用性能所需要的費(fèi)用也明顯不同,這就給養(yǎng)護(hù)決策提出了最佳修復(fù)方案或養(yǎng)路資金優(yōu)化分配問題。當(dāng)前公路路面檢測(cè)的總體趨勢(shì)是由人工檢測(cè)向自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)發(fā)展,由破損類檢測(cè)向無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展,由低速度、低精度向高速度、高精度發(fā)展。常用的無損檢測(cè)技術(shù)主要有以下幾種:
1.超聲波檢測(cè)技術(shù)
超聲波路面檢測(cè)技術(shù)主要是通過發(fā)射超聲波到材料介質(zhì),接收反射波的相關(guān)參數(shù),進(jìn)而判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部破損情況的一種新型無損檢測(cè)方法,在接收超聲波的主要參數(shù)中,最常用的是波速參數(shù),即通過檢測(cè)超聲波在路面材料中的傳播速度來分析其力學(xué)性能的方法。由于它具有激發(fā)容易、檢測(cè)簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),在路面檢測(cè)中的前景非常廣闊,現(xiàn)已成功地應(yīng)用于檢測(cè)路基路面材料的密實(shí)度與彈性模量,檢測(cè)混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度,檢測(cè)路基路面的厚度與孔隙以及路基快速測(cè)濕等。
2.激光檢測(cè)技術(shù)
激光全息技術(shù)是激光無損檢測(cè)中應(yīng)用最早且最多的一種方法,其基本原理是通過對(duì)被測(cè)物體施加外加載荷,利用有缺陷部位的形變量與其他部位不同的特點(diǎn),通過加載前、后所形成的全息圖像的疊加來判斷材料、結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在不連續(xù)性。激光超聲技術(shù)是近年無損檢測(cè)領(lǐng)域中迅速發(fā)展并得到工程應(yīng)用的一項(xiàng)十分引人注目的新技術(shù),在路基和路面檢測(cè)中,激光主要應(yīng)用于距離測(cè)定、紋理深度測(cè)定、彎沉測(cè)定、車轍深度及平整度測(cè)定幾個(gè)主要方面。
3.圖像技術(shù)
圖像技術(shù)包括紅外成像技術(shù)和激光全息圖像技術(shù)。紅外成像技術(shù)主要是利用不同材料介質(zhì)導(dǎo)熱性能不同的原理,利用高精度的熱敏傳感器可以檢測(cè)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的熱傳導(dǎo)規(guī)律和溫度場(chǎng)分布狀況,將檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)圖像化,從而將結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀況呈現(xiàn)出來。具有精細(xì)度高、直觀可靠、能夠給出全場(chǎng)情況等優(yōu)點(diǎn)。
4.探地雷達(dá)技術(shù)
探地雷達(dá)技術(shù)作為一種無損檢測(cè)高新技術(shù),具有精度高、圖像直觀等特點(diǎn)。探地雷達(dá)可對(duì)對(duì)象作連續(xù)檢測(cè),能比較直觀地表現(xiàn)檢測(cè)目標(biāo)物;其具有非破壞性探測(cè)、速度快、輕便小巧、抗干擾性強(qiáng)、分辨率高、操作方便等優(yōu)點(diǎn),由于探地雷達(dá)方法具有快速、連續(xù)、無損檢測(cè)的特點(diǎn),在檢測(cè)混凝土路面質(zhì)量起到了一定的作用。
二、探地雷達(dá)技術(shù)的定義及工作原理
1.探地雷達(dá)技術(shù)的定義
探地雷達(dá)是利用高頻或超高頻脈沖電磁波探測(cè)地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法。實(shí)踐表明,它可以分辨地下較淺范圍內(nèi)的介質(zhì)分布。因此,雷達(dá)方法以其特有的高分辨率,在工程地質(zhì)勘察,災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查,公路工程質(zhì)量的無損檢測(cè),考古調(diào)查以及工程施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)等淺層與超淺層地質(zhì)調(diào)查中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
2.雷達(dá)病害識(shí)別的原理與方法
在道路結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的檢測(cè)中,結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的病害主要表現(xiàn)為如下三種形式:(l)層間脫空:瀝青面層與基層表面之間出現(xiàn)空隙,這主要是兩個(gè)層面之間施工時(shí)粘合不好或是透水性設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的。如:有許多鉆孔資料顯示,在脫空部位常常存在lmm~2mm的灰土層,這是由于施工期間清理不完善的所造成的;另外,如果基層透水性較好,則很容易在層間形成充氣脫空;如果基層透水性不好就很可能會(huì)使面層與基層之間形成充水脫空。(2)層內(nèi)蜂窩:這主要是在施工時(shí)由于壓實(shí)度不夠造成的。若是深入了水則會(huì)形成層內(nèi)富水區(qū)。(3)地基基礎(chǔ)變形:主要會(huì)引起瀝青面層發(fā)生裂隙、脫空甚至塌陷等現(xiàn)象。由此可以看出,結(jié)構(gòu)層的病害的表現(xiàn)千差萬別,但具體原因主要是由于空氣或水的進(jìn)入而造成的,這便成了我們應(yīng)用路面雷達(dá)進(jìn)行病害檢測(cè)的前提。
三、探地雷達(dá)無損檢測(cè)瀝青路面缺陷的具體應(yīng)用
1.瀝青路面缺陷的具體表現(xiàn)
一般情況下,瀝青路面的損壞,可以分為兩類:一類是結(jié)構(gòu)性損壞,包括路面結(jié)構(gòu)整體或其中某一個(gè)或幾個(gè)組成部分的破壞,使路面達(dá)到不能承受預(yù)定的車輛荷載;另一類是功能性損壞,它也有可能并不伴隨有結(jié)構(gòu)性損壞而發(fā)生,但由于平整性、抗滑能力等因素的下降,使其不再具有預(yù)定的使用功能,從而影響行車質(zhì)量。功能性破損一般是表面性的,易于識(shí)別,其破損原因也比較清楚。
2.結(jié)構(gòu)缺陷的基層探地雷達(dá)信號(hào)特征
根據(jù)上述分析,施工過程中基層缺陷可分為:層間分界面處出現(xiàn)松散夾層,連接性差;層內(nèi)局部孔隙度大,內(nèi)部松散;局部離析。以下就三類基層施工過程中出現(xiàn)的缺陷探地雷達(dá)信號(hào)特征結(jié)合實(shí)際資料分別研究說明:
(1)層間連接性差的探地雷達(dá)信號(hào)特征。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在路面基層的底界面、或基層較厚而分層鋪筑的分界面處,產(chǎn)生該類缺陷的原因往往是因?yàn)樯蠈愉佒r(shí)對(duì)下層表面處理不當(dāng)或筑料攪拌不均或出現(xiàn)離析而導(dǎo)致的,在探地雷達(dá)檢測(cè)剖面圖上呈現(xiàn)出較強(qiáng)的異常帶。鉆芯驗(yàn)證表明,一旦出現(xiàn)明顯的此類異常,按垂向分辨率理論分析,其松散夾層厚度往往大于3cm。
(2)結(jié)構(gòu)層離析的探地雷達(dá)信號(hào)特征。路面基層內(nèi)的離析部位,因鋪筑材料出現(xiàn)結(jié)構(gòu)松散,空隙度變大,空隙內(nèi)充填為相對(duì)介電常數(shù)為1的氣體,而周圍的正常密實(shí)區(qū)因密實(shí)并具有足夠的濕度,其相對(duì)介電常數(shù)遠(yuǎn)大于松散與離析部位,二者間的界面將成為很強(qiáng)的電磁波反射界面,若離析體充有飽和水,其介電常數(shù)遠(yuǎn)木周圍介質(zhì),二者間的界面仍將成為很強(qiáng)的電磁波反射界面。由此可見,只要路面基層內(nèi)存在離析,即具備開展雷達(dá)技術(shù)探測(cè)的物理前提條件,從而達(dá)到檢測(cè)路面基層內(nèi)松散與離析的目的。
(3)結(jié)構(gòu)層松散的探地雷達(dá)信號(hào)特征。這種現(xiàn)象多出現(xiàn)在橋涵兩側(cè),一般是由于下層(如墊層)標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高,造成上層單層厚度超過分層碾壓厚度要求,使其因壓實(shí)度降低而引起。路面基層內(nèi)若存在局部松散(壓實(shí)度底)必然會(huì)導(dǎo)致介電常數(shù)的不同,電磁波在此發(fā)生反射,地面可接收到相應(yīng)的雷達(dá)剖面異常圖像。這種松散體界面處引起的異常幅度一般較大,判斷其邊界的定性方法為:依據(jù)在不均勻體邊界處有連續(xù)的反射波同相軸中斷或彎曲分布叉,其內(nèi)波長(zhǎng)變長(zhǎng),波幅明顯變化,反射波組特征也發(fā)生明顯變化。
通過對(duì)路面病害的實(shí)地踏勘、鉆孔取芯、探坑挖驗(yàn)及無破損檢測(cè)等手段,相互驗(yàn)證了路面病害的范圍、程度,經(jīng)過大量試驗(yàn)的驗(yàn)證,基本符合路面病害的實(shí)際狀況。
四、結(jié)語
總之,路面檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)在檢測(cè)和控制施工質(zhì)量、提高公路養(yǎng)護(hù)管理科學(xué)化水平及改進(jìn)路面設(shè)計(jì)等方面都具有十分重要的地位和作用,路面檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)水平的不斷提高,對(duì)病害進(jìn)行針對(duì)性、預(yù)防性養(yǎng)護(hù),防止病害的快速發(fā)展,甚至根治這些病害,對(duì)于延長(zhǎng)道路使用壽命,降低運(yùn)營成本有著積極的意義。③
參考文獻(xiàn):
[1]楊曉豐,李云峰;路基路面檢測(cè)技術(shù)[M]北京:人民交通出版社,2007.02
西南交通大學(xué) 交通工程系 05交運(yùn)2班 于鴻澤 周琳
【關(guān)鍵詞】智能駕駛 智能汽車 發(fā)展現(xiàn)狀 智能技術(shù)
【引 言】
隨著更加先進(jìn)的靈巧型傳感器、快速響應(yīng)的執(zhí)行器、高性能ECU、先進(jìn)的控制策略、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、第三代移動(dòng)通訊技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用,現(xiàn)代汽車正朝著更加智能化、自動(dòng)化和信息化的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展,以達(dá)到“人—汽車—環(huán)境”的完美協(xié)調(diào)。
【正 文】
一、智能駕駛過程的實(shí)現(xiàn)
智能駕駛的實(shí)現(xiàn)需要大量的電子電路元件支持,主要有:傳感器、電控單元(ECU)、執(zhí)行器、控制策略、總線、電源、智能通信系統(tǒng)。
隨著傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)、測(cè)量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,智能駕駛系統(tǒng)也得到了飛速的發(fā)展。
