【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种边坡监测测量技术，特别是涉及一种监测边坡土体渗透特征的方法与系统，属于环境监测测量技术、工程地质土体监测测量。
技术介绍
1、土体渗透系数是边坡重要的地质参数。在多种边坡安全稳定性分析、边坡灾害防治研究、边坡灾害监测预警技术中，边坡土体渗透系数几乎是不可或缺的土体特征参数，是边坡土体微观层面作用力平衡分析的基础。
2、现有土体渗透系数测量技术，大体有两种方案，第一类方案是采用现场土体采样结合实验室仪器分析。此类方案通常设计开发各类实验测量装置仪器，甚至针对不同土壤类型设计专门仪器，借助精密传感器采集相关数据。此类方案的优点是测量精度控制性好、测量结果准确性较高。明显的缺陷主要在于过程较为繁琐，时间相对较长；但更突出的缺陷则在于，仪器测量环境属于封闭理想环境，仪器模拟的环境条件改变有限，测试土样受力相对稳定均匀，测试环境与野外真实环境始终存在一定差异。
3、第二类方案是土体现场(原位)测量。这类方案技术设计的突出优点在于测量环境的野外真实性，能够针对性克服第一类方案的缺陷。然而，现有原位测量方案的技术缺陷同样明显。现有技术zl 201810501818.x公开一种土体原位渗透系数测量装置及测试方法，测量装置包括压力装置、压力控制器、水流测速计、测量杆、压力传感器、垂直仪、水箱、滤网；压力控制器与压力装置、水流测速计、压力传感器电性连接，压力控制器集压力显示、测量和控制于一体；产品的压力装置在压力控制器作用下，通过真空泵或者压力泵，既能对测量土体提供负压强，也能提供正压强，适用于沙土和粘土。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种边坡土体渗透系数测量技术，该技术能够实现野外原位且自然的测量技术价值。
2、为实现上述目的，本专利技术首先提供一种边坡土体渗透系数监测方法，其技术方案如下。
3、一种边坡土体渗透系数监测方法，其特征在于：确定地下测量位点p，设定测量区间t，t的起止时刻分别为t1、t2；测量采集点p地下水特征的监测数据d，所述监测数据d包括时刻t1与时刻t2的地下水高程a1与a2、时刻t2的地面排水口流量w；采用连通器原理排水测量法测量采集点p地下水特征数据d，并利用排水口水流运动特征指标反算pi地下水水位特征的测量方法，所述连通器原理排水测量法是基于连通器原理，用导水管将点pi透水筒地下水引至地面以上排水，并利用排水口水流运动特征指标反算pi地下水水位特征的测量方法；依式1测算点p土体渗透系数k，
4、
5、式中，k－地下测量位点土体渗透系数，m/s，
6、w－时刻t2的排水口流量，m3/s，依监测数据d确定，
7、r－影响半径，m，依测量设计操作参数确定，
8、r1－钻孔半径，m，依测量设计操作参数确定，
9、a1与a2－点p在t1与t2的地下水高程，m，依监测数据d确定，a3－钻孔孔口高程，m，依测量设计操作参数确定，
10、b－钻孔长度，m，依测量设计操作参数确定。
11、上述边坡土体渗透系数监测方法是基于连通器的液体流动能量平衡原理，将地下水引至地面以上，通过监测地面排水口水流运动参数数据，反演地下监测位点的土体渗透系数。基于前期研究，反演计算模型的数据基础包括钻孔数据与测量时刻的地下水变化参数，一是地面排水口水流运动监测数据(流量w)、二是地下水水位监测数据(高程a1与a2)。高程a1与a2可利用现有技术(如，cn 2023114987624，地下水水位高程测量方法、蓄水量测量系统及应用)测量得到。
12、本专利技术基于前期研究数据，对上述监测方法加以优化。具体是，基于达西定律，直接构建用排水口监测流速与测量位点土体渗透系数参数之间的反演计算模型，同时地下水动力粘度纳入反演计算模型，保证地下水流体性质对排水口流速的影响能够被计算模型测量体现。点p在时刻t的地下水高程a依式2计算。
13、
14、式中，a－点p在t的地下水高程(m)，v－时刻t的地面排水口流速(m/s)，μ－地下水动力粘度(pa·s)，l－导水管长度(m)，ρ－地下水密度(g/cm3)，c－导水管水力半径(m)，a0－排水口高程(m)，g—重力加速度(m/s2)。
15、上述优化方案中，地下水动力粘度μ可利用现有技术确定，如实验测量或直接查阅经验手册。为建立一套技术逻辑一致的技术方案，本专利技术进一步优化是解决利用排水口监测流速测算地下水动力粘度μ的技术问题。地下水流体动力粘度μ依式3方程组计算。
16、μ＝fρ式3-1
17、
18、式中，f－地下水运动粘度(m2/s)，e—地面环境温度(℃)。
19、上述边坡土体渗透系数监测方法的优化方案，除前述对反演计算的优化外，还包括如下对监测操作条件的优化。下述各项优化并非要求必须同时实施。
20、优化一、测量区间t内，测量装置地面排水口保持出水稳定，t为8h～24h。
