[發(fā)明專利]用于脹縮性土環(huán)境的地下水在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110516107.1
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113324617B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王振興;李向全;李金秋;馬劍飛;桂春雷;劉聰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所
• 主分類號: G01F23/14
• 分類號: G01F23/14;G01B21/32;G01B21/02
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50230
• 代理人: 任葦

本發(fā)明屬于地下水監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于脹縮性土環(huán)境的地下水在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)及方法，所述用于脹縮性土環(huán)境的地下水在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)包括：水位監(jiān)測模塊、土體位移監(jiān)測模塊、中央控制模塊、預(yù)警模塊、疏排水模塊、更新顯示模塊。本發(fā)明提供的用于脹縮性土環(huán)境的地下水在線監(jiān)測與預(yù)警方法，通過水位傳感器測定脹縮性土及下部含水層水位變化，同時在脹縮性土的底部界面設(shè)定位移傳感器，監(jiān)測土體位移變形，設(shè)定閾值警報器，一旦水位高度達到臨界值，或位移開始變化到某設(shè)定臨界值，就發(fā)出警報，通過自動抽取地下水，進行疏排水，解決水位上漲問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地下水監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于脹縮性土環(huán)境的地下水在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

脹縮性土遇到水后會膨脹變形，影響工程建筑的穩(wěn)定性。尤其在如高速鐵路、高速公路、南水北調(diào)等重大線性工程的脹縮性土分布區(qū)，脹縮性土的工程穩(wěn)定性嚴重制約著工程的安全運營。現(xiàn)有的施工方法多從地表至地基處理所涉及的深度范圍進行了土體換填或快速封閉等施工措施，防止脹縮性土受降水影響，但在某些地區(qū)脹縮性土底部含水層的地下水位，受壓采和外調(diào)水源補給影響在持續(xù)上漲，一旦大量水分擴散上升至脹縮性土分布層位，會導(dǎo)致脹縮性土遇水膨脹，使上部的構(gòu)筑物受損，嚴重影響重大工程的安全運營。

現(xiàn)有的用于大型工程的地下水監(jiān)測設(shè)備多是埋在土體中的滲壓計，考察內(nèi)外壓是否平衡，但只單純考慮了孔隙水壓力。脹縮性土具有水敏感性和急劇變形特征，由于毛細上升作用，在飽和水位上至膨脹土之前，水分會優(yōu)先擴散至脹縮性土層位，同時由于含水層的滲透性能及脹縮性土毛細吸力的差異，飽和水位與脹縮性土距離相同條件下的水分遷移量不同，因此需要根據(jù)土體的粒徑及滲透系數(shù)確定的最大毛細上升高度劃定較為精確的臨界水位值。同時為了保證安全，同時設(shè)定土體變形的臨界值，及時疏排地下水。

這種水分敏感的脹縮性土環(huán)境地下水監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)尚未見報道。因此，亟需一種基于水位及土體位移雙控的脹縮性土環(huán)境地下水在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于脹縮性土環(huán)境的地下水在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種用于脹縮性土環(huán)境的地下水在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，所述用于脹縮性土環(huán)境的地下水在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)包括：

水位監(jiān)測模塊、土體位移監(jiān)測模塊、中央控制模塊、預(yù)警模塊、疏排水模塊、更新顯示模塊。

水位監(jiān)測模塊，與中央控制模塊連接，用于水位傳感器測定脹縮性土及下部含水層中水位變化信息；

其中水位傳感器通過施工的小孔徑監(jiān)測井安裝在水底及水面之上各一個，通過測定水壓與氣壓差折算水位高度；可以是自主設(shè)計的傳感器也可以是Diver等產(chǎn)品。

土體位移監(jiān)測模塊，與中央控制模塊連接，用于通過設(shè)定的位移傳感器監(jiān)測土體位移變形情況；

其中土體位移傳感器安裝在脹縮性土體層底一個以及脹縮性土體中間一個或多個；用以監(jiān)測不同部位的土體變形量；可以是自主設(shè)計的傳感器也購置具有連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)的位移傳感器產(chǎn)品。當任意一個土體位移傳感器監(jiān)測到的變形量超過預(yù)警值即觸發(fā)警報。

中央控制模塊，與水位監(jiān)測模塊、土體位移監(jiān)測模塊、預(yù)警模塊、疏排水模塊、更新顯示模塊連接，用于通過中央處理器協(xié)調(diào)控制所述用于脹縮性土環(huán)境的地下水在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)各個模塊的正常運行；

預(yù)警模塊，與中央控制模塊連接，用于通過設(shè)定的閾值警報器對異常水位計位移情況進行預(yù)警通知；

設(shè)定水位閾值警報器，一旦水位上升至水位臨界值h，或土體位移變化臨界值β，就發(fā)出警報。

其中水位臨界值h的測算是：水位距脹縮性土底層的距離一旦小于脹縮性土毛細上升最大高度(乘以安全系數(shù)后的高度)，就發(fā)出警報。