現(xiàn)在的智能駕駛技術(shù)大多是通過多傳感器實(shí)現(xiàn)的。多傳感器信息融合實(shí)際上是人對(duì)人腦綜合處理復(fù)雜問題的一種功能模擬。多傳感器信息融合就像人腦綜合處理信息的過程一樣,它充分利用多個(gè)傳感器資源,通過對(duì)各種傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配與使用,將各種傳感器在空間和時(shí)間上的互補(bǔ)與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)則結(jié)合起來,產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)環(huán)境的一致性解釋或描述。信息融合的目標(biāo)是基于各種傳感器分離觀測(cè)信息,通過對(duì)信息的優(yōu)化組合導(dǎo)出更多的有效信息。這是最佳協(xié)同作用的效果,它的最終目的是利用多個(gè)傳感器共同或聯(lián)合操作的優(yōu)勢(shì)來提高整個(gè)系統(tǒng)的有效性。
目前經(jīng)常使用一個(gè)雷達(dá)傳感器探測(cè)前方的車輛或障礙。雷達(dá)雖然在直路上的性能良好,但當(dāng)?shù)缆窂澢鷷r(shí),探測(cè)的信號(hào)將不完全可靠,有時(shí)還會(huì)有探測(cè)的盲點(diǎn)或產(chǎn)生錯(cuò)誤報(bào)警。為了防止錯(cuò)誤報(bào)警,常對(duì)雷達(dá)的輸出進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)卡爾曼濾波,但這并不能有效解決探測(cè)盲點(diǎn)問題。為了更可靠地解決這類問題,可以使用掃描雷達(dá)或多波束雷達(dá),但其價(jià)格昂貴。這里選用低價(jià)的視覺傳感器作為附加信息,視覺傳感器經(jīng)常能提供掃描雷達(dá)和多波束雷達(dá)所不能提供的信息。
雷達(dá)傳感器和視覺傳感器配合作用實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜道路狀況的探測(cè)、識(shí)別,然后將信息通過總線電路發(fā)送給ECU,ECU處理后將命令發(fā)送給執(zhí)行器,執(zhí)行器將作用于汽車的油門、動(dòng)力、轉(zhuǎn)向、剎車等系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)汽車的只能行駛。[本站論文由中國收集整理,轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處中國]
二、智能汽車發(fā)展現(xiàn)狀
回想過去,汽車都是由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)幾乎所有的機(jī)械和液壓系統(tǒng),現(xiàn)在則由電子元件和系統(tǒng)的組合來完成。電子感應(yīng)器增強(qiáng)或甚至已經(jīng)取代了各種機(jī)械系統(tǒng)。一些高檔汽車具有多達(dá)70個(gè)ECU。一般汽車的感應(yīng)器數(shù)量已經(jīng)達(dá)到35個(gè),而一個(gè)高檔汽車的感應(yīng)器數(shù)量達(dá)到了60個(gè)。通常汽車還附帶6個(gè)左右的氣囊。這意味著現(xiàn)在的汽車更復(fù)雜、更安全,并且駕駛起來更簡(jiǎn)單。和以前的汽車相比,它們也更具智能化,并將繼續(xù)獲得更高的智能。
1、 智能泊車的Lexus LS460
Toyota公司2006年推出(最近才進(jìn)入中國市場(chǎng))的Lexus LS460最大的賣點(diǎn)就是智能泊車系統(tǒng),該車型的電視廣告就是在展示智能泊車系統(tǒng)其精準(zhǔn)的泊車路線。Lexus LS460的智能泊車輔助系統(tǒng)可對(duì)后座和前座攝像頭的圖像進(jìn)行處理,利用該結(jié)果去控制電子動(dòng)力方向盤和一個(gè)電子油門。只需輕觸一個(gè)按鈕和駕駛者的少許制動(dòng),系統(tǒng)就可以把車剎住。同樣地,LS460的VDIM(Vehicle Dynamic Integrated Management)系統(tǒng)從各種感應(yīng)器中搜尋數(shù)據(jù)以預(yù)知?jiǎng)x車。利用這一數(shù)據(jù),加上駕駛者的輸入信息來幫助駕駛者恢復(fù)對(duì)汽車的控制。它通過啟動(dòng)電控剎車、電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向、防抱死制動(dòng)、車輛穩(wěn)定性控制、剎車輔助、電子剎車力分配和引擎扭矩等功能來恢復(fù)控制。
2、 雷達(dá)和攝像頭加強(qiáng)了駕駛技術(shù)
在像Mercedes-Benz S-class這樣的車上,24/77 GHz雷達(dá)導(dǎo)航系統(tǒng)在提高安全性方面起到很重要的作用。Brake Assist(剎車輔助)、Parking Assist(泊車輔助)、Pre-Safe(預(yù)警安全)、Distronic Plus(巡航控制)以及Adaptive Brake(自適應(yīng)制動(dòng))功能采用七個(gè)雷達(dá)感應(yīng)器(五個(gè)在前緩沖器、兩個(gè)在后緩沖器)來加強(qiáng)安全水平。擁有這些功能,汽車就可以感應(yīng)到即將發(fā)生的碰撞,使駕駛者可以采取躲避措施。雷達(dá)系統(tǒng)允許自動(dòng)制動(dòng)應(yīng)用。另外,如果探測(cè)到潛在的碰撞,它就會(huì)關(guān)閉天窗和加固安全帶。[本站論文由中國收集整理,轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處中國]
現(xiàn)在基于雷達(dá)和自適應(yīng)巡航控制的系統(tǒng)正蓬勃發(fā)展,在很多Mercedes-Benz和Toyota模型中都可以發(fā)現(xiàn)他們的身影。Volkswagen Passat和BMW的3系列也同樣具有這樣的雷達(dá)。為了改善交通安全,NISSAN公司開發(fā)了車距控制輔助系統(tǒng)(Distance Control Assist System)以幫助駕駛者控制他們自身與面前車輛之間的距離。這個(gè)系統(tǒng)采用一個(gè)在前緩沖器的雷達(dá)感應(yīng)器,來確定定駕駛者的尾隨距離和雙方車輛的相對(duì)速度。如果駕駛者松開加速踏板,或者沒有踩住加速踏板,系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)制動(dòng)。如果系統(tǒng)確定需要制動(dòng),那么在儀表板和蜂鳴器上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)指示器,然后加速踏板會(huì)自動(dòng)上移以幫助駕駛者轉(zhuǎn)換到制動(dòng)。[本站論文由中國收集整理,轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處中國]
另一個(gè)關(guān)鍵功能,即攝像頭,給駕駛者返回狹窄停車位并執(zhí)行能見度受限操作時(shí)提供了更佳的視野。研究表明,很多兒童是因?yàn)轳{駛者在返回停車位的時(shí)候看不見他們而致死的。復(fù)雜的全輪驅(qū)動(dòng)一度只是高檔汽車的安全堡壘。而如今,它是很多車輛的標(biāo)準(zhǔn)配置。這些系統(tǒng)通過瞬間提供車軸最需要的動(dòng)力,可在惡劣的駕駛條件下提供最佳動(dòng)力。
3、 智能化車燈
對(duì)安全性的關(guān)注也延伸到前燈。由Gentex公司開發(fā)的Chrysler 300C具有Smart Beam系統(tǒng)。它根據(jù)公路情況自動(dòng)開啟和關(guān)閉前燈。在后視鏡里裝了一個(gè)前向CMOS圖象感應(yīng)器,它讓車燈一直維持開啟狀態(tài),直到在公路上探測(cè)到其它車的前燈或尾燈,它才轉(zhuǎn)換到近光燈。為了避免分散相向行駛駕駛者的注意力,該系統(tǒng)可使遠(yuǎn)光燈漸開和漸關(guān)。
Mercedes-Benz S-class汽車有兩個(gè)照射公路的紅外線前燈。當(dāng)汽車的近光燈打開,它們將駕駛者的視野范圍擴(kuò)展到150多米,使其能更快看見行人、停泊的汽車和其他障礙物。同時(shí)也減少了黑暗中駕駛發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)。
4、 智能駕駛環(huán)境——無線基礎(chǔ)設(shè)施
到目前為止,汽車中的無線技術(shù)仍限制在車載蜂窩電話。但是當(dāng)這些研究者針對(duì)路邊站的安全架構(gòu)而進(jìn)一步調(diào)查Wi-Fi通信使用狀況的時(shí)候,這可能會(huì)有所改變。
交通部(DOT)的VII計(jì)劃試圖使用無線連接來避免碰撞。有車輛接近十字路口或死角的時(shí)候,基站將通知和提醒其它基站和駕駛者。該系統(tǒng)也會(huì)提供交通速度和密度的數(shù)據(jù),使路標(biāo)可以通知駕駛者在進(jìn)入高速公路前倒車。
該計(jì)劃還將開發(fā)可以在不同情況下警告駕駛者的集成先進(jìn)技術(shù),這些情況包括:當(dāng)駕駛者將要離開公路的時(shí)候,當(dāng)駕駛者和另一企圖改車道的車輛有碰撞危險(xiǎn)時(shí)候,以及和前方車輛有碰撞危險(xiǎn)的時(shí)候。
5、 動(dòng)力傳動(dòng)電子控制系統(tǒng)
主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制(包括汽油機(jī)和柴油機(jī))、自動(dòng)變速器控制(ECT、CVT/ECVT等)以及動(dòng)力傳動(dòng)總成的綜合電子控制等??刂葡到y(tǒng)主要由各種傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電控單元(ECU)組成。其主要是保證汽車在不同的工況下均能處在最佳狀態(tài)下運(yùn)行,并簡(jiǎn)化駕駛員的有關(guān)操作,從而降低油耗和排放,減少動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊,減輕駕駛?cè)藛T的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。
6、底盤電子控制系統(tǒng)
包括制動(dòng)防滑與動(dòng)態(tài)車身控制系統(tǒng)(ABS/ASR、ESP/VDC),牽引力控制系統(tǒng)、懸架及車高控制系統(tǒng)、輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)、巡航控制系統(tǒng)(CCS)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(如4WS)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)(如4WD)等。其主要用于提高汽車的安全性、舒適性和動(dòng)力性等。近些年來,這類控制系統(tǒng)開始在普通轎車上廣泛采用。
7、 車身電子控制系統(tǒng)
主要包括安全氣囊(SRS)、自動(dòng)座椅、自動(dòng)空調(diào)控制、車內(nèi)噪音控制、中央防盜門鎖、視野照明控制、自動(dòng)刮水器、自動(dòng)門窗、自動(dòng)防撞系統(tǒng)以及滿足不同用電設(shè)備的電源管理系統(tǒng)。主要是用來增強(qiáng)汽車的安全性、舒適性和方便性。
8、 多媒體娛樂、通訊系統(tǒng)
