[發明專利]基于磁法勘探的沖刷監測方法

無效

• 申請號: 201010623693.1
• 申請日: 2010-12-29
• 公開（公告）號: CN102071661A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 周智;黃明華;何建平;歐進萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: E02B1/00
• 分類號: E02B1/00;E02D33/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于結構安全監測技術領域，涉及一種基于磁法勘探的土木工程結構沖刷監測方法。

背景技術

沖刷是水庫大壩、河道堤防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構破壞的重要原因之一。洪澇災害是我國自然災害中危害最大、損失最嚴重的災害。作為防洪工程體系的重要組成部分，水庫大壩與河道堤防工程的安全狀態直接關系著工程沿線人民的生命財產安危以及國家經濟發展與社會安定。然而，由于自然、社會以及經濟條件的限制，我國現有水庫大壩與河道堤防工程仍存在壩/堤基條件差、筑填土料嚴重不足、護根根石坡度不足及深度不均勻等缺點，在水流特別是洪水沖刷作用下經常會發生地基土或護根根石大量流失現象，引起水庫大壩與河道防護工程發生滲漏、滑坡以及崩岸等險情，嚴重者導致堤壩潰決事故。此外，水流沖刷作用也嚴重影響著橋梁與海洋平臺等結構的安全性，在過去30年里，美國近60％橋梁垮塌事故是由于橋墩沖刷引起的，且每年需要耗費近5000萬美元用于公路橋梁洪水沖刷損壞的修復與維護。鑒于此，發展可靠的沖刷監測方法及時掌握水庫大壩、河道堤防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構沖刷與安全狀態，已成為結構安全監測領域亟需解決的重要工程問題之一。

目前沖刷監測方法主要有鉛錘測探、人工錐探等接觸式探測技術以及聲納、地質雷達、直流電阻率等非接觸探測技術，但這些探測技術均存在很大的局限性：傳統的鉛錘測探與人工錐探等接觸式探測技術存在人力物力耗費大、探測結果易受測量人員素質影響等缺點，特別是水上作業對測量人員的安全造成很大威脅，難以滿足洪水狀態下的沖刷監測需求；而現代化的聲納、雷達與直流電阻率等非接觸式探測技術雖然安裝測試容易、人力物力耗費小，但其測試結果難以提取，特別是其測試結果易受水流中淤泥和碎片等影響，難以滿足洪水災害環境中的穩定測試需求。因此，沖刷監測亟需穩定可靠探測手段。

磁法勘探是地球物理調查的重要技術手段，其基本原理是采用磁力儀對含磁性礦物地質體引起的地磁場異常進行測量，通過分析各類巖、礦石的磁性差異以及地磁場異常特征，從而確定含磁性礦物的地質體或探測對象存在的空間位置和幾何形狀。由于磁力儀測試精度的限制，磁法勘探的應用最初主要局限于礦產資源勘探、油氣田勘查以及地面地質調查等大型地質體的探測領域。伴隨著磁力儀的更新以及測試精度的提高，特別是質子磁力儀與光泵磁力儀的面世，磁法勘探技術已經從傳統大型地質物探領域逐漸擴張到未爆炸炸彈、地雷、水雷、海底沉船以及地下管線探測等工程應用領域，并體現出了操作簡單、測試精度高、性能穩定可靠、測試結果受淤泥層厚度及洪水影響小等突出優點。上述磁法勘探技術應用的一個共同特征是被探測對象的空間位置和幾何形狀是固定不變的，實際探測中，通過移動磁力儀位置來探測被探測對象所處區域的地磁場異常強度，從而反演確定被探測對象的空間位置和幾何形狀，尚沒有采用磁法勘探技術探測、確定移動被測對象空間位置和幾何形狀方面的相關報道；而水庫大壩、河道堤防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構沖刷的一個重要特征是結構基礎地基土或護根根石在水流沖刷作用不斷地流失，即空間位置發生改變。鑒于此，本發明基于磁法勘探技術基本原理，構建磁法勘探技術測試移動被測對象空間位置變化的方法，提供一套穩定可靠的沖刷監測技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有操作簡單、測試精度高、性能穩定可靠等優點的基于磁法勘探的沖刷監測方法，解決了洪水災害等惡劣環境中結構沖刷監測手段問題。

本發明的技術方案是：直接采用鐵磁性物質作為傳感元件埋入天然石塊或混凝土預制塊封裝制作具有自感知特性的磁法沖刷傳感器，并將上述傳感器與磁力儀復合構建沖刷監測系統。沖刷監測時，在水庫大壩、河道堤防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構基礎易沖刷區域預先布設或與沖刷防護拋石一起拋擲磁法沖刷傳感器，采用磁力儀探測磁法沖刷傳感器位置改變信息，實時監測結構基礎沖刷狀態。鐵磁性物質傳感元件采用磁塊或鐵塊中的一種。

本發明的工作原理是：布設或拋擲在水庫大壩、河道堤防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構基礎易沖刷區域的磁法沖刷傳感器，其內部埋入的鐵磁性物質傳感元件將會在磁法沖刷傳感器所處位置處激勵一個地磁場異常，在水流沖刷作用下，隨著磁法沖刷傳感器的移動，埋入鐵磁性物質傳感元件激勵起的地磁場異常強度將發生改變，通過磁力儀實時探測地磁場異常強度變化，從而反演得到磁法沖刷傳感器的位置信息。