【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管道地质灾害预警监测领域，具体涉及一种穿越坡体管道悬管灾害监测预警方法。
技术介绍
1、根据国外的统计数据显示，在管道运营期间，造成损害的原因不再主要源于管材、焊接、防腐以及其他结构缺陷，而是由外力引起的，例如洪水灾害、地震、滑坡、塌方以及其他一些意外事故等。相关公开数据显示，外力事故在损害总数中占据50％～60％的比例。以中缅管道玉溪支线为例，沿线90％以上的区域位于山区丘陵地貌，沿线地势复杂，山高谷深，沟壑纵横，地质灾害频繁发生。因此，管道建设及运行过程中势必会受到各种外部因素的影响，特别是在复杂的山区，管道设计需将地质灾害防治纳入核心设计，这包括对各类地质灾害的准确评估和采取切实有效的治理措施，以确保管道的正常安全运行，在山区地质灾害频发的情况下，深入了解地质环境和采取有效的防治措施是确保管道安全运行的关键。需要在工程设计上进行改进，包括采用更耐久和适应地质条件的材料，设计中考虑地质灾害的可能性，以提高管道的抗灾能力。综上，对于复杂山区地段的管道设计，必须全面考虑地质环境，采取科学有效的措施，才能确保管道地长期安全运行。
2、长输油气管道的安全运营很大程度受到沿途地质状况的影响，其中，近年来管道悬空灾害频繁，逐步引起了人们的重视。在雨季时期，管道穿越坡体由于管沟水土流失造成管道悬空灾害严重威胁到输油气管道运输安全。进一步因管道悬空造成的管道断裂、油气泄漏、环境污染等安全事故，将导致重大经济损失，影响社会能源相关产业发展。因此，及时实现对穿越坡体管道水毁灾害地实时监测显得尤为重要。
3、
技术实现思路
1、为了克服
技术介绍
中的技术问题，本专利技术提供了一种穿越坡体管道悬管灾害监测预警方法，可对穿越坡体的管道悬空灾害进行有效可靠的监测预警。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种穿越坡体管道悬管灾害监测预警方法，包括以下步骤：
3、步骤a.在穿越坡体的管道顶部设置承压弹簧；所述承压弹簧对管道产生与其轴线垂直向下挤压的预压力，所述承压弹簧连接滑动变阻器，滑动变阻器通过直流电源将该预压力值转化为电信号；
4、步骤b.采集坡体坡度、管道管径、管沟的数据参数，建立管道临界支撑力预警计算模型，定义管道所受到与其轴线垂直向下的力为fn：fn＝g2cosθ+ft，式中：g2＝ρ密vsg
5、vs＝lsbshs
6、ft＝kδx
7、在上述公式中，fn为管道所受到与其轴线垂直向下的力，单位n；g2为管道上部的土压力，单位n；ρ密为管道上部埋土的密度，单位kg/m3；vs为管道上部埋土的体积，单位m3；ls为管道上部埋土的长度，以穿越坡体的实际管道长度计量，单位m；bs为管道上部埋土的宽度，即管道直径，单位m；hs为管道上部埋土的厚度，单位m；θ为沿坡体埋设管道的倾角，单位度°；ft为承压弹簧对管道产生与其轴线垂直向下挤压的预压力，单位n；k为弹性系数；δx为承压弹簧的变形量，单位m；
8、定义管道所受到与其轴线垂直向上的力为fz：fz＝fc
9、式中：fz为管道所受到与其轴线垂直向上的力，单位n；fc为管道底部受到的与其轴线垂直向上支撑力，单位n；
10、步骤c.建立临界预警计算模型，设置承压弹簧预压力的安全阈值fa：fa＝λfn
11、其中式中：fa为预压力的安全阈值，单位n；λ为安全系数，取值范围0.3～0.5，fn为管道所受到与其轴线垂直向下的力，单位n；
12、管道所受到的与其轴线垂直方向合力为f合：f合＝fn-fz
13、推导：f合＝g2cosθ+ft-fc；
14、式中：f合为管道所受到的与其轴线垂直方向合力，单位n；fn为管道所受到与其轴线垂直向下的力，单位n；fz为管道所受到的与其轴线垂直向上的力，单位n；
15、将fa和f合进行比较，f合<fa时，管道为正常状态；当f合≥fa时，达到临界状态，管道有悬空风险；