主要包括車載多媒體系統(tǒng)、駕駛員信息系統(tǒng)、語音系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)(ITS)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS/DGPS等)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)側(cè)與故障診斷系統(tǒng)等。用于聯(lián)結(jié)“人—車—路—環(huán)境信息”,以及協(xié)調(diào)整車各部分的電子控制功能。
關(guān)鍵詞 水文纜道;現(xiàn)狀;發(fā)展;測(cè)流設(shè)施;控制
中圖分類號(hào)P64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2013)96-0126-02
0引言
在我國對(duì)于國內(nèi)的水文纜道的研究以及實(shí)驗(yàn)制造、發(fā)展最終達(dá)到了穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)過程整整花費(fèi)了五十余年,而隨著當(dāng)代科技的不斷進(jìn)步,我國的水文纜道的建設(shè)也在不斷的改進(jìn)著,從1954年6月份我國從浙江修筑起國內(nèi)的第一座使用人力來進(jìn)行操作的水文纜道之后,我國的水文纜道建設(shè)技術(shù)的發(fā)展便一發(fā)不可收拾,1956年,重慶北碚水文站建立了;電動(dòng)水文纜道,而在之后的幾年中,相繼在兩會(huì)期間出臺(tái)了大量的有關(guān)于水文纜道建設(shè)運(yùn)行相關(guān)的多方面問題解決方案,讓我國的水文纜道的發(fā)展逐漸向著規(guī)?;?,現(xiàn)代化發(fā)展。
1我國水文纜道現(xiàn)狀及出現(xiàn)的問題
1.1我國全自動(dòng)化水文纜道測(cè)流系統(tǒng)的發(fā)展
所謂的水文纜道全自動(dòng)化的控制系統(tǒng),指的是使用包括交流變頻纜道控制臺(tái)進(jìn)行控制,同時(shí)對(duì)于水文絞車,測(cè)流鉛魚以及流速傳感器、測(cè)距定位儀、水系綜合信號(hào)源和通訊模塊、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及相關(guān)的控制測(cè)算軟件進(jìn)行多方面的自動(dòng)化控制的水文纜道系統(tǒng),而這種系統(tǒng)到目前為止仍然具有極大的升級(jí)空間,可以說潛力巨大。我國最早的全自動(dòng)水文纜道測(cè)流系統(tǒng)問世時(shí)間在2000年,這種系統(tǒng)主要采用交流變頻器的工作模式,可以將傳統(tǒng)德爾技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行解決,同時(shí)可以做到對(duì)于測(cè)流鉛魚進(jìn)行無級(jí)變速控制,保證測(cè)流鉛魚無論在告訴還是低俗都可以保證平滑穩(wěn)定,保證性能良好,可以對(duì)于測(cè)流鉛魚的定位精度進(jìn)行極大程度的提高,也實(shí)現(xiàn)了較為精細(xì),定位更加準(zhǔn)確的信號(hào)傳輸性能,其工作原理主要是將水下的綜合信號(hào)源的工作,讓三種信號(hào)(水面、流速儀、河底)在不同和頻率的情況下發(fā)射交流脈沖信號(hào),最后通過接收器的放大和整形過程,最終讓三者的信號(hào)相互分離,讓系統(tǒng)的抗干擾能力和靈敏程度進(jìn)一步的提高,更是讓傳統(tǒng)的系統(tǒng)傳輸方式存在的信號(hào)之間互相干擾而產(chǎn)生的問題得到有效的解決和緩解。
1.2水文纜道技術(shù)監(jiān)督進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施
想要讓水文纜道實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、半自動(dòng)以及手動(dòng)三者進(jìn)行兼容操作的目的,就需要對(duì)于水文纜道的技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施,讓水文纜道融合高新技術(shù)應(yīng)用,為水文纜道標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的大規(guī)模普及和大規(guī)模的應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。近幾年來,我國水文纜道的測(cè)流技術(shù)發(fā)展十分迅速,近幾年來更是受到了國家水文儀器以及巖土工程一其生產(chǎn)的許可審查部的穩(wěn)妥,在我國數(shù)百家大大小小的水文站纜道現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)督檢查測(cè)試,同時(shí)在全國的大小水文站例如武漢、樟樹坑、杜鋒坑、仙桃、古城以及黃龍?zhí)?、峽山等地實(shí)施全自動(dòng)水文纜道測(cè)流系統(tǒng)以及水文纜道測(cè)流自動(dòng)控制儀等數(shù)百種水文纜道的系統(tǒng)儀器進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)踐操作和實(shí)際測(cè)試抽樣,現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于水文纜道儀器進(jìn)行有效的檢測(cè),檢測(cè)包括外觀質(zhì)量、流速指標(biāo)、水深技術(shù)范圍以及起點(diǎn)距技術(shù)范圍、參數(shù)記憶存貯、全自動(dòng)、半自動(dòng)化以及手動(dòng)測(cè)量功能、測(cè)速精度、側(cè)身精度以及信號(hào)通道、抗干擾能力以及計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)等儀器設(shè)備功能方面的測(cè)試,力圖保證水文纜道的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程,隨著我國的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的推進(jìn),我國當(dāng)前的水文纜道測(cè)流技術(shù)的科技含量也在逐漸的提高,讓全自動(dòng)、半自動(dòng)以及手動(dòng)兼容操作的切換兼容得到實(shí)現(xiàn),同時(shí)根據(jù)筆者的調(diào)查,我國的檢查結(jié)果中發(fā)現(xiàn),大多數(shù)儀器已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)三種制動(dòng)共同發(fā)展,并且具有防雷功能,可以說較為先進(jìn)。
2 我國水文纜道發(fā)展前景
隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展,我國的抗洪抗?jié)臣夹g(shù)也在逐漸的提高著,而水文資源的開發(fā)也是應(yīng)大眾的要求而進(jìn)行開發(fā),隨著群眾的呼聲 越來越高,全國各地的水文站經(jīng)費(fèi)的投入 也將會(huì)不斷的提高,讓國內(nèi)外的一流科技可以引進(jìn)到我國的內(nèi)部,和我國的水文技術(shù)進(jìn)行融合和發(fā)展,讓我國的水溫?cái)埖降陌l(fā)展水平進(jìn)一步提高,因此可以說,到目前為止,我國的水文纜道具有極大的發(fā)展?jié)摿?,提高空間巨大。
2.1水文纜道發(fā)展將會(huì)發(fā)展迅速
在我國加入世界貿(mào)易組織之后,隨著世界市場(chǎng)的打開,我國的科學(xué)技術(shù)也在不斷的和外國科學(xué)家進(jìn)行著交流,這也讓我過的水文系統(tǒng)的科學(xué)技術(shù)不斷的增加,同時(shí)為了對(duì)于國際的技術(shù)的最新動(dòng)態(tài)進(jìn)行交流,保證不斷的對(duì)于國外的一些先進(jìn)的水文監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器進(jìn)行引進(jìn),同時(shí)讓我國的技術(shù)和他不斷的融合,最終獲得更加先進(jìn)的技術(shù),促進(jìn)我國水文纜道技術(shù)的發(fā)展和普及。另外,我國要不斷的對(duì)于國際上的最新的技術(shù)動(dòng)向進(jìn)行追蹤,對(duì)于大多數(shù)的適合我國當(dāng)前的海洋局勢(shì)情況的技術(shù)和理論進(jìn)行學(xué)習(xí),同時(shí)引進(jìn)一些先進(jìn)的環(huán)境檢測(cè)儀器和檢測(cè)系統(tǒng),進(jìn)最大可能促進(jìn)我國水文纜道的現(xiàn)代化建設(shè)。
2.2我國的水文纜道向著三化方向進(jìn)行發(fā)展
所謂三化,指的是在我國的水文纜道技術(shù)應(yīng)用過程中,采用多元化的高新技術(shù)應(yīng)用,同時(shí)保證定位移動(dòng)監(jiān)測(cè)一體化,另外保證無人值守的智能化,向著著三個(gè)方向發(fā)展。
在應(yīng)用高新科技應(yīng)用的多元化發(fā)展方向的過程中,存在幾種十分先進(jìn)的技術(shù),例如雷達(dá)技術(shù)、激光技術(shù)、聲學(xué)多普勒技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù),這些先進(jìn)的技術(shù)會(huì)對(duì)于我國的水文纜道的建筑過程中進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控方面產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。同時(shí),由于我國的土地面積廣闊,幅員遼闊,同時(shí)水資源的分布空間分布極不均衡,其許多復(fù)雜的環(huán)境都無法支持通信線路的安裝,艱難的地形會(huì)讓我國的資料傳輸過程變得十分艱難,更是會(huì)讓大量的資料無法傳送完整而導(dǎo)致傳輸過程的失敗和資料的消失。更是會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)化的智能操作模式無法成為現(xiàn)實(shí)。
3 結(jié)論
作為一個(gè)大國十分重要的管理技術(shù),我國的水文纜道需要更進(jìn)一步的發(fā)展和普及,這樣才能保證我國水土資源的平穩(wěn)發(fā)展,讓我國的人民更加安全、穩(wěn)定的生活。
參考文獻(xiàn)
Abstract: highway is the economy of the blood vessels. A region's economic development, cannot leave the convenient transportation, and roads are the most widely, the most convenient transportation channel. Along with the rapid development of highway construction, mountainous and hilly terrain of such complex section of tunnel engineering more and more, highway tunnel construction of a modern traffic construction in a key projects. This paper analyzes the common quality of highway tunnel, and the various tunnel detection technology research.
