[發明專利]一種模擬復雜雨洪條件下的基礎設施內部濕度場監測實驗系統

在審

• 申請號: 202211024943.9
• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN115406812A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 喬亞寧;張舒悅;王亞新;司自超;金寧;谷甜甜;馬濤
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京博識智信專利代理事務所(普通合伙) 16067
• 代理人: 孫炎

本發明公開了一種模擬復雜雨洪條件下的基礎設施內部濕度場監測實驗系統，包括復雜雨洪模擬系統及復雜雨洪條件基礎設施內部濕度場監測系統；復雜雨洪模擬系統包括水箱、馬氏瓶以及雨洪支架，馬氏瓶底部通過連接管與水箱底部連通，水箱上部設置開口，其內設置水泵，水泵通過輸水管連接雨落管，雨落管設置于雨洪支架上，雨落管底部設置數個雨落噴嘴，本發明解決了傳統雨洪模擬系統不能精確模擬雨洪強度的弊端，同時結合所埋設的不同層濕度傳感器所反饋的實時數據，可實現對道路路基的全過程濕度場變化監測，利用該模型可實現不同強度雨洪的加載試驗，具有很好的可重復性。

技術領域

本發明涉及濕度監測實驗系統領域，具體是指一種模擬復雜雨洪條件下的基礎設施內部濕度場監測實驗系統。

背景技術

臺風、強降雨等極端天氣而造成的洪澇災害是道路、城市工程中較為常見的自然災害，降水向低洼地區匯集，將致使低洼區域積水過多，淹沒城市設施、道路；為了合理確立路面高程，防止道路在強降雨期間被洪水淹沒，需進行極端暴雨洪水位的模擬計算；如公開號為CN104198353A，專利名稱為透水路面雨洪徑流近似試驗模擬裝置及方法的中國專利，改專利解決了透水路面雨洪徑流近似試驗模擬問題，但不能模擬的復雜雨洪條件尤其是真實雨洪條件下的基礎設施內部濕度變化規律，且傳感器安放位置未經過優化，因此測得非基礎設施內部濕度變化最大處的規律。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為：一種模擬復雜雨洪條件下的基礎設施內部濕度場監測實驗系統，包括復雜雨洪模擬系統及復雜雨洪條件基礎設施內部濕度場監測系統；

所述復雜雨洪模擬系統包括水箱、馬氏瓶以及雨洪支架，所述馬氏瓶底部通過連接管與水箱底部連通，所述水箱上部設置開口，其內設置水泵，所述水泵通過輸水管連接雨落管，所述雨落管設置于雨洪支架上，所述雨落管底部設置數個雨落噴嘴，所述雨落噴嘴上設置流量調節旋鈕；所述復雜雨洪條件基礎設施內部濕度場監測系統設置于雨洪支架內并位于雨落噴嘴下部；

所述復雜雨洪條件基礎設施內部濕度場監測系統包括上部開口的模擬箱體，所述模擬箱體內由上至下依次設置瀝青混凝土層、基層石料層以及地基土層，所述地基土層內設置多組濕度傳感器，所述濕度傳感器通過信號發射器與計算機進行數據通信。

優選地，其實驗方法，包括以下步驟：

(1)通過查詢當地氣象資料，找到需要模擬的小時雨洪強度數據，選擇精確到每小時的平均雨洪強度，然后建立優化模型，以擬合的殘差平方和為目標函數，以泵的最大流量為約束條件，對每一條雨落管的雨洪流量大小和開閉小時進行優化，具體的，按照以下公式進行優化：

(1.1)設實際雨洪流量A＝[a₁,a₂,a₃,…a₂₄]^T

上式中a_i表示第i個小時的實際雨洪流量，單位為mm/h，1≤i≤24，且i為整數；

(1.2)5個水泵的限定流量為B＝[b₁,b₂,b₃,b₄,b₅]^T

上式中b_i表示第i個水泵的最大流量，單位為L/h，1≤i≤5，且i為整數；

(1.3)5個水泵的模擬合理流量為X＝[x₁,x₂,x₃,x₄,x₅]^T

式中x_i表示第i個水泵的模擬流量，單位為L/h，1≤i≤5，且i為整數；

(1.4)每個水泵的開啟關閉時間為