16、推导：g2cosθ+ft-fc<fa，即当ft<fa+fc-g2cosθ，管道为正常状态，当ft≥fa+fc-g2cosθ，达到临界预警状态，管道有悬空风险；
17、步骤d.通过实时监测所述承压弹簧连接的滑动变阻器转化为电信号的预压力值ft，当预压力值ft小于fa+fc-g2cosθ时，管道为正常状态；当预压力值ft大于等于fa+fc-g2cosθ时，管道进入悬空风险状态，进行管道悬管灾害预警。
18、进一步，所述步骤a中，所述承压弹簧将预压力转化为电信号的方法如下：
19、所述承压弹簧预压力值ft根据胡克定律ft＝kδx得到承压弹簧变形量δx，式中k为弹性系数，δx为承压弹簧的变形量，单位m；
20、所述预压力值ft等于fa+fc-g2cosθ时，δx＝l,δx为承压弹簧临界变形量，此时对应的滑动变阻器临界阻值r′：r′＝ρl/s；
21、式中：r′为临界阻值，单位ω；l为接入直流电源电路的滑动变阻器电阻丝长度，单位m；s为电阻丝的横截面积，单位m2；ρ为电阻丝的电阻率，单位ω·m；
22、对应的临界预警电流值为i′：由欧姆定律r′＝u/i′，计算得到i′；
23、式中：r′为临界预警阻值，单位ω；u为电源电压，单位v；i′为临界预警电流，即电流预警阈值，单位a。
24、进一步，所述穿越坡体的每根独立的管道至少设置三个承压弹簧,并呈等距排布。该设计避免了因单个承压弹簧的偶发性差异导致的检测数据偏差，并通过多个承压弹簧的互为备份，保障了检测数据的准确性和预警的可靠性。可对整个坡体管道底部的水土流失进行监控。
25、进一步，相邻的承压弹簧之间的间距为10～30m。可根据管道的管径、刚度进行间距调整，满足预警的灵敏度要求。
26、本专利技术还公开了实现本监测预警方法采用的一种穿越坡体管道悬管灾害监测预警装置，包括密封箱，还包括设于穿越坡体管道的顶部并与之贴合的承压板、承压弹簧、传力杆、滑动变阻器，所述承压板通过传力杆连接设于密封箱内的承压弹簧和滑动变阻器；所述滑动变阻器连接有直流电源和数据处理器。
27、进一步，所述传力杆、承压弹簧和滑动变阻器均与管道的轴线相垂直，用于承压弹簧对管道产生与其轴线垂向下挤压的预压力，对其底部的悬空灾害进行准确预警。
28、进一步，所述承压板呈与管道相似的弧形，可使承压弹簧对管道准确产生与其轴线垂向下方向挤压的预压力。
29、进一步，所述直流电源包括有蓄电池和太阳能光伏板，所述数据处理器连接有信号无线发射装置。本装置无需外接电源，通过信号无线发射装置，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种穿越坡体管道悬管灾害监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种穿越坡体管道悬管灾害监测预警方法，其特征在于，所述步骤A中，所述承压弹簧将预压力转化为电信号的方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种穿越坡体管道悬管灾害监测预警方法，其特征在于，所述穿越坡体的每根独立的管道至少设置三个承压弹簧,并呈等距排布。
4.根据权利要求3所述的一种穿越坡体管道悬管灾害监测预警方法，其特征在于，相邻的承压弹簧之间的间距为10～30m。
【技术特征摘要】
1.一种穿越坡体管道悬管灾害监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种穿越坡体管道悬管灾害监测预警方法，其特征在于，所述步骤a中，所述承压弹簧将预压力转化为电信号的方法如下：
3.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张绍科，任蕊，匡野，徐江，杨成程，朱登科，张晓周，叶小兵，张洁，王联朱，郭发龙，王善容，王勋湛，
申请(专利权)人：四川省地质工程勘察院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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