中圖分類號(hào):U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
1.前言
丘陵、山地及高原的面積大約占我國土地總面積的70%。之前在山區(qū)或丘陵地帶修建公路時(shí),主要以盤山繞行為設(shè)計(jì)方向,極少涉及隧道的修建。近年來,國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)帶動(dòng)了我國交通建設(shè)的迅猛發(fā)展,修建的公路里程日益加長(zhǎng),公路等級(jí)也越來越高。隨著公路交通的逐年發(fā)展,技術(shù)水平的不斷進(jìn)步,公路隧道也快速發(fā)展起來。公路修建過程中,如果遇到山嶺、丘陵、甚至江河的阻礙,都可以通過修建隧道的方法繼續(xù)施工,這樣,不僅可以縮短公路里程,節(jié)約土地,還能夠保障車輛行駛安全,有時(shí)還可以減少施工工作量。
但是,修建公路隧道與修建一般公路或橋梁相比,它的建設(shè)管理更為復(fù)雜,建設(shè)難度更大。因此,隨著我國隧道規(guī)模越來越大,建設(shè)過程中也出現(xiàn)了越來越多的病害或質(zhì)量問題,為我國的公路隧道建設(shè)帶來很大的挑戰(zhàn)。工程師和建設(shè)者要正確面對(duì)隧道建設(shè)中出現(xiàn)的質(zhì)量問題,認(rèn)真研究隧道質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)及解決方案,保證公路交通的安全運(yùn)營。
2.公路隧道的常見質(zhì)量問題
公路隧道在它與眾不同的功能性及結(jié)構(gòu)性要求下,往往比其他建設(shè)工程的施工難度要大。而且,會(huì)出現(xiàn)很多質(zhì)量問題,比如:洞內(nèi)滲漏水、襯砌裂縫、拱墻背后脫空、限界受侵、噴射混凝土支護(hù)不平整等等,只有正確認(rèn)識(shí)到這些問題的成因及現(xiàn)象,才能找出解決辦法。
2.1洞內(nèi)滲漏水
公路隧道在建設(shè)的過程中以及建成之后,多少都會(huì)受到地下水的影響。如果支護(hù)技術(shù)不成熟、襯砌密度不夠、混凝土中間存在空隙、振搗不到位,隧道的墻、拱就會(huì)出現(xiàn)滴水、滲水、漏水現(xiàn)象,隧道路面也會(huì)出現(xiàn)冒水現(xiàn)象。這種情況會(huì)對(duì)行車安全帶來隱患,甚至威脅到襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
2.2襯砌裂縫
襯砌開裂通常都是因?yàn)槎喾N原因綜合作用導(dǎo)致的,主要因素有兩方面:一是設(shè)計(jì)局部不符合實(shí)際地形,隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力不均。二是施工方法不規(guī)范,管理不當(dāng)。其中,施工方面的問題主要因?yàn)椴鸪P蜁r(shí)間過早、基底清理得不夠干凈、混凝土灌注速度不對(duì)、襯砌厚度不均勻等原因。
2.3拱墻背后脫空
拱墻背后脫空是拱墻與初期支護(hù)之間存在空洞,導(dǎo)致隧道表層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。其原因是由于預(yù)留的防水卷材不足、混凝土水灰比調(diào)整不及時(shí)、沒有有效堵塞初期支護(hù)與堵頭模型間的空隙。
2.4限界受侵
建設(shè)公路隧道的過程中,可能會(huì)遇到比較松軟的地層,圍巖在較大的地壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的變形,不當(dāng)?shù)氖┕し椒ɑ虿患皶r(shí)正確支護(hù)都可能造成塌方。通常施工人員會(huì)為了保證施工安全而急于修筑,從而忽視了斷面界限,使界限受侵。也有可能因?yàn)樵诨炷翝仓r砌過程中模板剛度、強(qiáng)度不足而走模,導(dǎo)致限界受侵。
2.5噴射混凝土支護(hù)不平整
用混凝土噴射支護(hù)表面時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)波浪狀、葡萄狀或丘陵?duì)畹劝纪共黄降默F(xiàn)象。支護(hù)表面不平整,嚴(yán)重影響到防水板等防水材料的鋪設(shè)。這種現(xiàn)象可能是由于超挖過度,又沒有使用光面爆破的原因引起的。也有可能是因?yàn)榛炷帘旧碣|(zhì)量不合格或鋼筋網(wǎng)、鋼拱架和格柵拱不平的原因。
3.公路隧道質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)
隨著科技的不斷發(fā)展,公路隧道的檢測(cè)技術(shù)也越來越發(fā)達(dá)。各種各樣的檢測(cè)技術(shù)層出不窮,不但可以精確地檢驗(yàn)出隧道存在的質(zhì)量或環(huán)境問題,而且,對(duì)完工隧道的損壞也越來越小。我國在發(fā)展公路隧道修建水平的同時(shí),對(duì)隧道的檢測(cè)技術(shù)也頗有研究,特別是無損檢測(cè)技術(shù),在公路隧道質(zhì)量檢測(cè)中得到廣泛運(yùn)用。隧道檢測(cè)技術(shù)為公路隧道的安全運(yùn)營做出了巨大貢獻(xiàn)。
3.1地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)
地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)是一種通過光譜電磁確定地下介質(zhì)分布的檢測(cè)技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)主要由主機(jī)、兩根天線以及配套軟件三部分組成,其中,發(fā)射天線發(fā)射出的高頻脈沖電磁波向地下傳播,它的電磁場(chǎng)強(qiáng)度、途徑及波形都會(huì)因所通過的介質(zhì)介電常數(shù)不同而變化,并反射一部分電磁波由接收天線接收。雷達(dá)主機(jī)則對(duì)這部分反射波進(jìn)行處理,從而推斷出介質(zhì)結(jié)構(gòu)。地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)隧道初期支護(hù)、混凝土不連續(xù)面、二次襯砌的厚度和背后空洞上有很好的效果。
3.2激光斷面儀檢測(cè)技術(shù)
隧道激光斷面儀檢測(cè)法是以某個(gè)物理方向?yàn)槠鹚惴较?,間隔一定的角度或距離連續(xù)測(cè)定斷面儀旋轉(zhuǎn)中心與開挖的實(shí)際輪廓線交點(diǎn)之間的矢徑,以及該輪廓線矢徑與水平方向的夾角,實(shí)際開挖的輪廓線即所有矢徑端點(diǎn)通過依次相連形成的曲線。若對(duì)隧道軸向間隔一定距離的數(shù)個(gè)斷面進(jìn)行測(cè)量,還能夠計(jì)算出欠挖方量、超挖方量等數(shù)據(jù)。隧道建設(shè)在完成臨時(shí)支護(hù)和初次襯砌后,以及隧道二次襯砌完工后的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中,都要用到激光斷面儀檢測(cè)技術(shù)在同一里程處進(jìn)行檢測(cè),以得到斷面輪廓的數(shù)據(jù)資料,掌握隧道施工情況。
3.3回彈法檢測(cè)技術(shù)
隧道工程在完成二次襯砌的修建后,通常采用回彈法對(duì)隧道質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)過程中,檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)均勻分布在測(cè)區(qū)范圍內(nèi),每?jī)蓚€(gè)測(cè)點(diǎn)之間至少相距30mm,一個(gè)測(cè)區(qū)中設(shè)置16個(gè)回彈值,分別去掉3個(gè)最大值和最小值,再以其余10個(gè)值得平均值為該測(cè)區(qū)最終回彈值,最后,換算并推定測(cè)區(qū)二次襯砌的混凝土強(qiáng)度。由于回彈法操作的可能性限制,一般是在隧道拱墻上端布置測(cè)區(qū),將回彈儀安置成水平狀態(tài),正常情況下不必調(diào)整角度或修正澆筑面。
3.4聲波反射法檢測(cè)技術(shù)
由錨桿、圍巖和混凝土砂漿組成的結(jié)構(gòu)中,若從錨桿端點(diǎn)處發(fā)射彈性波,波會(huì)沿著錨桿傳播并向四周輻射能量,并在錨桿和砂漿、圍巖和砂漿之間的界面進(jìn)行反射或透射。變截面桿是對(duì)錨固體系的簡(jiǎn)化,通過對(duì)其研究可以發(fā)現(xiàn):當(dāng)變截面桿的截面材料或面積不一樣時(shí),在之上傳播的彈性波會(huì)在這個(gè)截面上發(fā)生反射及透射,并且反射波紋與透射波紋因材料類型或截面面積不同而不同。錨桿、圍巖和砂漿的波阻抗差異很小,所以,當(dāng)它們之間接觸密實(shí)的時(shí)候,由錨桿發(fā)出彈性波幾乎完全透射進(jìn)入圍巖,少數(shù)反射回來的能量信號(hào)也非常有規(guī)律。但當(dāng)這三者之間沒有均勻密實(shí)地澆灌時(shí),砂漿中就會(huì)出現(xiàn)空腔等不密實(shí)段,彈性波就會(huì)在這些空腔與砂漿、錨桿與空腔的界面上產(chǎn)生變化較大、能量較強(qiáng)的反射。根據(jù)這個(gè)原理,用儀器接收錨桿上反射回來的信息,分析各個(gè)界面反射波的強(qiáng)度及反射時(shí)間的長(zhǎng)短,即可測(cè)定錨桿長(zhǎng)度和錨固的整體質(zhì)量。錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀就是進(jìn)行聲波反射檢測(cè)的常用儀器,一般具有設(shè)置參數(shù)、采集數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)的功能。但對(duì)數(shù)據(jù)的精細(xì)處理還需借助相應(yīng)的軟件。
3.5火焰檢測(cè)技術(shù)
隧道火焰檢測(cè)技術(shù)從檢測(cè)距離上分類可以分為接觸式檢測(cè)和非接觸式檢測(cè)兩種方式。前者主要以溫度和煙霧濃度為參數(shù),后者則是利用紅外線或紫外線測(cè)溫技術(shù)和視頻技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。隧道火焰檢測(cè)技術(shù)是火災(zāi)檢測(cè)的重要手段。
4.結(jié)語
公路隧道質(zhì)量問題是事關(guān)公共安全、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的重要問題。受人為、自然、技術(shù)等因素影響,它的表現(xiàn)形式多種多樣,具有不同程度的危害性。為了盡可能減少甚至消除公路隧道質(zhì)量問題,必須在公路隧道從設(shè)計(jì)到施工保養(yǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān),積累經(jīng)驗(yàn),因地制宜,探索出新技術(shù)、新工藝,不斷提高隧道施工水平,以確保施工安全及隧道質(zhì)量,造福社會(huì)。
參考文獻(xiàn):
[關(guān)鍵詞] RFID 物資流動(dòng) 設(shè)備管理
一、緒論
高校是教學(xué)和科學(xué)研究的重要基地,無論是教學(xué)還是科學(xué)研究都需要完整的實(shí)驗(yàn)及試驗(yàn)設(shè)備。在高校,教學(xué)可分為基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課,因此配合教學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀表是非常完整并系統(tǒng)的。在高校,設(shè)備經(jīng)費(fèi)投入很有限,各學(xué)校在長(zhǎng)期的教學(xué)積累過程,使設(shè)備及儀表得到完整及系統(tǒng)。當(dāng)學(xué)校資源包括圖書及查閱相關(guān)資料內(nèi)容時(shí),高校具備非常好的科學(xué)研究條件。高校設(shè)備按用途可分為教學(xué)使用設(shè)備和科學(xué)研究用設(shè)備,它們之間是相互依賴又相互促進(jìn)發(fā)展,完備的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究的前提,高水平科學(xué)試驗(yàn)又研究推動(dòng)教學(xué)水平的提升。而高水平的科學(xué)過程研究需要高精的設(shè)備,許多高精的設(shè)備它具備在不同學(xué)科的通用性。
