[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

本發明公開了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，首先，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；然后，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；最后，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；能夠高效、快速地實現針對管涌破壞不同演化狀態的實時捕捉與實時預警，從而保障堤壩安全、減少災害損失，并提高土石堤壩動態探測和預警能力以及防災減災技術水平。

技術領域

本發明屬于土石堤壩管涌破壞探測技術領域，具體涉及基于電位觀測的堤壩管涌破壞演化狀態識別與預警方法。

背景技術

根據水利部統計，截止2020年底，我國已建成各類水庫9.8萬余座，其中約92％的水庫大壩為土石壩，此外，還建成5級及以上江河堤防總長度32.8萬公里。上述土石堤壩在防洪、發電、供水以及灌溉等方面發揮著重要作用，產生了巨大的經濟與社會效益。然而，約80％的現役土石壩和堤防工程始建于上世紀50至70年代，由于工程設計標準低、建設質量差、動植物活動的長期影響以及年久失修老化等原因，大部分土石堤壩存在不同程度的滲透破壞問題，且在汛期高水位時尤為突出，危及堤壩自身的結構穩定性和廣大人民群眾的生命財產安全。管涌作為典型的滲透破壞形式，發生數量多、分布范圍廣、危害程度大，極易引發壩體局部下陷、不均勻沉降和整體失穩，嚴重時甚至導致潰壩、決堤，因此成為土石堤壩失事的主要原因之一。據不完全統計，在1950年以后建造的土石壩中，由管涌誘發的潰壩事件占比高達54％。因此，對土石堤壩管涌破壞進行及時有效探測，獲取管涌破壞的相關演化信息，并實施實時預警，對于判定管涌破壞的演化程度、指導工程搶險干預和防范化解管涌破壞的致災風險具有十分重要的現實意義。

由于土石堤壩的管涌破壞具有強烈的隱蔽性，目前在工程實踐中主要借助地球物理勘探技術開展相關探測工作，雖然利用現有方法在堤壩產生管涌破壞后可以較為準確地診斷出已有管涌通道的位置和范圍，但從防災減災角度上看，仍屬于事后被動處置，無法實現針對管涌破壞程度和狀態的主動跟蹤、識別與預警。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，提供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，利用土石堤壩的電位分布特征及其變化規律，高效、快速地實現針對管涌破壞不同演化狀態的實時捕捉與實時預警，從而保障堤壩安全、減少災害損失，并提高土石堤壩動態探測和預警能力以及防災減災技術水平。

本發明的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，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。

進一步，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；