一种土石坝坝内渗水监测系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种土石坝坝内渗水监测系统及其使用方法，综合利用光纤监测技术以及电磁感应监测技术对反映土石坝坝内渗水状态的多种参数进行监测，获得监测位置土石坝坝内渗水状态的综合评价结果。另外，基于对土石坝坝内监测位置的长期实时监测数据，开展对土石坝坝内渗水状态的综合分析，并根据参数监测结果对土石坝坝内渗水状态进行预警。该装置的特点是结合光纤监测技术与电磁感应监测技术，实现对土石坝坝内监测点多种渗流参数的实时同步监测，进而完成对土石坝坝内渗流状态的实时综合评价。另外，基于对土石坝坝内多测点的长期监测数据的分析，推演临界状态参数值，发布土石坝渗流状态预警信息。石坝渗流状态预警信息。石坝渗流状态预警信息。

【技术实现步骤摘要】
一种土石坝坝内渗水监测系统及其使用方法


[0001]本专利技术涉及大坝廊道监测领域，尤其涉及一种土石坝坝内渗水监测系统及其使用方法，用于实时监测反映土石坝坝内渗水状态的多项参数，并基于监测结果进行土石坝渗流状态预警。

技术介绍

[0002]土石坝由于其取材方便、施工便捷等优点，在水利工程中得到了广泛的应用。为保证大量土石坝工程的安全长效运行，工程管理人员需要对土石坝结构状态进行实时监控。其中，土石坝的渗流状态是安全管理人员关注的重要问题；渗流监测作为土石坝的重点监测项目，因此寻求出一种全面、科学的土石坝坝内渗水监测系统以及使用方法对于保障土石坝以及相关水利工程建筑物的稳定安全有重大的意义。
[0003]目前，对于土石坝渗流监测主要有布设在坝内的渗压监测项目，然而土石坝的渗流状态不单单反映在渗压监测参数上，例如坝内监测点内部湿度、内部变形等监测参数同样能够表征土石坝的渗水状况，因此，仅通过土石坝渗压监测结果开展对土石坝渗流状态评价不够全面、具体。此外，过去对土石坝坝内渗流的监测仅停留在监测数据采集，再基于监测数据的异常变化对管理人员进行提示的阶段，而面对复杂多变的自然条件和水库运行调度等实际情况，土石坝的管理人员需要掌握其实时渗流状态，并期望通过定性的监测预警指标指导相关管理人员的对土石坝坝内的渗流状态进行评估并采取相应的应急处理措施，传统的非即时监测数据处理模式无法面对灵活多变的实际工程状况。
[0004]针对上述问题，本专利技术旨在提供一种土石坝坝内渗水监测系统及其使用方法，实现对土石坝坝内渗流进行实时监测，并结合多项监测结果对土石坝坝内渗流状态即时发布预警的集成装置。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种土石坝坝内渗水监测系统及其使用方法，综合利用光纤监测技术以及电磁感应监测技术对反映土石坝坝内渗水状态的多种参数进行监测，获得监测位置土石坝坝内渗水状态的综合评价结果。另外，基于对土石坝坝内的长期实时监测数据，开展对土石坝坝内渗水状态的综合分析，并根据参数监测结果对土石坝坝内渗水状态进行预警。为了达到上述目的，本专利技术公开了一种土石坝坝内渗水监测系统及其使用方法，首先确定监测点布设位置，对于每一监测点设置监测数据综合分析模块，温
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湿度监测模块，内部位移监测模块和渗压监测模块。其中，温
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湿度监测模块利用光纤传感器对内部温度、湿度进行监测，位移监测模块通过应力传感器测量埋入土体的内壁转轴的位移实现对土体位移的监测，渗压监测模块通过埋设在渗压钻孔中的振弦式渗压计对土石坝坝内渗压进行监测。最后，监测数据综合分析模块基于各项渗流相关监测数据对土石坝渗流状态进行综合分析，并通过人机交互屏幕发布稳定性预警信息。该装置的特点是结合光纤监测技术与电磁感应监测技术，实现对土石坝坝内监测点多种渗流参数的实时同步监测，进而
完成对土石坝坝内渗流状态的实时综合评价。另外，基于对土石坝坝内多测点的长期监测数据的分析，推演临界状态参数值，发布土石坝渗流状态预警信息。
