[發明專利]基于NMR和北斗遙感聯測的大壩及邊坡穩定性監測預警方法

有效

• 申請號: 202110710122.X
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113432645B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 翟成;鄭仰峰;徐吉釗;余旭;孫勇;李宇杰;唐偉;叢鈺洲;朱薪宇
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01N24/08;G01C11/00;G08B21/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種基于NMR和北斗遙感聯測的大壩及邊坡穩定性監測預警方法，其特征在于：使用包括監控中心(A)、邊坡監控分站(B)、大壩監控分站(C)的監測預警系統，所述監控中心(A)包括順序連接的服務器(1)，監控中心無線數據傳輸電臺(2)和通訊塔(3)；邊坡監控分站(B)包括設置在邊坡頂部并順序連接的邊坡定向天線(4)，邊坡無線數據傳輸電臺(5)，邊坡核磁數據采集器(6)，所述大壩監控分站(C)包括設置在大壩(14)上順序連接的大壩定向天線(11)、大壩無線數據傳輸電臺(12)和大壩核磁數據采集器(13)；

具體步驟如下：

a.在邊坡(14)的坡頂搭建邊坡監控分站(B)，和在大壩(14)上搭建監控分站(C)，利用監控中心(A)的通訊塔(3)、邊坡監控分站(B)的邊坡定向天線(4)與大壩上搭建監控分站(C)的大壩定向天線(11)通過北斗通訊系統構成無線數據傳輸平臺；

搭建無線數據傳輸平臺具體如下：

a1.搭建邊坡監控分站(B)：在擬監測的邊坡(10)的頂部空曠地帶建立邊坡定向天線(4)，在邊坡定向天線(4)旁邊安裝邊坡無線數據傳輸電臺(5)用于采集核磁測試信號及微型核磁共振探頭(9)在監測鉆孔(7)中的位置信息；

a2.搭建大壩監測分站(C)：在擬監測大壩(14)的壩頂建立大壩定向天線(11)，并在壩頂安裝大壩無線數據傳輸電臺(12)來采集核磁共振測試信號及微型核磁共振探頭(9)在監測鉆孔(7)中的位置信息；

a3.搭建無線數據傳輸平臺：在監控中心(A)中建立總的通訊塔(3)，安裝監控中心無線數據傳輸電臺(2)，然后將通訊塔(3)、監控中心無線數據傳輸電臺(2)與服務器(1)相連接建立核磁信號及北斗遙感信號的云數據庫；

b.在大壩(14)的頂部根據大壩的走勢間隔設置多個監測鉆孔(7)，在大壩(14)頂部的監測鉆孔(7)中設置微型核磁共振探頭(9)并通過核磁數據線(21)與大壩無線數據傳輸電臺(12)相連接；在邊坡(10)上沿邊坡(10)走勢豎直設置多個監測鉆孔(7)，在監測鉆孔(7)中設置微型核磁共振探頭(9)，并通過核磁數據線(21)與邊坡核磁數據采集器(6)相連接；

c.使用邊坡(10)上設置的微型核磁共振探頭(9)和北斗遙感系統聯合進行邊坡(10)穩定性監測；

d.使用大壩(14)上設置的微型核磁共振探頭(9)和北斗遙感系統聯合進行大壩(14)滲漏及穩定性監測；

e.使用微型核磁共振探頭(9)核磁共振得到邊坡(10)和大壩(14)原位巖土體或壩體的含水量、滲透率、孔隙度參量；同時，使用數字圖像相關法對北斗遙感系統拍攝到的不同時間段的邊坡(10)和大壩(14)照片進行比對計算，得到邊坡(10)坡面和大壩(14)壩體的變形量數據，然后將數據上傳至云數據庫比對，從而判斷是否需要進行穩定性監測預警；

所述微型核磁共振探頭(9)包括上下組合設置的圓柱形磁體一(9-2)、圓柱形磁體二(9-3)和圓柱形磁體三(9-4)，其中圓柱形磁體一(9-2)和圓柱形磁體三(9-4)上下磁極相同，圓柱形磁體二(9-3)上下磁極與圓柱形磁體一(9-2)和圓柱形磁體三(9-4)相反，且圓柱形磁體一(9-2)和圓柱形磁體三(9-4)尺寸相同并大于圓柱形磁體二(9-3)，圓柱形磁體一(9-2)的上方側壁以及圓柱形磁體三(9-4)的下方側壁對稱設有多個導向輪(9-1)，其中整個圓柱形磁體二(9-3)側壁及部分圓柱形磁體一(9-2)和圓柱形磁體三(9-4)側壁外側均設有通電線圈(9-5)，圓柱形磁體一(9-2)、圓柱形磁體二(9-3)和圓柱形磁體三(9-4)在線圈(9-5)的作用下形成水平方形擴散的均勻磁場范圍(8)；

所述監測鉆孔(7)內設有等尺寸的PVC套管(16)，PVC套管(16)內壁設有與導向輪(9-1)位置匹配的導向槽(20)；核磁共振探頭(9)兩側的導向輪(9-1)通過鋼絲線(17)連接有升降臺(18)，升降臺(18)連接有升降控制器(19)，通過升降控制器(19)控制核磁共振探頭(9)在監測鉆孔(7)中水平升降；

所述的數據出現突變時是指綜合可表達損傷的變量：含水率變化率ε₁、孔隙度變化率ε₂、滲透率變化率ε₃、表面位移變化率ε₄計算得出邊坡(10)和大壩(14)損傷程度ω，計算公式如下：

ω＝λ₁ε₁+λ₂ε₂+λ₃ε₃+λ₄ε₄

式中a_初始和a_i分別為初始時刻和第i時刻含水率、孔隙度、滲透率和表面位移的數值，λ₁、λ₂、λ₃和λ₄分別為含水率變化率ε₁、孔隙度變化率ε₂、滲透率變化率ε₃和表面位移變化率ε₄的比例系數，其中λ₁、λ₂、λ₃和λ₄四個系數之和為1。