CN105738140A - 涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统及辨识方法，该系统包括主折板和承压竖梁，两个主折板一端分别与储电池铰接，两个主折板的另一端分别与连接杆铰接，在主折板两侧安装有横折板，在主折板的上方安装有与主折板连接的竖折板，储电池通过导线与压力进水槽连接；所述承压竖梁设有质承压梁，在承压竖梁的顶部安装有上承孔横梁，上承孔横梁的两端设有光纤穿引顶孔，上承孔横梁上设有分流槽，分流槽内设有穿过上承孔横梁的分流单孔，分流槽与压力进水槽连通。本发明其无需专用光纤、布设简单、施工方便，并具有分布式、实时性、灵变性等特点，在节省监测成本、提高监测效率和提升工程适应性等方面具有显著优势。

Description

涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统及方法

技术领域

本发明涉及涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统及方法，属于水工、海工等涉水工程安全隐患监测与健康诊断领域。

背景技术

大坝、堤防、水闸等涉水结构物及其基础，受填筑质量、地质状况等多因素影响，在长期的水荷载作用下，危及结构物及其基础安全的渗流隐患时有发生，若发现不及时、处理不得当，可能引发渗透破坏甚至造成溃决的极端情况，此类现象对于土石堤坝尤为突出。因此，开展涉水结构物及其基础渗流性态的监测与辨识理论研究，探研先进、实用、可靠的渗流性态辨识装置、方法等，一直是工程界和学术界高度关注的重要课题。

随着光纤传感技术的迅速发展和应用领域的不断拓展，在借助其获取涉水结构物及其基础温度变化信息的基础上，依据温度与渗流的关联机制，以实现渗流状况的监测和辨识，已成为光纤传感技术的一个重要研究和应用方向。但由于渗流隐患具有极强的随机性，影响因素多且机制复杂，监测环境又极其恶劣，致使该项技术的工程实际推广严重滞后于相关理论的研究，尤其对于土石类涉水建筑物及其基础渗流问题，土石散粒体结构形式多种多样，材料组成配比复杂多变，迫切需要研发一种可面向任意土石散粒体配比组成、可适应恶劣工作环境的渗流性态监测和辨识技术。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统及方法，其无需专用光纤、布设简单、施工方便，并具有分布式、实时性、灵变性等特点，在节省监测成本、提高监测效率和提升工程适应性等方面具有显著优势。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统，包括对称分布的主折板和框状的对称分布的承压竖梁，两个主折板一端分别与储电池铰接，两个主折板的另一端分别与连接杆铰接，在主折板两侧安装有横折板，在主折板的上方安装有与主折板连接的竖折板，储电池通过导线与压力进水槽连接；所述承压竖梁由顶部向底部依次设有第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁，在第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁中均设有至少两个变道孔，在承压竖梁与第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁组成的空间中填充有土石散粒，在承压竖梁的顶部安装有上承孔横梁，上承孔横梁的两端设有光纤穿引顶孔，上承孔横梁上设有分流槽，分流槽内设有穿过上承孔横梁的分流单孔，分流槽与压力进水槽连通。

作为优选，所述主折板为可伸缩结构。

作为优选，所述承压竖梁上设有若干个引通管，引通管与位于承压竖梁内的电阻温度计连接。

作为优选，所述竖折板垂直于主折板布设，竖折板与横折板相互垂直布设，横折板通过横折板连轴平行固定于主折板上。

作为优选，所述分流单孔沿主折板的对称中心对称分布，一侧的分流单孔孔数为奇数。

一种上述的涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统的辨识方法，包括以下步骤：

第一步，将普通传感光缆穿过一侧的光纤穿引顶孔，后依次穿过同侧的第一介质承载梁上、第二介质承压梁和第三介质承压梁任一处的变道孔，后以一定的弧度依次过渡到第一介质承载梁上、第二介质承压梁和第三介质承压梁上的另一个变道孔，最后通过另一侧的光纤穿引顶孔引出承压竖梁外；

第二步，将第三介质承压梁、第二介质承压梁和第一介质承载梁上普通传感光缆未穿过的变道孔进行封堵，后依据需要，分层埋设若干套电阻温度计与引通管；

第三步，将左右对称分布的承压竖梁穿过第三介质承压梁、第二介质承压梁和第一介质承载梁进行固定；

第四步，在上承孔横梁配置分流单孔孔数为奇数的分流槽，并将分流槽与压力进水槽进行连接，通过输电管线与储电池连接；

第五步，将主折板与储电池连接，后将主折板通过连接杆与另一侧的主折板进行连接，将竖折板安装于主折板内，将与竖折板垂直的横折板与主折板连接，最后将竖折板及横折板打开，为压力进水槽提供动力；