[0006]本专利技术提供了一种土石坝坝内渗水监测系统及其使用方法，该装置包括：监测数据综合分析模块，温
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湿度监测模块，内部位移监测模块和渗压监测模块组成；所述的监测数据综合分析模块用于接受存储各项监测数据，并通过数据分析，对土石坝坝内渗水状况进行预警发布，包括一个中央处理器，一个外接显示屏，一个线路保护罩，多条数据传输线和坝体内部结构；所述的温
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湿度监测模块通过光纤传感器对土石坝坝内建筑材料内部的温度、湿度状态进行监测，包括一个光信号发射器，一条光纤，一个耦合器件，一个光信号处理器；所述的内部位移监测模块利用位移传感器测量库区边坡内部位移，通过对埋入土体的转轴的位移测量实现对土体位移的监测，包括一条数据线，一个固定架，一个柔性保护壳，一个应力传感器和一个内壁转杆；所述的渗压监测模块根据电磁感应效应，通过测量由渗透水压作用在弹性膜片上使电磁线圈振动频率改变的频率信号实现土石坝土体渗压监测，包括膨润土干泥球，一个振弦式渗压计，细砂，粗砂反滤料，一个仪器电缆，一个热敏电阻，一个渗压计外壳，一个感应装置和透水石。
[0007]优选地，所述的监测数据综合分析模块中，所述的中央处理器安装于线路保护罩内部，用于存储并分析各项监测数据，内置电源，其工作电压为220V，其内存为500~1000G；所述的外接显示屏用于人机交互，指导工作人员进一步处理监测数据并显示发布预警信息，内置电源，其工作电压为220V，其分辨率为1920
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1080；所述的线路保护罩用于隔离保护监测设备，其材质为ABS塑料，其厚度为3~7mm；所述的数据传输线用于连接监测设备与中央处理器，其长度为50~200cm；所述的坝体内部结构为监测对象，并作为监测设备的安置面；优选地，所述的温
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湿度监测模块中，所述的光信号发射器用于产生光信号，内置电源，其工作电压为220V；所述的光纤用于传输光信号，其材质为玻璃纤维，其长度为2~10m；所述的耦合器件实现光电信号的转化，所述的光信号处理器用于处理调制光信号，内置电源，其工作电压为220V；优选地，所述的内部位移监测模块中，所述的数据线用于连接应力传感器与中央处理器，其长度为30~100cm；所述的固定架用于固定内壁转杆，其材质为不锈钢，其厚度为3~7mm；所述柔性保护壳用于保护内部位移监测模块设备，与外部土体隔离，其材质为合成橡胶，其厚度为2~5mm；所述的应力传感器用于测量内壁转杆在土压力作用下产生的应力，内置电源，其工作电压为3.3~5.5V；所述的内壁转杆其材质为不锈钢，其长度为2~5cm，其厚度为3~7mm；优选地，所述的渗压监测模块中，所述的膨润土干泥球用于密封渗压计装置，所述的振弦式渗压计用于测量土体渗压，由细砂包裹，其测量范围为0~1000kPa；所述的细砂用于保持渗压计周围的饱和渗透状态，所述的粗砂反滤料用于防止细砂流失，所述的仪器电缆用于连接振弦式渗压计与数据存储器，其外部绝缘材质为聚氯乙烯，其长度为30~50cm；所述的热敏电阻用于测量设备所处环境温度；所述的渗压计外壳材质为不锈钢，其厚度为2~5mm；所述的感应装置用于测量变化的电磁振动频率，其测量范围1800~3000Hz；所述的透水石用于阻挡小颗粒土壤进入感应装置内部；所述的一种土石坝坝内渗水监测系统及其使用方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）根据土石坝坝内设计资料确定测点布设规则，在土石坝坝内监测点上下游测分别预设一组横向钻孔和纵向钻孔。
[0008]（2）将固定架安装于柔性保护壳内，通过固定架将内壁转杆安装于柔性保护壳内侧，将应力传感器安装于内壁转杆上，将装置放入预设位移监测钻孔中，通过数据线将应力传感器与中央处理器连接。