21、优化二、导水管安装后，在排水口端进行辅助充盈水操作，使导水管管路满水，引导排水口排水。在边坡地下水监测中，通常会利用坡体临空面使导水管排水口低于进水口且形成一定高程差。因此，在引导排水口开始排水后，排水过程能够自发稳定进行，再无需任何抽充水的额外能耗。辅助充盈水操作可以是在排水口端抽气造成负压，或者从排水口向管路内逆向灌水等。
22、优化三、透水筒中插入n根导水管，n≥2，n根导水管的进水口透水筒内液面以下同一点、排水口在地面上相同高程处，n根导水管中一根为测量管，其余为助排管，从测量管的排水口测量采集点p地下水特征的监测数据d。该优化一方面保证对地水下高程a的测量能够在时刻t采集基于极细排水口的瞬时出水流速完成，另一方面又提高测量区间t内a1至a2的变化速率，使地水下变化特征明显更易捕捉，由此从两方面增进监测方案的灵敏度与精确度。n根导水管规格相同。对于不同边坡土体类型，导水管数量更完善的设计是：若边坡土体为黏土，n＝3～7，若边坡土体为粉土，n＝7～13，若边坡土体为砂土，n＝16～24。
23、优化四、钻孔及透水筒安装垂直于边坡坡面。
24、优化五、透水筒芯层套管末端的锥形透水石保持在地下单一含水层中，导水管内径小于5mm。
25、以本专利技术上述边坡土体渗透系数监测方法为基础，本专利技术同时提供一种地下水蓄水量监测测量系统，技术方案如下。
26、一种边坡土体渗透系数监测系统，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.边坡土体渗透系数监测方法，其特征在于：确定地下测量位点P，设定测量区间T，T的起止时刻分别为t1、t2；测量采集点P地下水特征的监测数据D，所述监测数据D包括时刻t1与时刻t2的地下水高程a1与a2、时刻t2的地面排水口流量W；采用连通器原理排水测量法测量采集点P地下水特征数据D，并利用排水口水流运动特征指标反算Pi地下水水位特征的测量方法，所述连通器原理排水测量法是基于连通器原理，用导水管将点Pi钻孔内透水筒地下水引至地面以上排水，并利用排水口水流运动特征指标反算Pi地下水水位特征的测量方法；依式1测算点P土体渗透系数k，
2.根据权利要求1所述监测方法，其特征在于：点P在时刻t的地下水高程a依式2计算，
3.根据权利要求2所述监测方法，其特征在于：所述地下水流体动力粘度μ依式3方程组计算，
4.根据权利要求1～3任一所述监测方法，其特征在于：所述测量区间T内，测量装置地面排水口保持出水稳定，T为8h～24h。
5.根据权利要求4所述监测方法，其特征在于：导水管安装后，在排水口端进行辅助充盈水操作，使导水管管路满水，引导排水口
6.根据权利要求4所述监测方法，其特征在于：透水筒中插入N根导水管，N≥2，N根导水管的进水口透水筒内液面以下同一点、排水口在地面上相同高程处，N根导水管中一根为测量管，其余为助排管，从测量管的排水口测量采集点P地下水特征的监测数据D；N根导水管规格相同。
7.根据权利要求6所述监测方法，其特征在于：若边坡土体为黏土，N＝3～7，若边坡土体为粉土，N＝7～13，若边坡土体为砂土，N＝16～24。
8.根据权利要求4所述监测方法，其特征在于：钻孔及透水筒安装垂直于边坡坡面。
9.根据权利要求4所述监测方法，所述透水筒芯层套管末端的锥形透水石保持在地下单一含水层中，导水管内径小于5mm。
10.利用权利要求1～9任一所述边坡土体渗透系数监测方法实现的边坡土体渗透系数监测系统，其特征在于：设定边坡土体渗透系数测量位点P，在点P开钻孔并置入透水筒，保证地下水进入透水筒，导水管进水口伸入透水筒内液面以下，导水管排水口引至地面；待排水口稳定出水，测量采集点P地下水特征的监测数据D；利用监测数据D与测量设计操作参数测算点P土体渗透系数k。
...【技术特征摘要】
1.边坡土体渗透系数监测方法，其特征在于：确定地下测量位点p，设定测量区间t，t的起止时刻分别为t1、t2；测量采集点p地下水特征的监测数据d，所述监测数据d包括时刻t1与时刻t2的地下水高程a1与a2、时刻t2的地面排水口流量w；采用连通器原理排水测量法测量采集点p地下水特征数据d，并利用排水口水流运动特征指标反算pi地下水水位特征的测量方法，所述连通器原理排水测量法是基于连通器原理，用导水管将点pi钻孔内透水筒地下水引至地面以上排水，并利用排水口水流运动特征指标反算pi地下水水位特征的测量方法；依式1测算点p土体渗透系数k，
2.根据权利要求1所述监测方法，其特征在于：点p在时刻t的地下水高程a依式2计算，
3.根据权利要求2所述监测方法，其特征在于：所述地下水流体动力粘度μ依式3方程组计算，
4.根据权利要求1～3任一所述监测方法，其特征在于：所述测量区间t内，测量装置地面排水口保持出水稳定，t为8h～24h。
5.根据权利要求4所述监测方法，其特征在于：导水管安装后，在排水口端进行辅助充盈水操作，使导水管管路满水，引导排水口排水。...
【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，孙红月，陈浩，马天行，章可颖，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。