提出將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于高校自動(dòng)化物資管理,解決自動(dòng)化立體倉庫信息管理與控制調(diào)度的自動(dòng)化、智能化、信息化。提出了以計(jì)算機(jī)控制為核心,以射頻識(shí)別為信息采集手段、以AGV和堆垛機(jī)為執(zhí)行單元的集成系統(tǒng)?;谏漕l識(shí)別的立體倉庫信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)物品出入庫控制、物品存放位置及數(shù)量統(tǒng)計(jì)、信息查詢過程的自動(dòng)化,方便管理人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢和掌握物資流動(dòng)情況,以達(dá)到方便、快捷、安全、高效等要求。
而這類設(shè)備購置要花費(fèi)大量的資金,在高校多學(xué)科并存的環(huán)境下,當(dāng)把高精的設(shè)備統(tǒng)一購置及管理后,可避免高校多學(xué)科這類設(shè)備重復(fù)購置,又使這類設(shè)備達(dá)不到到較高性能的現(xiàn)象。這就是提出對(duì)高精設(shè)備統(tǒng)一購置及管理的目的,使有限的資金發(fā)揮更大的作用。本論文提出的設(shè)想其前提是把這類高精的設(shè)備在無線射頻識(shí)別技術(shù)管理?xiàng)l件下,有效解決制約學(xué)校物資管理的資金利用率和管理手段的瓶頸問題。利用校園資源共享,建立起集中式高性能公共服務(wù)設(shè)備平臺(tái),搭建環(huán)境,它會(huì)大大提高這類高精設(shè)備的利用率及管理的科學(xué)性。
二、無線射頻識(shí)別技術(shù)研究
1.自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用背景
在現(xiàn)實(shí)生活中,各種各樣的活動(dòng)或者事件都會(huì)產(chǎn)生這樣或者那樣的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)包括人的、物質(zhì)的、財(cái)務(wù)的,也包括采購的、生產(chǎn)的和銷售的,這些數(shù)據(jù)的采集與分析對(duì)于我們的生產(chǎn)或者生活決策來講是十分重要的。如果沒有這些實(shí)際工況的數(shù)據(jù)支援,生產(chǎn)和決策就將成為一句空話,將缺乏現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。在計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)的采集是信息系統(tǒng)的基礎(chǔ),這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)系統(tǒng)的分析和過濾,最終成為影響我們決策的信息。在信息系統(tǒng)早期,相當(dāng)部分?jǐn)?shù)據(jù)處理都是通過人工手工錄入,這樣,不僅數(shù)據(jù)量十分龐大,勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且數(shù)據(jù)誤碼率較高,也失去了實(shí)時(shí)的意義。為了解決這些問題,人們就研究和發(fā)展了各種各樣的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),將人們從繁沉的重復(fù)的但又十分不精確的手工勞動(dòng)中解放出來,提高了系統(tǒng)信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性,從而為生產(chǎn)的實(shí)時(shí)調(diào)整,財(cái)務(wù)的及時(shí)總結(jié),以及決策的正確制定提供正確的參考依據(jù)。
例如,在當(dāng)前比較流行的物流研究中,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別與實(shí)時(shí)采集更是物流信息系統(tǒng)的存在基礎(chǔ),因?yàn)椋锪鬟^程比其他任何環(huán)節(jié)更接近于現(xiàn)實(shí)的“物”,物流產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)比其他任何工況都要密集,數(shù)據(jù)量都要大。
無線射頻識(shí)別技術(shù)(簡(jiǎn)稱RFDI),融合了無線定位、產(chǎn)品電子編碼(EPC)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),近年得到快速發(fā)展,被廣泛用于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、國防等領(lǐng)域,成為新一輪技術(shù)變革的催化劑,得到發(fā)達(dá)國家的普遍關(guān)注,RFID產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用正加速發(fā)展。
隨著芯片技術(shù)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展,電子標(biāo)簽芯片日趨微型化,天線多樣化,并能以多種介質(zhì)作為載體,封裝成各種形式以適應(yīng)不同的應(yīng)用。電子標(biāo)簽具有防水、防磁、使用壽命長(zhǎng)、可以在一定距離內(nèi)讀取數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn),標(biāo)簽上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)安全、可靠、具有可重復(fù)改寫等特點(diǎn)。
2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀
(1)物流管理領(lǐng)域:生產(chǎn)線自動(dòng)化、倉儲(chǔ)管理、鐵路運(yùn)輸監(jiān)控、民航行李或速遞包裹管理、圖書或文檔管理、強(qiáng)制檢驗(yàn)的產(chǎn)品(如壓力容器)管理。
(2)防偽領(lǐng)域:商品防偽、證件防偽。
(3)金融收費(fèi)領(lǐng)域:公路(不停車)自動(dòng)收費(fèi)、電子票證及小額支付門票等。
(4)其他領(lǐng)域:汽車防盜、物品跟蹤等。
3.射頻識(shí)別技術(shù)原理及系統(tǒng)組成
射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)是從20世紀(jì)80年代走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)主要功能是能提供關(guān)于個(gè)人、動(dòng)物、貨物和商品的區(qū)別于它物的信息。在當(dāng)今的服務(wù)領(lǐng)域,商品銷售、后勤分配、材料流通等領(lǐng)域已得到了快速的普及和應(yīng)用。RFDI系統(tǒng)是C1卡技術(shù)的延伸和發(fā)展,它具有非接觸、無污染、識(shí)別率高、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。射頻識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電子數(shù)據(jù)載體之中。應(yīng)答器的能量供應(yīng),以及應(yīng)答器與閱讀器之間的數(shù)據(jù)交換不是通過電流的觸點(diǎn)接通而是通過磁場(chǎng)或電磁場(chǎng),并采用了無線電和雷達(dá)技術(shù)。射頻識(shí)別是無線電頻率識(shí)別的簡(jiǎn)稱,通過無線電波進(jìn)行識(shí)別。同其他識(shí)別系統(tǒng)相比,射頻識(shí)別系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)。射頻識(shí)別系統(tǒng)組成圖如下:
4.功能
(1)存儲(chǔ)設(shè)備標(biāo)識(shí)信息。
(2)借還信息(包括開啟密碼)。
(3)狀態(tài)記錄。
(4)與讀頭之間的通信(合法性驗(yàn)證、信息交換)。
5.舉例
全世界的許多大型圖書館都已經(jīng)使用了射頻識(shí)別技術(shù),以加快資料的檢入、檢出、書架庫存,以及安全應(yīng)用。低成本的彈性智能標(biāo)簽可以插入書籍內(nèi)部,讓顧客無法看到。柜臺(tái)人員可在幾秒鐘內(nèi)檢入或檢出十幾本書,無需對(duì)每件物品進(jìn)行人工拿取和對(duì)準(zhǔn)方向的操作。這種簽條還可以用于防盜,與當(dāng)前零售商使用的防店內(nèi)行竊技術(shù)很相似。圖書館人員可以使用帶有射頻識(shí)別讀取器的便攜計(jì)算機(jī)來查看庫存,只要沿著書架通廊走過即可發(fā)現(xiàn)歸檔錯(cuò)誤的資料,讀取器可以自動(dòng)探測(cè)丟失的材料并警告操作員。圖書館的無線射頻識(shí)別應(yīng)用屬于庫存管理應(yīng)用,這種方式同樣適用于其他許多行業(yè)。
無線射頻識(shí)別(RFID)是當(dāng)今自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)收集行業(yè)發(fā)展最快的板塊之一,在實(shí)際應(yīng)用中,采用無線射頻識(shí)別技術(shù)極大地改善了信息管理的能力。射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)際上克服了條形碼應(yīng)用當(dāng)中所發(fā)現(xiàn)的某些限制,因?yàn)樗粚儆跅l形碼之類的光學(xué)技術(shù),在讀取器與貼有標(biāo)簽的射頻識(shí)別目標(biāo)之間無需直視線。此外,射頻識(shí)別以無線方式發(fā)送數(shù)據(jù),屬可讀寫技術(shù),因此它可以在跟蹤周期內(nèi)更新或改變編制在標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)。
三、總結(jié)及展望
1.總結(jié)
學(xué)校高精設(shè)備管理需要應(yīng)用大量的先進(jìn)技術(shù)和加強(qiáng)信息化管理手段,射頻識(shí)別技術(shù)的使用可以提高信息采集效率和準(zhǔn)確性有效加強(qiáng)了高精設(shè)備管理及使用者、設(shè)備之間相互聯(lián)系,降低了信息交換成本,可大大提高了采購設(shè)備要求的高精度,為節(jié)省資金提高設(shè)備利用率得到保障。
2.展望
無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別目的,具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如、可識(shí)別高速同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽等優(yōu)點(diǎn),操作快捷方便,因此更適合于實(shí)現(xiàn)全校物資系統(tǒng)的自動(dòng)化管理。解決數(shù)據(jù)融合的各種瓶頸問題。
本論文討論的內(nèi)容是RFID系統(tǒng)與各學(xué)校物資管理系統(tǒng)進(jìn)行集成時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。隨著各校物資管理的加強(qiáng),可以實(shí)現(xiàn)資源即時(shí)掌握、設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)可控等目標(biāo)。在這個(gè)過程中,不斷完善RFID技術(shù)的應(yīng)用研究,應(yīng)用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)各學(xué)校物資管理的思路和想法,將使各校在物資管理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)約、設(shè)備高效利用、科學(xué)物資管理、資產(chǎn)共享的創(chuàng)新。
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我國地處世界上兩個(gè)最大地震集中發(fā)生地帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間,地震較多,大多是發(fā)生在大陸的淺源地震,震源深度在20km以內(nèi)。位于青藏高原南緣的川滇地區(qū),主要發(fā)育有北西向的鮮水河-安寧河-小江斷裂、金沙江-紅河斷裂、怒江-瀾滄江斷裂和北東向的龍門山-錦屏山-玉龍雪山斷裂等大型斷裂帶[1].該區(qū)新構(gòu)造活動(dòng)劇烈,絕大多數(shù)屬構(gòu)造地震,地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大,是中國大陸最顯著的強(qiáng)震活動(dòng)區(qū)域[2].
