基于磁法勘探的冲刷监测方法技术

基于磁法勘探的冲刷监测方法，属于结构安全监测技术领域。其特征是：直接采用铁磁性物质作为传感元件埋入天然石块或混凝土预制块封装制作具有自感知特性的磁法冲刷传感器，并将上述传感器与磁力仪复合构建冲刷监测系统。冲刷监测时，在结构基础易冲刷区域预先布设或与防护抛石一起抛掷磁法冲刷传感器，采用磁力仪探测磁法冲刷传感器位置改变信息，实时监测结构基础冲刷状态。本发明专利技术的效果和益处是克服了淤泥层厚度及洪水等恶劣环境因素对结构冲刷监测的影响，且具有操作简单、测试精度高、性能稳定等突出优点，可广泛应用于水库大坝、河道堤防以及桥梁与海洋平台等重大工程结构冲刷监测与防护之中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于结构安全监测
，涉及一种基于磁法勘探的土木工程结构冲刷 监测方法。
技术介绍
冲刷是水库大坝、河道提防以及桥梁与海洋平台等重大工程结构破坏的重要原因 之一。洪涝灾害是我国自然灾害中危害最大、损失最严重的灾害。作为防洪工程体系的重 要组成部分，水库大坝与河道提防工程的安全状态直接关系着工程沿线人民的生命财产安 危以及国家经济发展与社会安定。然而，由于自然、社会以及经济条件的限制，我国现有水 库大坝与河道提防工程仍存在坝/提基条件差、筑填土料严重不足、护根根石坡度不足及 深度不均勻等缺点，在水流特别是洪水冲刷作用下经常会发生地基土或护根根石大量流失 现象，引起水库大坝与河道防护工程发生渗漏、滑坡以及崩岸等险情，严重者导致提坝溃决 事故。此外，水流冲刷作用也严重影响着桥梁与海洋平台等结构的安全性，在过去30年里， 美国近60%桥梁垮塌事故是由于桥墩冲刷引起的，且每年需要耗费近5000万美元用于公 路桥梁洪水冲刷损坏的修复与维护。鉴于此，发展可靠的冲刷监测方法及时掌握水库大坝、 河道提防以及桥梁与海洋平台等重大工程结构冲刷与安全状态，已成为结构安全监测领域 亟需解决的重要工程问题之一。目前冲刷监测方法主要有铅锤测探、人工锥探等接触式探测技术以及声纳、地质 雷达、直流电阻率等非接触探测技术，但这些探测技术均存在很大的局限性传统的铅锤测 探与人工锥探等接触式探测技术存在人力物力耗费大、探测结果易受测量人员素质影响等 缺点，特别是水上作业对测量人员的安全造成很大威胁，难以满足洪水状态下的冲刷监测 需求；而现代化的声纳、雷达与直流电阻率等非接触式探测技术虽然安装测试容易、人力物 力耗费小，但其测试结果难以提取，特别是其测试结果易受水流中淤泥和碎片等影响，难以 满足洪水灾害环境中的稳定测试需求。因此，冲刷监测亟需稳定可靠探测手段。磁法勘探是地球物理调查的重要技术手段，其基本原理是采用磁力仪对含磁性矿 物地质体引起的地磁场异常进行测量，通过分析各类岩、矿石的磁性差异以及地磁场异常 特征，从而确定含磁性矿物的地质体或探测对象存在的空间位置和几何形状。由于磁力仪 测试精度的限制，磁法勘探的应用最初主要局限于矿产资源勘探、油气田勘查以及地面地 质调查等大型地质体的探测领域。伴随着磁力仪的更新以及测试精度的提高，特别是质子 磁力仪与光泵磁力仪的面世，磁法勘探技术已经从传统大型地质物探领域逐渐扩张到未爆 炸炸弹、地雷、水雷、海底沉船以及地下管线探测等工程应用领域，并体现出了操作简单、测 试精度高、性能稳定可靠、测试结果受淤泥层厚度及洪水影响小等突出优点。上述磁法勘 探技术应用的一个共同特征是被探测对象的空间位置和几何形状是固定不变的，实际探测 中，通过移动磁力仪位置来探测被探测对象所处区域的地磁场异常强度，从而反演确定被 探测对象的空间位置和几何形状，尚没有采用磁法勘探技术探测、确定移动被测对象空间 位置和几何形状方面的相关报道；而水库大坝、河道提防以及桥梁与海洋平台等重大工程结构冲刷的一个重要特征是结构基础地基土或护根根石在水流冲刷作用不断地流失，即空 间位置发生改变。鉴于此，本专利技术基于磁法勘探技术基本原理，构建磁法勘探技术测试移动 被测对象空间位置变化的方法，提供一套稳定可靠的冲刷监测技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有操作简单、测试精度高、性能稳定可靠等优点的 ，解决了洪水灾害等恶劣环境中结构冲刷监测手段问题。本专利技术的技术方案是直接采用铁磁性物质作为传感元件埋入天然石块或混凝土 预制块封装制作具有自感知特性的磁法冲刷传感器，并将上述传感器与磁力仪复合构建冲 刷监测系统。