第六步，采集分流槽渗流水作用下的普通传感光缆信息，将其与电阻温度计获取的各层温度变化信息进行比对分析，实现渗流性态的辨识。

有益效果：本发明的本发明的涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统，不用特殊设计渗流监测专用光纤、布设简单、施工方便，有效弥补了传统监测技术及已有分布式光纤监测技术中的部分不足，本系统结构完整，可以实现流程化、自动化应用，在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有较大优势；本发明的涉水结构物及其基础的渗流性态辨识方法，依据光缆解调系统所测取的结果实时获得待测区域的温度场，并基于电阻温度计测值对其加以在线校正，从而通过待测区域的时程曲线变化特征，实现渗流性态的辨识；本发明可完成加热、降温、解调、分析等过程的一体化实现，极大提升了该技术在实际工程中的应用效率、推广能力

附图说明

图1为图1为本发明的结构图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中的1-1断面图。

其中：500-竖折板，501-竖折板方槽，502-竖折板通轴，503-横折板连轴，504-横折板，505-主折板，506-连接杆，507-主折板底轴，508-压力进水槽，509-输电管线，510储电池，511-分流槽，512-光纤穿引顶孔，513-分流单孔，514-上承孔横梁，515-承压竖梁，516-第一介质承载梁，517-第一变道孔，518-竖梁卡扣，519-第一介质容纳层，520-第二介质容纳层，521-第二介质承载梁，522-第二变道孔，523-第三介质容纳层，524第三介质承载梁，525-第三变道孔。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明的涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统，包括动力模块和辨识模块；所述动力模块包含竖折板500、横折板504、主折板505，所述竖折板500通过竖折板通轴502与主折板505连接，横折板504通过横折板连轴503与主折板505连接，竖折板500底端连接有竖折板方槽501，主折板505顶端安装有连接杆506，主折板505的底端通过主折板底轴507与储电池510连接，储电池510通过输电管线509与压力进水槽508连接；所述辨识模块包括分流槽511、第一介质承载梁516、第二介质承载梁521、第三介质承载梁524，分流槽511通过分流单孔513与上承孔横梁514连接，上承孔横梁514同时开设有光纤穿引顶孔512，第一介质承载梁516上开设有第一变道孔517，第一介质承载梁516通过竖梁卡扣518与承压竖梁515连接，第二介质承载梁520上布设有第二变道孔522，第三介质承载梁523上布设有第三变道孔525，第一介质承载梁516、第二介质承载梁521、第三介质承载梁524通过竖梁卡扣518与承压竖梁515连接；

在本发明中，所述动力模块与辨识模块均为对称布设；对称分布的主折板505通过与连接杆506铰接相互连接，主折板505为可伸缩结构，在需要调整时可以调整其长度来改变主折板505与水平面间的夹角，且主折板505可以沿着其中心线对折；

在本发明中，所述竖折板500垂直于主折板505布设，且竖折板500与横折板504相互垂直布设，竖折板500通过竖折板方槽501被固定于竖折板通轴502上，竖折板通轴502安装于主折板505内，横折板504通过横折板连轴503被平行固定于主折板505上，主折板底轴507被安置在储电池510上，主折板505可以绕着主折板底轴507进行自由转动，储电池510通过输电管线509为压力进水槽508提供动力；

在本发明中，所述单侧的分流槽511所设的分流单孔数为奇数，且分流单孔513横穿上承孔横梁514，且在上承孔横梁514靠近承压竖梁515侧开设有光纤穿引顶孔512，普通传感光缆需要穿过光纤穿引顶孔512，在上承孔横梁514与第一介质承载梁516之间为第一介质容纳层519，在第二介质承载梁521与第一介质承载梁516之间为第二介质容纳层520，在第三介质承载梁524与第二介质承载梁521之间为第三介质容纳层523。

在本发明中，所述第一介质承载梁516有第一变道孔517，第二介质承载梁521上开设有第二变道孔522，第三介质承载梁524上开设有第三变道孔525，承压竖梁515通过竖梁卡扣518将第一介质承载梁516、第二介质承载梁521和第三介质承载梁524连接在一起，且在承压竖梁515上沿着高程向安装有三套引通管526与电阻温度计527。

一种如上述的涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统的辨识方法，包括以下步骤：

(1)布设传感光缆

将ZTT-GYXTW-4A1a型传感光缆穿过一侧的光纤穿引顶孔512，根据本实施例的设定，选择左侧的第一介质承载梁516上的第二个第一变道孔517、第二介质承载梁521上的第三个第二变道孔522以及第三介质承载梁524上的第四个第三变道孔525为本例中ZTT-GYXTW-4A1a型传感光缆的布设通道，在将左侧引出的ZTT-GYXTW-4A1a型传感光缆以上述同样的布设通道依次从右侧的第四个第三变道孔525、第三个第二变道孔522、第二个第一变道孔517引出至对应侧的光纤穿引顶孔512，后引出本平台外以备信息采集，将布设好的传感光缆引至SentinelDTS-LR型号的分布式光纤测温主机上，通过E2000连接器与ZTT-GYXTW-4A1a型传感光缆相连。