而西南地區(qū)蘊(yùn)藏了我國68%的水力資源,水利工程較多,且主要集中在川滇地區(qū)。據(jù)2005年數(shù)據(jù),四川省有大中小型水庫約6000余座[3].2008年5月12日的四川省汶川大地震,初步統(tǒng)計(jì),已導(dǎo)致803座水庫出險(xiǎn),受損的大型水庫有紫坪鋪電站和魯班水庫,中型水庫36座,小一型水庫154座,小二型水庫611座[3].此外,地震還致使湖北和重慶地區(qū)各79座水庫出現(xiàn)險(xiǎn)情[4,5].為保證水利工程的安全運(yùn)行,地震之后及時(shí)對(duì)水利工程進(jìn)行檢測(cè),并對(duì)受損工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和修復(fù)是必要的。有關(guān)震災(zāi)受損水利工程修復(fù)方面的文獻(xiàn)不多,散見于各種期刊或研究報(bào)告,為便于應(yīng)用參考,本文搜集、篩選了一些震災(zāi)受損水利工程的案例,并對(duì)一些實(shí)用技術(shù)進(jìn)行了介紹。
2.地震對(duì)水利工程的危害
由于地震烈度、地震形態(tài)以及水庫本身工程質(zhì)量的不同,地震對(duì)于水利工程的危害也有所區(qū)別。高建國[6]對(duì)我國因地震受損水利工程進(jìn)行分類整理,認(rèn)為水庫壩體險(xiǎn)情主要可分為3級(jí):1級(jí),一般性破壞,不產(chǎn)生滲漏;2級(jí),嚴(yán)重性破壞,壩體開裂滲漏;3級(jí),垮壩(崩塌),水庫水全部流走。
我國因地震引起的水庫垮壩并不多見,總結(jié)國內(nèi)外地震對(duì)水利工程的危害,主要有以下幾種形式:
2.1壩體裂縫
地震作為外力荷載將會(huì)導(dǎo)致大壩尤其是土石壩整體性降低,防滲結(jié)構(gòu)破壞,引起大量裂縫。地震會(huì)產(chǎn)生水平和垂直兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng),并使周期性荷載增大,壩體和壩基中可能會(huì)形成過高的孔隙水壓力,從而導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度與變形模量的降低,引起永久性(塑性)變形的累積,進(jìn)而導(dǎo)致壩體沉降與壩頂裂開。
2003年10月甘肅民樂—山丹6.1級(jí)地震引起雙樹寺水庫大壩、翟寨子水庫大壩,壩頂均出現(xiàn)一條縱向裂縫,長(zhǎng)約401~560m,最大寬度2cm左右,并有多處不同長(zhǎng)度斷續(xù)裂縫,
防浪墻局部錯(cuò)動(dòng)約0.5cm.大壩右側(cè)出現(xiàn)山體滑坡,形成長(zhǎng)條帶及凹陷,滑坡長(zhǎng)37m左右,凹陷坑深2.5~3m、寬7m左右,凹陷處上部山體有多條斜向裂縫,縫寬20cm左右。李橋水庫壩頂有縱向裂縫,多處縫寬在2~5mm,其中一條長(zhǎng)約100m左右,出現(xiàn)橫向貫通裂縫,防浪墻出現(xiàn)多處豎向裂縫。這些裂縫在壩體漏水、自然降水和溫度作用下,又將產(chǎn)生新的凍融、凍脹破壞,影響大壩的整體性和穩(wěn)定[7].
托洪臺(tái)水庫位于新疆布爾津縣境內(nèi),1995年被列為險(xiǎn)庫,1996年新疆阿勒泰地震(6.1級(jí)),使攔水壩出現(xiàn)10處橫向裂縫,3處縱向裂縫,最寬處達(dá)16cm,長(zhǎng)17m,防浪墻垂直裂縫27處。經(jīng)評(píng)估,水庫震后只能在低水位運(yùn)行,致使發(fā)電系統(tǒng)癱瘓,同時(shí)對(duì)于下游構(gòu)成潛在威脅[6].
岷江上的紫坪鋪水利工程位于都江堰市與汶川縣交界處,2006年投產(chǎn),是中國實(shí)施西部大開發(fā)首批開工建設(shè)的十大標(biāo)志性工程之一。2008年5月12日的汶川地震造成紫坪鋪大壩面板發(fā)生裂縫,廠房等其他建筑物墻體發(fā)生垮塌,局部沉陷,整個(gè)電站機(jī)組全部停機(jī)。[3].此外,地震對(duì)泄水輸水建筑物也將造成巨大危害。2003年8月16日赤峰發(fā)生里氏5.9級(jí)地震,使沙那水庫混凝土泄洪灌溉洞產(chǎn)生縱向裂縫,長(zhǎng)15m,最大裂縫15mm;環(huán)向裂縫22m,最大裂縫寬度1.8mm;洞出口消力池兩側(cè)邊墻產(chǎn)生豎向裂縫,總長(zhǎng)15m,最大裂縫寬度25mm.大冷山水庫溢洪道兩側(cè)導(dǎo)流墻產(chǎn)生裂縫,以縱向裂縫為主,最大縫寬12mm[8].
2.2壩體失穩(wěn)
地震可能引起壩基液化,從而導(dǎo)致大壩失穩(wěn)。地震時(shí),受到周期性或波動(dòng)性荷載作用,土石壩內(nèi)土體將產(chǎn)生遞增的孔隙水壓力和遞增的變形。粘性土體構(gòu)成的土石壩在地震中相對(duì)安全。但相對(duì)密度低于75%的粉砂土和砂土,在幾個(gè)循環(huán)之后孔隙水壓力就會(huì)顯著上升,當(dāng)達(dá)到危險(xiǎn)應(yīng)力水平時(shí),土體在周期性荷載作用下顯示出極大的變形位移,壩內(nèi)土體就會(huì)呈現(xiàn)出液化的流態(tài),導(dǎo)致壩體失穩(wěn)[9].
喀什一級(jí)大壩1982年施工時(shí),其壩體及防滲墻都未進(jìn)行碾壓,致使密實(shí)度降低,1985年地震時(shí),由于液化和沉陷,導(dǎo)致該壩整體失穩(wěn)破壞。
美國加州的Sheffield壩,1917年建成,壩高7.63m,壩頂寬6.1m,長(zhǎng)219.6m,水庫庫容17萬立方米.1925年6月距壩11.2km處發(fā)生里氏6.3級(jí)地震,長(zhǎng)約128m的壩中段突然整體滑向下游。事后,經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),壩體潰決的主要原因是地震使飽和土內(nèi)的孔隙水壓力增大,造成壩下部和壩基內(nèi)的細(xì)顆料無凝聚性土發(fā)生液化。
地震還會(huì)造成土石壩體脫落或堆石體沉陷,從而引起壩體失穩(wěn)。在庫水位較高的情況下,堆石體沉陷會(huì)造成壩體受力不均,更嚴(yán)重的會(huì)引起庫水漫頂,引發(fā)壩體垮塌。1961年4月
13日在距西克爾水庫庫區(qū)約30km處發(fā)生里氏6.5級(jí)地震,該水庫位于VIII度區(qū)[10],壩體出現(xiàn)了嚴(yán)重的堆石體沉陷現(xiàn)象,一段220m長(zhǎng)的壩體沉陷值達(dá)到2~2.5m,崩塌范圍在從壩軸線上游3~10m到下游的35~50m[11].
前面述及的沙那水庫土壩和朝陽水庫因地震致使土壩排水體砌石脫落,經(jīng)抗震復(fù)核下游壩坡不穩(wěn)定[8].
2.3岸坡坍塌
若水庫兩岸有高邊坡和危巖、松散的風(fēng)化物質(zhì)存在,地震發(fā)生后,造成的巖體松動(dòng),可誘發(fā)產(chǎn)生崩塌、滑坡和泥石流,甚至形成堰塞湖等現(xiàn)象。
烏江渡水庫處于地震多發(fā)區(qū),1982年6月地震中,化覺鄉(xiāng)東部厚層灰?guī)r和白云巖地層中發(fā)生大面積崩塌。同年8月,化覺、柏坪一帶又發(fā)生較大規(guī)模的地層滑動(dòng),影響面積約18k平方米[12].
