[發明專利]一種土石壩壩內滲水監測系統及其使用方法

在審

• 申請號: 202110572771.8
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113447415A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 楊鑫;向衍;劉成棟;沈光澤;張凱;王亞坤
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 李浩成

1.一種土石壩壩內滲水監測系統，其特征在于，該裝置包括：監測數據綜合分析模塊，溫-濕度監測模塊，內部位移監測模塊和滲壓監測模塊組成；所述的監測數據綜合分析模塊用于接受存儲各項監測數據，并通過數據分析，對土石壩壩內滲水狀況進行預警發布，包括一個中央處理器（a1），一個外接顯示屏（a2），一個線路保護罩（a3），多條數據傳輸線（a4）和壩體內部結構（a5）；所述的溫-濕度監測模塊通過光纖傳感器對土石壩壩內建筑材料內部的溫度、濕度狀態進行監測，包括一個光信號發射器（b1），一條光纖（b2），一個耦合器件（b3），一個光信號處理器（b4）；所述的內部位移監測模塊利用位移傳感器測量庫區邊坡內部位移，通過對埋入土體的轉軸的位移測量實現對土體位移的監測，包括一條數據線（c1），一個固定架（c2），一個柔性保護殼（c3），一個應力傳感器（c4）和一個內壁轉桿（c5）；所述的滲壓監測模塊根據電磁感應效應，通過測量由滲透水壓作用在彈性膜片上使電磁線圈振動頻率改變的頻率信號實現庫區邊坡土體滲壓監測，包括膨潤土干泥球（d1），一個振弦式滲壓計（d2），細砂（d3），粗砂反濾料（d4），一個儀器電纜（d5），一個熱敏電阻（d6），一個滲壓計外殼（d7），一個感應裝置（d8）和透水石（d9）。

2.根據權利要求1所述的一種土石壩壩內滲水監測系統，其特征在于，所述的監測數據綜合分析模塊中，所述的中央處理器（a1）安裝于線路保護罩（a3）內部，用于存儲并分析各項監測數據，內置電源，其工作電壓為220V，其內存為500~1000G；所述的外接顯示屏（a2）用于人機交互，指導工作人員進一步處理監測數據并顯示發布預警信息，內置電源，其工作電壓為220V，其分辨率為1920×1080。

3.根據權利要2所述的一種土石壩壩內滲水監測系統，其特征在于，所述的線路保護罩（a3）用于隔離保護監測設備，其材質為ABS塑料，其厚度為3~7mm；所述的數據傳輸線（a4）用于連接監測設備與中央處理器（a1），其長度為50~200cm；所述的壩體內部結構（a5）為監測對象，并作為監測設備的安置面。

4.根據權利要求1所述的一種土石壩壩內滲水監測系統，其特征在于，所述的溫-濕度監測模塊中，所述的光信號發射器（b1）用于產生光信號，內置電源，其工作電壓為220V；所述的光纖（b2）用于傳輸光信號，其材質為玻璃纖維，其長度為2~10m；所述的耦合器件（b3）實現光電信號的轉化，所述的光信號處理器（b4）用于處理調制光信號，內置電源，其工作電壓為220V。

5.根據權利要求1所述的一種土石壩壩內滲水監測系統，其特征在于，所述的內部位移監測模塊中，所述的數據線（c1）用于連接應力傳感器（c4）與數據存儲器（a14），其長度為30~100cm；所述的固定架（c2）用于固定內壁轉桿（c5），其材質為不銹鋼，其厚度為3~7mm；所述柔性保護殼（c3）用于保護內部位移監測模塊設備，與外部土體隔離，其材質為合成橡膠，其厚度為2~5mm；所述的應力傳感器（c4）用于測量內壁轉桿（c5）在土壓力作用下產生的應力，內置電源，其工作電壓為3.3~5.5V；所述的內壁轉桿（c5）其材質為不銹鋼，其長度為2~5cm，其厚度為3~7mm。

6.根據權利要求1所述的一種土石壩壩內滲水監測系統，其特征在于，所述的滲壓監測模塊中，所述的膨潤土干泥球（d1）用于密封滲壓計裝置，所述的振弦式滲壓計（d2）用于測量土體滲壓，由細砂包裹，其測量范圍為0~1000kPa。

7.根據權利要求6所述的一種土石壩壩內滲水監測系統，其特征在于，所述的細砂（d3）用于保持振弦式滲壓計（d2）周圍的飽和滲透狀態，所述的粗砂反濾料（d4）用于防止細砂（d3）流失，所述的儀器電纜（d5）用于連接振弦式滲壓計（d2）與數據存儲器（a14），其外部絕緣材質為聚氯乙烯，其長度為30~50cm；所述的熱敏電阻（d6）用于測量設備所處環境溫度；所述的滲壓計外殼（d7）材質為不銹鋼，其厚度為2~5mm；所述的感應裝置（d8）用于測量變化的電磁振動頻率，其測量范圍1800~3000Hz；所述的透水石（d9）用于阻擋小顆粒土壤進入感應裝置（d8）內部。

8.一種利用權利要求1所述的一種土石壩壩內穩定性監測系統的使用方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）根據土石壩壩內設計資料確定測點布設規則，在土石壩壩內監測點上下游測分別預設一組橫向鉆孔和縱向鉆孔；

（2）將固定架（c2）安裝于柔性保護殼（c3）內，通過固定架（c2）將內壁轉桿（c5）安裝于柔性保護殼（c3）內側，將應力傳感器（c4）安裝于內壁轉桿（c5）上，將裝置放入預設位移監測鉆孔中，通過數據線（c1）將應力傳感器（c4）與中央處理器（a1）連接；

（3）依次將熱敏電阻（d6）、感應裝置（d8）和透水石（d9）安裝于滲壓計外殼（d7）內，由滲壓計外殼（d7）內引出儀器電纜（d5），用于連接多個滲壓監測鉆孔內多個振弦式滲壓計（d2）；

（4）向振弦式滲壓計（d2）預設滲壓監測鉆孔中倒入中粗砂反濾料（d4）至一定深度，將用細砂（d3）包裹的振弦式滲壓計（d2）放入鉆孔，繼續填入中粗砂反濾料（d4），最后在剩余孔深部分填入膨潤土干泥球（d1），將留出的儀器電纜（d5）另一端連接于中央處理器（a1）；

（5）將中央處理器（a1）安裝于壩體內部結構內部（a5），安裝線路保護罩（a2）將由光信號處理器（b4）、振弦式滲壓計（d2）及應力傳感器（c4）引出的數據傳輸線進行封裝；

（6）將光信號發射器（b1）安裝于土石壩壩內一側內部，耦合器件（b3）與光信號處理器（b4）安裝于土石壩壩內另一側內部，通過安裝于廊道頂部的光纖（b2）連接光信號發射器（b1）、耦合器件（b3）以及光信號處理器（b4），通過數據傳輸線（a4）將光信號處理器（b4）與中央處理器（a1）相連；

（7）安裝外接顯示屏（a2）于線路保護罩（a3）外部，通過數據傳輸線（a4）連接外接顯示屏（a2）與中央處理器（a1）；

（8）監測結束后，通過中央處理器（a1）進行數據分析，并自動根據各項監測數據進行風險評估分析，基于分析結果通過外接顯示屏（a2）發布土石壩壩內滲水預警結果。