[0009]（3）依次将热敏电阻、感应装置和透水石安装于渗压计外壳内，由渗压计外壳内引出仪器电缆，用于连接多个渗压监测钻孔内多个振弦式渗压计。
[0010]（4）向振弦式渗压计预设渗压监测钻孔中倒入中粗砂反滤料至一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土石坝坝内渗水监测系统，其特征在于，该装置包括：监测数据综合分析模块，温
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湿度监测模块，内部位移监测模块和渗压监测模块组成；所述的监测数据综合分析模块用于接受存储各项监测数据，并通过数据分析，对土石坝坝内渗水状况进行预警发布，包括一个中央处理器（a1），一个外接显示屏（a2），一个线路保护罩（a3），多条数据传输线（a4）和坝体内部结构（a5）；所述的温
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湿度监测模块通过光纤传感器对土石坝坝内建筑材料内部的温度、湿度状态进行监测，包括一个光信号发射器（b1），一条光纤（b2），一个耦合器件（b3），一个光信号处理器（b4）；所述的内部位移监测模块利用位移传感器测量库区边坡内部位移，通过对埋入土体的转轴的位移测量实现对土体位移的监测，包括一条数据线（c1），一个固定架（c2），一个柔性保护壳（c3），一个应力传感器（c4）和一个内壁转杆（c5）；所述的渗压监测模块根据电磁感应效应，通过测量由渗透水压作用在弹性膜片上使电磁线圈振动频率改变的频率信号实现库区边坡土体渗压监测，包括膨润土干泥球（d1），一个振弦式渗压计（d2），细砂（d3），粗砂反滤料（d4），一个仪器电缆（d5），一个热敏电阻（d6），一个渗压计外壳（d7），一个感应装置（d8）和透水石（d9）。2.根据权利要求1所述的一种土石坝坝内渗水监测系统，其特征在于，所述的监测数据综合分析模块中，所述的中央处理器（a1）安装于线路保护罩（a3）内部，用于存储并分析各项监测数据，内置电源，其工作电压为220V，其内存为500~1000G；所述的外接显示屏（a2）用于人机交互，指导工作人员进一步处理监测数据并显示发布预警信息，内置电源，其工作电压为220V，其分辨率为1920
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1080。3.根据权利要2所述的一种土石坝坝内渗水监测系统，其特征在于，所述的线路保护罩（a3）用于隔离保护监测设备，其材质为ABS塑料，其厚度为3~7mm；所述的数据传输线（a4）用于连接监测设备与中央处理器（a1），其长度为50~200cm；所述的坝体内部结构（a5）为监测对象，并作为监测设备的安置面。4.根据权利要求1所述的一种土石坝坝内渗水监测系统，其特征在于，所述的温
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湿度监测模块中，所述的光信号发射器（b1）用于产生光信号，内置电源，其工作电压为220V；所述的光纤（b2）用于传输光信号，其材质为玻璃纤维，其长度为2~10m；所述的耦合器件（b3）实现光电信号的转化，所述的光信号处理器（b4）用于处理调制光信号，内置电源，其工作电压为220V。5.根据权利要求1所述的一种土石坝坝内渗水监测系统，其特征在于，所述的内部位移监测模块中，所述的数据线（c1）用于连接应力传感器（c4）与数据存储器（a14），其长度为30~100cm；所述的固定架（c2）用于固定内壁转杆（c5），其材质为不锈钢，其厚度为3~7mm；所述柔性保护壳（c3）用于保护内部位移监测模块设备，与外部土体隔离，其材质为合成橡胶，其厚度为2~5mm；所述的应力传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫，向衍，刘成栋，沈光泽，张凯，王亚坤，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：