(2)闭合辨识模块

将左右侧第三介质承载梁524、第二介质承载梁521和第一介质承载梁516的上ZTT-GYXTW-4A1a型传感光缆未经过的孔位通过金属圆片或者木塞进行封堵操作，本实施例中将掺杂有泥质的细砂分层填筑到左右侧的第一介质容纳层519、第二介质容纳层520、第三介质容纳层523中，且在每层中埋设一套LABOM型电阻温度计与引线的引通管，将左右对称分布的承压竖梁515穿过第三介质承载梁524、第二介质承载梁521和第一介质承载梁516后，利用竖梁卡扣518将第三介质承载梁524、第二介质承载梁521和第一介质承载梁516进行固定，通过左右对称分布的承压竖梁515可以将整个辨识模块最终完全封闭；

(3)系统动力储备

在上承孔横梁514上配置具有7个分流单孔的分流槽511，并将分流槽511与压力进水槽508进行连接，通过输电管线509与储电池510连接；调整主折板505与水平面的角度为45°，后将左右侧的主折板505通过连接杆506进行连接；通过横折板连轴503将横折板504固定于主折板505上，并打开横折板504，将竖折板500卡入竖折板方槽501中，并通过竖折板通轴502将竖折板500固定于主折板505中，打开竖折板500，待一定时间之后将获取的能量存储于储电池510中，为压力进水槽508提供动力。

(4)打开各设备开关、监测分析

将动力模块与辨识模块中的各个部件打开，通过压力进水槽508对第一介质容纳层519、第二介质容纳层520、第三介质容纳层523中掺杂有泥质的细砂层形成渗流压力，同时打开SentinelDTS-LR型号的分布式光纤测温主机，在设定时刻进行监测取值，后绘制传感光缆的时程变化曲线，记录电阻温度计527的数值，进行比对分析，解析时程曲线中持续变化较大的位置，实现渗流性态的辨识。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统，其特征在于：包括对称分布的主折板和框状的对称分布的承压竖梁，两个主折板一端分别与储电池铰接，两个主折板的另一端分别与连接杆铰接，在主折板两侧安装有横折板，在主折板的上方安装有与主折板连接的竖折板，储电池通过导线与压力进水槽连接；所述承压竖梁由顶部向底部依次设有第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁，在第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁中均设有至少两个变道孔，在承压竖梁与第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁组成的空间中填充有土石散粒，在承压竖梁的顶部安装有上承孔横梁，上承孔横梁的两端设有光纤穿引顶孔，上承孔横梁上设有分流槽，分流槽内设有穿过上承孔横梁的分流单孔，分流槽与压力进水槽连通。

2.根据权利1所述的涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统，其特征在于：所述主折板为可伸缩结构。

3.根据权利2所述的涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统，其特征在于：所述承压竖梁上设有若干个引通管，引通管与位于承压竖梁内的电阻温度计连接。

4.根据权利3所述的涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统，其特征在于：所述竖折板垂直于主折板布设，竖折板与横折板相互垂直布设，横折板通过横折板连轴平行固定于主折板上。

5.根据权利4所述的涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统，其特征在于：所述分流单孔沿主折板的对称中心对称分布，一侧的分流单孔孔数为奇数。

6.一种应用权利要求5所述的涉水结构物及其基础渗流性态光纤自适应辨识系统的辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将普通传感光缆穿过一侧的光纤穿引顶孔，后依次穿过同侧的第一介质承载梁上、第二介质承压梁和第三介质承压梁任一处的变道孔，后以一定的弧度依次过渡到第一介质承载梁上、第二介质承压梁和第三介质承压梁上的另一个变道孔，最后通过另一侧的光纤穿引顶孔引出承压竖梁外；

第二步，将第三介质承压梁、第二介质承压梁和第一介质承载梁上普通传感光缆未穿过的变道孔进行封堵，后依据需要，分层埋设若干套电阻温度计与引通管；

第三步，将左右对称分布的承压竖梁穿过第三介质承压梁、第二介质承压梁和第一介质承载梁进行固定；

第四步，在上承孔横梁配置分流单孔孔数为奇数的分流槽，并将分流槽与压力进水槽进行连接，通过输电管线与储电池连接；

第五步，将主折板与储电池连接，后将主折板通过连接杆与另一侧的主折板进行连接，将竖折板安装于主折板内，将与竖折板垂直的横折板与主折板连接，最后将竖折板及横折板打开，为压力进水槽提供动力；

第六步，采集分流槽渗流水作用下的普通传感光缆信息，将其与电阻温度计获取的各层温度变化信息进行比对分析，实现渗流性态的辨识。