5.12汶川大地震造成四川多處山體滑坡,堵塞河道,形成34處堰塞湖。其中唐家山堰塞湖蓄水過1億立方米,另外水量在300萬立方米以上的大型堰塞湖有8處[13],對(duì)下游地區(qū)造成嚴(yán)重威脅。
另外,地震還可能對(duì)水利工程一些其它部分造成損壞。如1995年1月日本阪神淡路7.2級(jí)地震[14,15]中,使堤防基礎(chǔ)液化發(fā)生側(cè)向流動(dòng),造成堤防破壞以及護(hù)岸受損。我國歷次地震中,出現(xiàn)較嚴(yán)重險(xiǎn)情的多為土石壩,且多為年代較久遠(yuǎn)的土石壩,如果發(fā)生強(qiáng)地震就更容易造成損壞[16].
3.震災(zāi)受損水利工程的修復(fù)技術(shù)
地震后受損水利工程修復(fù)措施主要包括以下幾個(gè)方面:
3.1壩體監(jiān)測(cè)
地震后,對(duì)于受損水利工程,應(yīng)及時(shí)降低水庫運(yùn)行水位,并進(jìn)行充分的壩體探測(cè)。對(duì)土石壩,可開挖土坑檢測(cè),對(duì)混凝土壩,則可用無損探傷檢測(cè)[17].包括使用地震波法、地質(zhì)雷達(dá)、水下聲納法檢測(cè)侵蝕程度,必要時(shí)還需要采取槽探、鉆孔、孔內(nèi)地球物理方法進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)地震前后大壩監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析,判明是否存在普遍的結(jié)構(gòu)損傷跡象。尤其需要加強(qiáng)對(duì)壩體變形和滲透的觀測(cè),防止裂縫前后貫通,內(nèi)部發(fā)育,產(chǎn)生滲漏通道。同時(shí),加強(qiáng)對(duì)輸水洞漏水、溢洪道裂縫的監(jiān)測(cè),以防滲漏進(jìn)一步擴(kuò)大[18].
震后壩體探測(cè)中,作為一種非破壞性的探測(cè)技術(shù),地質(zhì)雷達(dá)具有探測(cè)效率高、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),可以快捷、安全地運(yùn)用于壩體現(xiàn)狀檢測(cè)和隱患探查[19].
2003年甘肅山丹地震后,利用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)雙樹寺、瞿寨子、瓦房城等水庫的震后壩體裂縫、壩基滲透、溢洪道、高邊坡開裂和庫岸道路滑坡等進(jìn)行了探測(cè)[20],效果很好。
3.2裂縫修復(fù)
對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫,要對(duì)其分布、走向、長(zhǎng)度和開度等進(jìn)行定時(shí)觀測(cè)和檢測(cè)。在大壩主裂縫部位設(shè)置標(biāo)志,縫口要覆蓋塑料布,防止雨水流入加速其惡化。對(duì)受洪水威脅的建筑物,要采取臨時(shí)措施(如圍堰)進(jìn)行保護(hù)。
裂縫的修補(bǔ)應(yīng)從實(shí)際出發(fā),在安全可靠的基礎(chǔ)上,同時(shí)考慮技術(shù)和施工條件的可行性,力求施工及時(shí)、簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)合理。常用的有以下幾種處理方法:
3.2.1表面處理法
表面處理法[21]主要適用于對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響或者影響很小的表面裂縫及深層裂縫,同時(shí)還可以處理大面積細(xì)裂縫的防滲防漏。常用的有表面涂抹水泥砂漿、表面涂抹環(huán)氧膠泥以及表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料等,從而達(dá)到封閉裂縫和防水的作用。在防護(hù)的同時(shí)應(yīng)當(dāng)采取在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施,這樣可以防止混凝土在各種作用下繼續(xù)開裂。
3.2.2灌漿法
灌漿法主要應(yīng)用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體有影響或有防水防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ)。經(jīng)修補(bǔ)后,能恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性和使用功能,提高結(jié)構(gòu)的耐久性。
灌漿法[22]分水泥灌漿和化學(xué)灌漿。水泥灌漿適用于裂縫寬度達(dá)到1mm以上時(shí)的情況;裂縫較窄的情況下宜采用化學(xué)灌漿。此外,工程經(jīng)驗(yàn)表明水泥漿適于穩(wěn)定裂縫的灌漿處理,不適用于活縫或伸縮縫的處理?;瘜W(xué)灌漿也存在類似問題,應(yīng)用最廣的環(huán)氧樹脂漿固結(jié)體是脆性材料,因此對(duì)活縫應(yīng)選用彈性材料。部分化學(xué)灌漿還有毒性,應(yīng)加強(qiáng)施工人員的保護(hù)措施。大量實(shí)踐證明,灌漿法是目前最有效的裂縫修補(bǔ)處理方法。
3.2.3結(jié)構(gòu)加固法
危及結(jié)構(gòu)安全的混凝土裂縫都需作結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。結(jié)構(gòu)加固法適用于對(duì)整體性、承載能力有較大影響的較深裂縫及貫穿性裂縫的加固處理?;炷两Y(jié)構(gòu)的加固,應(yīng)在結(jié)構(gòu)評(píng)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行,以達(dá)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加固、穩(wěn)定性加固、剛度加固或抗裂性加固的目的。結(jié)構(gòu)加固中常用的主要有以下幾種方法:加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積,在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固。結(jié)構(gòu)加固法還適用于處理對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力、整體性、耐久性有較大影響的不均勻沉陷裂縫和較為嚴(yán)重的張拉裂縫[23].
3.3滑坡處理
土壩滑坡有剪切破壞、塑流破壞、液化破壞三種形式[24].可采用“上部減載”與“下部壓重”法來處理?!吧喜繙p載”就是在滑坡體上部的裂縫上側(cè)削坡,以保持穩(wěn)定:“下部壓重”就是放緩下部壩坡,在滑坡體下部做壓坡體等。當(dāng)滑坡穩(wěn)定后,應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行滑坡處理[17].主要處理方法介紹如下:
3.3.1放緩壩坡
若滑坡由于剪切破壞造成,則放緩壩坡為最好的處理方法??商钊胪馏w將壩坡放緩,或是先削掉滑動(dòng)面上壩頂?shù)耐馏w,使滑動(dòng)面壩坡變緩,然后再加大未滑動(dòng)面的斷面[24].
對(duì)存在失穩(wěn)危險(xiǎn)的土石壩也可采用水上拋石法放緩上游壩坡,施工方法簡(jiǎn)單,且不受季節(jié)和水位的變化。加固工程不破壞原壩體結(jié)構(gòu),減去拆除原有的壩體護(hù)坡石和反濾料工序,對(duì)保護(hù)原壩體非常有利。石料滲透系數(shù)大,在庫水位降落時(shí),新筑部分的自由水面線,幾乎與庫水位重合,這樣就造成新增斷面和原有斷面共同承擔(dān)原有壩殼中庫水位降落時(shí)產(chǎn)生的滲透水壓力及地震產(chǎn)生的超隙孔壓力,起到壓重的作用,從而有利于大壩的穩(wěn)定[25].
3.3.2壓重固腳
若滑坡體底部滑出壩趾以外,則需要在滑坡段下部采取壓重固腳的措施,以增加抗滑力。壓重固腳的材料最好用砂石料。在砂石料缺乏的地區(qū),也可用土工織物,代替反濾,以達(dá)到排水的要求[17].
通過在壩體上加壓蓋重,或?qū)误w培厚加固處理,可以進(jìn)一步提高防滲流土、壩體抗裂和抗?jié)B性能,同時(shí)增加壩體穩(wěn)定性。
實(shí)例:1999年山西大同堡村發(fā)生5.6級(jí)地震,對(duì)位于震中附近的冊(cè)田水庫造成VII度影響,壩體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形[26].震后對(duì)主壩和北副壩下游壩坡采用石渣進(jìn)行培厚加固處理。主壩所在956m高程以下石渣培厚體,壩坡分別為1:2.75,在956m高程設(shè)12m寬的平臺(tái),在949m高程、940m高程設(shè)3.0m寬的馬道,并在石渣體與原壩體設(shè)置反濾層。培厚壩體后,即使再次遭遇地震,由于壩體在正常水位下(956m高程)寬度增加,也可避免大壩整體失穩(wěn),從而保證大壩的安全[27].
3.3.3庫岸巖體加固
對(duì)于地震中松動(dòng)的庫岸巖體,應(yīng)采取工程措施進(jìn)行加固。地震后,首先需要對(duì)庫岸巖石情況進(jìn)行重新評(píng)估,選擇加固方式。庫岸加固通常采取錨固、支擋、排水相結(jié)合的方式。錨固措施是利用預(yù)應(yīng)力錨索和錨桿固定不穩(wěn)定巖層,適用于震后加固巖體滑坡和不穩(wěn)定的局部巖體。通過一端與建筑物結(jié)構(gòu)相連,一端打入巖體內(nèi)部,在增強(qiáng)巖體抗拉強(qiáng)度的同時(shí),
改善庫岸巖體的完整性[28].該方法在高切坡中被廣泛應(yīng)用。支擋方法是通過支擋體來平衡滑坡體的下滑力,確?;麦w的穩(wěn)定安全。支擋結(jié)構(gòu)能有效地改善滑坡體的力學(xué)平衡條件,阻止滑坡、泥石流等。常用的方法有重力式擋墻、拉釘擋墻、加筋土擋墻、抗滑樁等[29].
此外,由于地震過后經(jīng)常伴隨暴雨,更易在松動(dòng)巖石處產(chǎn)生滑坡、泥石流等災(zāi)害,因此需及時(shí)排水,包括地表水和地下水??稍O(shè)置截水溝排除地表水;排除地下水可用廊道、豎井和水泵等。在美國、加拿大和日本等國家較多采用專用鉆機(jī)打水平孔的辦法排地下水[28].
