河南洛陽(yáng)嵩縣水利局 陳海波

水利大壩裂縫轉(zhuǎn)異診斷中的小波分析方法

河南洛陽(yáng)嵩縣水利局 陳海波

在現(xiàn)在情況中，工程中的很多問題都可以用偏微分方程的求解。小波分析法就是這種計(jì)算中的一種，小波分析法的定義具有很大的開放性，所以在各種問題上進(jìn)行運(yùn)用，只要能夠選對(duì)方法就能夠進(jìn)行解題。本文用小波分析方法對(duì)水利大壩上的裂縫診斷中建立模型，結(jié)合水利大壩的工程實(shí)例,利用小波分析方法提取裂縫變形,在此基礎(chǔ)上建立模型對(duì)裂縫進(jìn)行診斷，這種方法現(xiàn)在被廣泛運(yùn)用，在實(shí)踐中已經(jīng)為結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行提供支持。

大壩 裂縫 診斷 小波分析

何謂小波分析法，小波分析法是一種微積分計(jì)算法，在實(shí)際上，經(jīng)常為各種工程問題提供決策，應(yīng)用小波變換的圖像分解和重構(gòu)來對(duì)水利大壩上的裂縫進(jìn)行診斷，是比較可靠的方法，在診斷同時(shí)可以進(jìn)行裂縫性質(zhì)的識(shí)別。他的作用方法比較復(fù)雜，但是原理基本可以分為首先對(duì)水利大壩上的圖像進(jìn)行小波分解，根據(jù)小波系數(shù)模最大值和相位(梯度方向)這兩個(gè)分量的大小確定邊緣的位置。并通過實(shí)驗(yàn)分析和討論了不同的小波基、不同分辨率水平、重構(gòu)中使用的分解子圖像對(duì)路面圖像裂縫分割的影響，最后用簡(jiǎn)單的閾值技術(shù)生成二值圖像，把裂縫從背景圖像中分離出來。

在工程學(xué)上，由于混凝土的結(jié)構(gòu)處于一種變化狀態(tài)，但在特殊情況下，混凝土的結(jié)構(gòu)在其他特殊情況的作用下，裂縫就會(huì)演變成為不連續(xù)狀態(tài)，比如在地震或是其他的地址結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況下，或是其他的情況，裂縫的突變基本就是成為裂縫轉(zhuǎn)異，裂縫轉(zhuǎn)異是一種比較常見的情況，通過一些工程方法可以做到測(cè)出或是修補(bǔ)。

裂縫是可以通過資料的實(shí)際測(cè)算而得知其演變過程的，基本上來說，每道裂縫的影響因素不外乎水壓、溫度和時(shí)效，而前兩者能夠引起的裂變主要是彈性的，而時(shí)效變形的原因就非常復(fù)雜了，基本上來說，時(shí)效變形綜合反映了大壩結(jié)構(gòu)的變形以及有些原因不明的不可逆變形；當(dāng)時(shí)效變形突然增大時(shí)說明著裂縫轉(zhuǎn)異，因此工程專家們一般通過分析裂縫時(shí)效變形來判斷裂縫轉(zhuǎn)異。

一、小波分解方法對(duì)裂縫的檢測(cè)和分析

小波分析法是一種信號(hào)的時(shí)間一頻率分析方法，將裂縫的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)序列看成由不同頻率成分組成的數(shù)字信號(hào)序列，時(shí)效變化部分表現(xiàn)為低頻(長(zhǎng)周期)的變化，由此可采用小波分析來提取裂縫的時(shí)效變形；之后可以采取其他方法來做提取和演算等，但是不可否認(rèn)，小波分析法在計(jì)算裂縫的過程中具有非常典型的價(jià)值和意義。

裂縫實(shí)測(cè)資料序列可以看成一個(gè)由不同頻率成分組成的數(shù)字信號(hào)序列，其中受水位、溫度等影響部分具有一定的周期性，受隨機(jī)因素及觀測(cè)誤差影響的隨機(jī)部分表現(xiàn)為高頻率(短周期)的顫動(dòng)，而時(shí)效(趨勢(shì))變化部分則表現(xiàn)為低頻率(長(zhǎng)周期)的變化。以下簡(jiǎn)單的概述下其流程與方法。

首先將小波多層分析的裂縫信號(hào)序列隨機(jī)的成分剔除，除此以外還要剔除水位溫度變化而引起的高頻部分，剩下的低頻部分也就是時(shí)效因素的部分，就是能夠?qū)Υ髩瘟芽p的發(fā)展進(jìn)行觀測(cè)的部分，這就是我們上面介紹的裂縫的時(shí)效變形。

然后將小波分析中所能夠利用的低頻部分變換成為低頻系數(shù)，低頻系數(shù)對(duì)于尺度增加非常敏感，可以在很短的時(shí)間期間內(nèi)裂縫變化進(jìn)行分辨，而這種精確度在對(duì)信號(hào)的趨勢(shì)表現(xiàn)得更為明顯。

二、應(yīng)用實(shí)例

我們可以以某大壩為例來對(duì)小波分析法的準(zhǔn)確過程進(jìn)行一個(gè)衡量。比如此大壩的該重力壩頂高126m，最大壩高74m，壩頂寬9m，壩底寬57.5m，那么再加上自左向右有28個(gè)壩段。我們可以據(jù)此來算算這個(gè)裂縫的異轉(zhuǎn)情況，再挑選一個(gè)測(cè)點(diǎn)為基礎(chǔ)分析該測(cè)點(diǎn)處裂縫是否發(fā)生轉(zhuǎn)異?？梢韵劝凑招〔ǚ治龇ǖ牧鞒汤眯〔ǚ治隼碚撎崛r(shí)效變形，然后選取時(shí)效變化較顯著的區(qū)段進(jìn)行分析，在該大壩的裂縫信號(hào)序列上最為顯著的是1979年到1982年底的那段，可以以此為例。結(jié)合該大壩運(yùn)行的實(shí)際情況可以分析出具體的原因，原因可能是因?yàn)樵谠谠摃r(shí)段內(nèi)出現(xiàn)了地震等情況，雖然震級(jí)不強(qiáng)烈但是經(jīng)過其他的一些不明情況使得裂縫開度明顯增大，出現(xiàn)轉(zhuǎn)異。這與信號(hào)所顯示的低頻段基本一致。該方法中裂縫時(shí)效的提取或計(jì)算是至關(guān)重要的，傳統(tǒng)的時(shí)效計(jì)算方法雖然能夠反映裂縫的發(fā)展演變趨勢(shì)，但卻受人為因素影響較大，而且不能具體反映裂縫究竟在何時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)異。本文采用小波分析理論提取裂縫的時(shí)效變形，利用相平面來對(duì)裂縫是否發(fā)生轉(zhuǎn)異進(jìn)行診斷，識(shí)別裂縫的時(shí)效轉(zhuǎn)異點(diǎn)。

三、結(jié)語

本文由于篇幅較為短小，本應(yīng)用小波分析和突變理論相結(jié)合的方法，針對(duì)裂縫的時(shí)效變形，建立模型，但是無法在文中展開，所以就運(yùn)用小波分析法的理論與實(shí)踐進(jìn)行結(jié)合以后來推斷出小波分析法在應(yīng)用過程中的實(shí)用性和可操作性，他的確是為大壩裂縫的轉(zhuǎn)異情況提供了很好的檢測(cè)和分析的思路。

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[5] 劉照升,宋作忠;小波分析在超聲測(cè)試信號(hào)分析中的應(yīng)用[J];哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);2000年04期:78

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