[發明專利]基于電位觀測的堤壩管涌破壞演化狀態識別與預警方法

在審

• 申請號: 202211115401.2
• 申請日: 2022-09-14
• 公開（公告）號: CN115546997A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 劉潘;趙明階;汪魁;張欣;陳晗秋;陳強
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G08B21/18
• 分類號: G08B21/18;G01N27/00;E02B7/06
• 代理公司: 北京鼎德寶專利代理事務所(特殊普通合伙) 11823
• 代理人: 傅小強

1.一種基于電位觀測的堤壩管涌破壞演化狀態識別與預警方法，其特征在于：包括下列步驟：

步驟一：布設土石堤壩的電位觀測系統，實施電位測量，并計算實時電位增量；

步驟二：分析獲得的實時電位增量的分布特征和變化特征，并對土石堤壩管涌破壞的演化狀態進行識別；

步驟三：構建土石堤壩管涌破壞的預警體系，并利用管涌破壞演化狀態的識別結果，對土石堤壩管涌破壞實施實時預警。

2.根據權利要求1所述的基于電位觀測的堤壩管涌破壞演化狀態識別與預警方法，其特征在于：在步驟一中，包括下列步驟：

步驟1.1：以土石堤壩壩頂與下游壩坡面的交點為起點，沿上游方向設置垂直于壩軸線的測線L；

步驟1.2：沿測線L等間距布置j+1個電極，依次為M₀、M₁、……、M_j-1、M_j，其中，M₀位于測線L下游一側的端點，M_j位于測線L上游一側的端點；

步驟1.3：將測線L上的電極M₀作為供電電極A，并在壩趾點布置供電電極B，供電電極B與測線L處于同一堤壩斷面；供電電極A和供電電極B通過導線分別連接供電電源的正極和負極；

步驟1.4：將測線L上的電極M₁～M_j作為測量電極，并在壩頂布置測量電極N，測量電極N位于壩頂面的測線L的中垂線上；測量電極M₁～M_j和測量電極N通過導線分別連接電位測量裝置；

步驟1.5：電位測量裝置對土石堤壩進行等間隔時間逐次測量，并利用每次測量獲得的電位結果，進一步計算各測點的實時電位增量，測量總次數t≥3；

實時電位增量為測點的實時測量電位與土石堤壩結構完整時相同位置的電位的差值，計算模型如下：

式中：為第n次測量時測量電極M_i所在位置的實時電位增量；為第n次測量時測量電極M_i所在位置的實時測量電位；為堤壩結構完整時測量電極M_i所在位置的電位。

3.根據權利要求2所述的基于電位觀測的堤壩管涌破壞演化狀態識別與預警方法，其特征在于：在步驟二中，從第三次測量開始，利用每一次測量獲得的各測點的實時電位增量，比較任意兩相鄰測點的實時電位增量之間的大小關系，獲取所有測點的實時電位增量沿測線的分布特征；

同時，利用每一次測量與其前兩次測量獲得的各測點的實時電位增量，比較任意一個測點連續三次測量的實時電位增量之間的大小關系，獲取任意單個測點的實時電位增量隨時間的變化特征；利用每一次測量獲得的實時電位增量沿測線的分布特征和隨時間的變化特征，對土石堤壩管涌破壞的演化狀態進行實時識別。

4.根據權利要求3所述的基于電位觀測的堤壩管涌破壞演化狀態識別與預警方法，其特征在于：對土石堤壩管涌破壞的演化狀態進行實時識別的準則如下：

①當測線分布特征為且時間變化特征為時，判定土石堤壩無管涌破壞；

②當測線分布特征為且時間變化特征為時，判定土石堤壩存在管涌破壞，且處于始發狀態；

③當測線分布特征為且時間變化特征為時，判定土石堤壩存在管涌破壞，且處于管涌通道持續發展狀態；

④當測線分布特征為且時間變化特征為或時，判定土石堤壩存在管涌破壞，且處于管涌通道即將貫穿壩體狀態；

⑤當測線分布特征為且時間變化特征為時，判定土石堤壩存在管涌破壞，且處于管涌通道已貫穿壩體狀態。

5.根據權利要求4所述的基于電位觀測的堤壩管涌破壞演化狀態識別與預警方法，其特征在于：在步驟三中，構建預警體系：以管涌破壞危險程度、管涌破壞預警等級、管涌破壞預警程度和管涌破壞預警信號構建土石堤壩管涌破壞的預警體系；其中，管涌破壞危險程度包括五種程度，依次為無危險、低危險、中危險、高危險和極高危險；管涌破壞預警等級包括四個等級，依次為Ⅳ級、Ⅲ級、Ⅱ級和Ⅰ級；管涌破壞預警程度包括四種程度，依次為一般、嚴重、特別嚴重和極度嚴重；管涌破壞預警信號包括四種信號，依次為管涌破壞藍色預警信號、管涌破壞黃色預警信號、管涌破壞橙色預警信號和管涌破壞紅色預警信號。