3.4滲漏修復(fù)
應(yīng)根據(jù)具體情況降低庫水位或放空水庫,徹底修復(fù)防滲體,對(duì)由于浸潤線過高而逸出坡面或者由于大面積散浸引起的滑坡,除結(jié)合下游導(dǎo)滲設(shè)施外,還應(yīng)考慮加強(qiáng)防滲。
3.4.1劈裂灌漿
對(duì)于土石壩較嚴(yán)重的滲漏破壞,可以采取劈裂灌漿或加強(qiáng)防滲斜墻等方式解決。劈裂灌漿是指在垂直滲流的方向沿壩軸線劈開壩體,灌入稠泥或水泥砂漿,截?cái)酀B流通道,可以在短時(shí)間內(nèi)壩體內(nèi)的滲流,使大壩轉(zhuǎn)危為安。
采用劈裂灌漿技術(shù)的嶺澳水庫具體做法如下:根據(jù)壩長(zhǎng)選用適量的灌漿機(jī),多臺(tái)灌漿機(jī)同時(shí)開灌,為使?jié){液盡快硬化固結(jié),所用漿料為摻入速凝劑的水泥加粘土。在灌漿工藝上,連續(xù)的多次復(fù)漿,使混凝土或泥漿墻盡快加厚,并使貫通的漏水通道通過灌漿壓力和多次灌漿擠壓膨脹與原壩土體緊密結(jié)合,最終形成垂直連續(xù)的防滲混凝土砂漿墻,防止再次出現(xiàn)漏水通道的可能[30].
3.4.2開挖置換
置換技術(shù)是土石壩震后修復(fù)中的一種重要手段,尤其對(duì)于心墻開裂的土石壩具有重要意義。首先需要通過探測(cè)技術(shù)檢測(cè)到侵蝕的區(qū)域,然后在心墻的下游側(cè)補(bǔ)填塑性混凝土,并用顆粒反濾層加以支持。最后使用水泥膨潤土混合物進(jìn)行灌漿。置換技術(shù)可以有效阻止土石壩心墻的進(jìn)一步破壞,達(dá)到防滲漏的目的[18].
實(shí)例:新西蘭的馬拉希納壩,在經(jīng)歷埃奇克姆地震后,初期表現(xiàn)穩(wěn)定,在1987年12月后出現(xiàn)水位明顯下降的現(xiàn)象。通過詳細(xì)的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),雖然大壩沒有遭受嚴(yán)重的滲漏,但左壩肩心墻和下游副心墻出現(xiàn)明顯的開裂和侵蝕,且侵蝕依然在繼續(xù)發(fā)展。持續(xù)不斷的侵蝕導(dǎo)致庫水位不斷下降,因而采取心墻置換的方式,即對(duì)左右岸壩肩進(jìn)行開挖,噴上混凝土,置換開挖出來的材料。水庫再次蓄水時(shí)沒有出現(xiàn)新的事故[18].
3.4.3排水設(shè)施
在阻止?jié)B流發(fā)生的同時(shí),需要做好排水工作,通過設(shè)置寬敞的排水帶,使?jié)B流能順利排走,降低壩體內(nèi)的浸潤線,減小孔隙水壓力。
4.典型水利工程抗震搶險(xiǎn)及修復(fù)實(shí)例
4.1美國Hebgen壩
Hebgen土石壩[31]位于美國Montana州,1915年建成,1959年8月遭受里氏7.1級(jí)的強(qiáng)烈地震,壩和水庫所在地變形并整體下沉約3.1m,右岸溢洪道嚴(yán)重?fù)p壞,壩體沉陷開裂,水庫岸坡坍塌,庫水震蕩并漫溢壩壩。當(dāng)時(shí)此壩并無抗震設(shè)計(jì),承受地震對(duì)其的各種危害而未垮壩,其破壞模式和耐震經(jīng)驗(yàn)極有借鑒意義。
當(dāng)時(shí)業(yè)主Montana電力公
司采取的緊急搶救措施包括:
(1)立即將泄水底孔進(jìn)水口原用迭梁封閉的二個(gè)孔口開啟,以80立方米/s的流量泄水降低庫水位。
(2)對(duì)半角沉陷區(qū)和被流沖蝕的壩下游面填土修復(fù)。檢查表明,心墻與溢洪道連接處的漏水并非通過心墻上的裂縫而是從破壞的溢洪道流出。
(3)在心墻的大裂縫處下游,打豎井檢查和修補(bǔ)。同時(shí)對(duì)下游河岸坍方區(qū)進(jìn)行了修整。此后于1960年4月開始對(duì)溢洪道、壩體心墻和上游面進(jìn)行了全面的修復(fù)和加固工作。至今運(yùn)行完好。
4.2美國LowerSanFernando壩
LowerSanFernando壩[31]位于美國加州洛杉磯市北,1912年動(dòng)工,最大壩高43.2m,壩頂寬6m,長(zhǎng)634m.1971年2月在壩東北12.9km處發(fā)生里氏6.6級(jí)地震,致使主壩發(fā)生巨大滑坡,壩的上游部分帶動(dòng)壩上部9.2m高的壩體和壩頂一起坍落滑向水庫20多米遠(yuǎn)。
事故發(fā)生后,救援人員立即采取了如下措施:一方面立即運(yùn)來砂袋加固筑高壩的低陷部位;另一方面緊急撤離壩下游地區(qū)8萬居民;此外,通過2條泄水道和3條引水管排放水庫中的水。
經(jīng)初步調(diào)查和后期進(jìn)一步挖槽、鉆孔取樣研究得出,壩內(nèi)有大范圍土區(qū)在地震后液化,但液化區(qū)被外圍強(qiáng)度較高的非液化土約束住,因而直到液化區(qū)內(nèi)有足夠擴(kuò)張力,促使外圍土向外和向下移動(dòng)時(shí),才出現(xiàn)大規(guī)模滑動(dòng)。
4.3新疆西克爾水利工程
西克爾水庫[10,11]位于新疆伽師縣東北西克爾鎮(zhèn),1959年建成使用,為均質(zhì)土壩,設(shè)計(jì)庫容10053萬立方米,屬大型攔河式平原水庫。該工程自建成以來共經(jīng)歷了15次地震,其中較嚴(yán)重的有3次:1961年4月13日發(fā)生6.5級(jí)地震,震中距水庫約30km,致使220m長(zhǎng)的壩出現(xiàn)沉陷崩塌,余壩產(chǎn)生165條裂縫;1996年3月19日發(fā)生6.4級(jí)地震,壩段出現(xiàn)涌沙,裂縫,局部產(chǎn)生沉陷;2002年3月3日,阿富汗發(fā)生里氏7.1級(jí)地震,造成水庫副壩段出現(xiàn)決口,并迅速擴(kuò)大到50m左右,決口流量約120立方米/s,損失慘重。
由于西克爾水庫運(yùn)行年限長(zhǎng),且早年建設(shè)時(shí)沒有進(jìn)行地質(zhì)勘探,因此極易糟受地震破壞。多次地震后,主要采取的措施有:
(1)加高壩頂,壩后設(shè)置壓重,并鋪設(shè)無紡布反濾。
(2)大壩決口后,進(jìn)行搶險(xiǎn)封堵,修復(fù)缺口。
(3)按庫區(qū)基本烈度八度進(jìn)行設(shè)計(jì)校核,對(duì)西克爾水庫主壩、副壩和其它建筑物進(jìn)行加固修復(fù)。針對(duì)部分壩段壩基地震液化問題,主壩采用壓蓋重措施,以進(jìn)一步提高防滲流土、壩體抗裂和抗?jié)B性能。副壩部分改線,采用粘料含量高的土進(jìn)行填筑,加固填筑總方量為
58.59萬立方米,其中粘土39.29萬立方米,占60%.
4.4北京密云水庫
密云水庫位于北京密云縣城北13km處,庫容43.8億立方米,是北京市民用、工業(yè)用水的主要來源。水庫始建于1958年9月,分白河、潮河、內(nèi)湖三個(gè)庫區(qū),主要建筑有白河主壩(高66m,長(zhǎng)1100m)、潮河主壩(高56m,長(zhǎng)960m)和5道副壩等。
1976年7月28日,河北唐山發(fā)生里氏7.8級(jí)強(qiáng)烈地震,白河主壩發(fā)生強(qiáng)烈扭動(dòng),主壩水面以下6萬平方米的塊石坡和砂礫保護(hù)層滑落,受損嚴(yán)重。地震后,采取的主要措施[6]有:
(1)及時(shí)探測(cè)大壩裂縫,并派潛水員進(jìn)行水下探測(cè)。
(2)通過筑堰建閘,把密云水庫分隔成兩個(gè)庫區(qū),放空庫水后,進(jìn)行全面檢查加固。清除白河主壩上的砂礫保護(hù)層,加厚鋪蓋粘土斜墻,改用碴石保護(hù)層,往水下填粘土及砂石達(dá)20萬m2.隨后,打通白河廊道、削坡清基,進(jìn)行壩體加固。
(3)加固了3座副壩,并增建了3條泄水隧洞、1座溢洪道等。白河主壩加固工程于1977年11月21日完成,達(dá)到了國家一級(jí)工程標(biāo)準(zhǔn),至今完好。
5.小結(jié)
地震后受損水利工程修復(fù)是項(xiàng)復(fù)雜的工作,要因地制宜盡快采取最合適的方法進(jìn)行修復(fù)。幾條主要結(jié)論如下:
(1)地震發(fā)生后,各級(jí)水行政主管部門應(yīng)該對(duì)境內(nèi)的水利工程,尤其是堤防、水庫大壩、水閘等工程進(jìn)行排查,及時(shí)掌握工程破壞的情況及其隱患,有針對(duì)性地制定搶修方案。對(duì)地位重要、關(guān)系重大、危險(xiǎn)性高的受損水利工程,要抓緊修復(fù),確保度汛安全。
(2)壩和地基土料的液化,是導(dǎo)致垮壩或嚴(yán)重破壞的主要原因,此外,較普遍的震害有滑坡、開裂、沉陷和位移。
(3)盡可能保證水壩順利泄水,降低蓄水位,避免出現(xiàn)垮壩事故。
(4)目前對(duì)于水利工程一般都有相應(yīng)的突發(fā)事故(如地震、洪水等)預(yù)警機(jī)制,但對(duì)于如何應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的險(xiǎn)情,采取必要的工程措施,尚是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié),宜提高認(rèn)識(shí),加強(qiáng)要應(yīng)的工作。
(5)對(duì)山區(qū)河流因沿岸崩山、泥石流等形成的堰塞湖,要當(dāng)機(jī)力斷主動(dòng)盡早清除,以避免水位升高,堰塞湖潰決形成洪災(zāi)。
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