冲刷监测时，在水库大坝、河道提防以及桥梁与海洋平台等重大工程结构基础 易冲刷区域预先布设或与冲刷防护抛石一起抛掷磁法冲刷传感器，采用磁力仪探测磁法冲 刷传感器位置改变信息，实时监测结构基础冲刷状态。铁磁性物质传感元件采用磁块或铁 块中的一种。本专利技术的工作原理是布设或抛掷在水库大坝、河道提防以及桥梁与海洋平台等 重大工程结构基础易冲刷区域的磁法冲刷传感器，其内部埋入的铁磁性物质传感元件将会 在磁法冲刷传感器所处位置处激励一个地磁场异常，在水流冲刷作用下，随着磁法冲刷传 感器的移动，埋入铁磁性物质传感元件激励起的地磁场异常强度将发生改变，通过磁力仪 实时探测地磁场异常强度变化，从而反演得到磁法冲刷传感器的位置信息。本专利技术在铁磁性物质传感元件埋入天然石块或混凝土预制块后，采用环氧树脂或 水泥砂浆对铁磁性物质传感元件进行封装保护，提高铁磁性物质传感元件防水、耐腐及耐 久性能，以适应水库大坝、河道提防以及桥梁与海洋平台等重大工程结构粗放式施工以及 洪水灾害等恶劣服役环境中长期稳定测试需求。本专利技术的效果和益处是直接采用铁磁性物质作为传感元件与天然石块或混凝土 预制块复合制作磁法冲刷传感器，充分发挥了磁法勘探技术操作简单、测试精度高、性能稳 定可靠、测试结果受淤泥层厚度及洪水影响小等突出优点，同时兼备了水库大坝、河道提防 以及桥梁与海洋平台等重大工程结构基础防护抛石的冲刷防护功能，可在广泛应用于水库 大坝、河道提防以及桥梁与海洋平台等重大工程结构冲刷监测与防护之中。附图说明附图1是本专利技术的磁法冲刷传感器结构示意图。图中1天然石块或混凝土预制块；2铁磁性物质；3水泥砂浆或环氧树脂。附图2是本专利技术的实施示意图。图中(a)正视图；(b)俯视图。具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施例。磁法冲刷传感器结构构造如图1所示，该传感器包括1天然石块或混凝土预制块； 2铁磁性物质以及3水泥砂浆或环氧树脂。磁法冲刷传感器各部件之间的连接与制作方 法为首先根据具体测试距离和精度需求，确定天然石块或混凝土预制块以及埋入铁磁性物质的形状和大小，铁磁性物质是磁块或铁块中的一种；之后，制作天然石块或混凝土预制 块，并在天然石块或混凝土预制块表面开表面开口大，内部开口小的阶梯型槽，混凝土预制 块也可以采用磨具预先浇筑成形阶梯型槽，同时将阶梯型打磨粗糙；然后，将铁磁性物质放 入阶梯型槽最底部，并采用改型丙烯酸酯胶粘剂(AB胶)固定其位置；最后，采用环氧树脂 或水泥砂浆对铁磁性物质进行密封保护，环氧树脂或水泥砂浆填满整个阶梯槽。针对桥梁基础冲刷监测问题，图2给出了的实施 例，其具体布设与测试方法是首先，根据桥梁基础冲刷特征，确定桥梁基础易冲刷区域，并在易冲刷区域内沿桥 梁基础纵向及水平面内预先布设或与桥梁基础护根抛石一起抛掷磁法冲刷传感器，如图 2(a)和(b)所示。磁法冲刷传感器的具体布设位置和数量，根据实际测试需求确定。桥梁基础遭受水流冲刷作用时，磁法冲刷传感器的位置将会随着桥梁基础地基土 或护根抛石的流失而变化，从而引起埋入铁磁性物质激励的地磁场异常强度发生改变。冲 刷监测时，采用磁力仪实时探测地磁场异常强度变化量△ Ti,确定各预先布设或抛掷的磁 法冲刷传感器的位置改变量AR:权利要求1.，其特征在于直接采用铁磁性物质(2)作为传感元 件埋入天然石块或混凝土预制块(1)封装制作具有自感知特性的磁法冲刷传感器，并将上 述传感器与磁力仪复合构建冲刷监测系统；冲刷监测时，在结构基础易冲刷区域预先布设 或与冲刷防护抛石一起抛掷磁法冲刷传感器，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于磁法勘探的冲刷监测方法，其特征在于：直接采用铁磁性物质（２）作为传感元件埋入天然石块或混凝土预制块（１）封装制作具有自感知特性的磁法冲刷传感器，并将上述传感器与磁力仪复合构建冲刷监测系统；冲刷监测时，在结构基础易冲刷区域预先布设或与冲刷防护抛石一起抛掷磁法冲刷传感器，采用磁力仪探测磁法冲刷传感器的位置改变信息，实时监测结构基础冲刷状态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周智，黄明华，何建平，欧进萍，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[]