CN110424322A - 深孔试验数据采集装置及基于深孔试验的洞身选材方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的技术领域，具体涉及一种深孔试验数据采集装置及基于深孔试验的洞身选材方法。包括深孔模型，深孔模型包括进口、洞身和出口，洞身包括前段和后段，所述前段和后段之间通过横向扩散连接，洞身内壁在指定检测位置设有一个检测装置，检测装置沿轴向密封固定在洞身内，检测装置包括供水流通过的检测管体和设置在检测管体内用于检测水流的检测终端，检测管体的内壁为检测层，检测终端的信号输出端与单片机主体的信号接收端电连接。可以对深孔建设用的基筑材料进行快速的冲刷实验，检验基筑材料的实地使用情况，在不影响深孔在设计使用年限内正常使用的前提下，大幅度减小深孔的开凿建设成本。
Description
技术领域
本发明涉及的技术领域，具体涉及一种深孔试验数据采集装置及基于深孔试验的洞身选材方法。
背景技术
目前，随着高水头水利水电工程的兴建，高水头泄洪深孔被大量应用与坝身泄洪系统，承担着巨大的泄洪任务，泄洪的设计体型不仅需要保证自身结构的安全，而且同时还要考虑泄洪对下游稳定的影响，由于高拱坝坝体空间的各种限制，往往导致深孔进口与深孔出口无法处于同一直线上，由此深孔在坝体内可能存在一定的偏转角度，出于对下游安全的考虑，要求深孔下泄水舌落点在空间上分散排布，这就要求深孔出口必须使用一定的起挑或者下压的复合体型，种种因素导致深孔水力学问题及其复杂，由于深孔洞身体型渐变的存在，尤其是出口的纵向压缩，导致深孔出口水流横向具有较大的扩散角，当边墩距离不足时，就导致横向扩散水流冲击边墩，容易产生边墩结构失稳。
在深孔建设的过程中，为了保护深孔，使深孔不易被流水冲刷变形，在深孔的孔壁上通常会涂刷保护用的基筑材料。
在公开号为CN106836154A的中国发明中，公开了《一种具有减少出口水流横向扩散功能的新体型深孔》，包括带有事故阀门、检修阀门和横缝的深孔模型，所述深孔模型包括进口、洞身和出口，所述出口两侧均设有边墩，所述深孔模型的进口断面和出口断面均为矩形，所述进口断面垂直高度高于出口断面的垂直高度，且垂直高度的偏差不超过35％，所述进口断面的横向宽度小于出口断面的横向宽度。它具有更合理的体型，适用于进口断面与出口断面尺寸存在差别的深孔，同时能大幅度减少出口水流横向扩散现象，防止水流冲击边墩，有效保护深孔出口边墩的结构稳定。
上述发明虽然为深孔的开凿建设提供了一种切实有效的设计方案，但是在实际的工作过程中，由于地下水脉情况过于复杂，各地水流的温度、酸碱度、夹带泥沙的量以及水流速度均有一定差异，而上述因素会对相同的深孔基筑造成不同程度的侵蚀，严重的侵蚀甚至会造成深孔发生破坏性形变，导致深孔失效，而质量过好的基筑材料也有成本较高的问题，在某些流水侵蚀较弱的地区，选用质量较好的基筑材料也会产生浪费的现象。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种可以实现建立施工度的地下水脉模型，辅助深孔建设施工的技术人员快速模拟施工区域的地下水脉的水流情况，对深孔建设用的基筑材料进行快速的冲刷实验，检验基筑材料的实地使用情况，在不影响深孔在设计使用年限内正常使用的前提下，大幅度减小深孔的开凿建设成本的深孔试验数据采集装置及基于深孔试验的洞身选材方法。
本发明一种深孔试验数据采集装置的技术方案为：
包括带有事故阀门、检修阀门和横缝的深孔模型，所述深孔模型包括进口、洞身和出口，所述出口两侧均设有边墩，所述洞身包括前段和后段，所述前段和后段之间通过横向扩散连接，所述洞身内壁在指定检测位置设有一个检测装置，所述检测装置沿轴向密封固定在洞身内，所述检测装置包括供水流通过的检测管体和设置在检测管体内用于检测水流的检测终端，所述检测管体的内壁为检测层，所述检测终端的信号输出端与单片机主体的信号接收端电连接。
较为优选的，所述指定检测位置为洞身的前段、出口和深孔平面偏转起点中的任意一处位置。
较为优选的，所述检测装置还包括检测装置安装基座、霍尔磁性导流管道固定环和霍尔磁性导流管道，所述霍尔磁性导流管道包括位于外层的主管身和密封嵌固在主管身内部的检测管体，所述检测装置安装基座与洞身内壁固定连接，所述检测装置安装基座端部与霍尔磁性导流管道固定环固定连接，所述霍尔磁性导流管道密封嵌固在霍尔磁性导流管道固定环内。
较为优选的，所述检测终端包括薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器嵌设在检测管体内，且所述薄膜压力传感器外壁与检测管体内壁密封连接。
较为优选的，所述检测终端还包括霍尔传感器和计数叶轮，所述检测管体上设有安装孔，所述霍尔传感器设置在所述安装孔内并与主管身固定，所述霍尔传感器的检测端朝向检测管体中心，所述计数叶轮通过转轴固定在主管身上且其叶片与霍尔传感器检测端对应。
较为优选的，还包括
单片机主体，用于接收检测终端的数据并发送至显示终端显示输出、发送至云端存储器进行存储以及接收控制面板的控制信号控制检测终端的启闭；
控制面板，用于向单片机主体输出检测终端启闭控制信号；
显示终端，用于接收单片机主体发送的检测数据并显示输出；
云端存储器，用于云存储检测终端检测的数据信息。
较为优选的，所述检测装置的外壁通过补偿橡胶环与洞身内壁密封。
本发明一种基于深孔试验进行深孔洞身选材的方法，其技术方案为：
构建深孔模型和多个检测装置，并配置模拟水，所述检测装置具有供模拟水通过的可更换检测管体和设置在检测管体内部的检测终端，所述模拟水根据深孔地下水脉的地下水况进行设置，多个检测管体由不同基筑材料制成；
将检测装置沿轴向密封固定在洞身指定检测位置处后，从深孔模型的进口处向洞身内释放模拟水，进行模拟水冲刷试验；
实时读取检测终端采集的数据，并在标定时间后取下检测管体，获取检测管体内壁磨损程度数据，将所述磨损程度数据和检测终端采集的数据存储为当前检测位置的一组试验数据；
依次更换不同的检测管体，在该检测位置重复模拟水冲刷试验，获取该检测位置的其余多组试验数据，直至所有材质的检测管体全部试验完毕；
根据该检测位置的多组试验数据获取水流与基筑材料的磨损程度相关性，根据水流状况基于所述相关性进行洞身基筑材料选材。
较为优选的，所述检测位置为洞身前段、出口和深孔平面偏转起点中任意一处检测位置，一个检测位置的模拟水冲刷试验结束后再进行另一个检测位置的模拟水冲刷试验，每个检测位置的洞身基筑材料选材分别根据该检测位置的水流与基筑材料的磨损程度相关性进行选取。
较为优选的，所述模拟水中加入有中性标记液，所述检测管体内壁磨损程度数据为划痕量。
本发明的有益效果为：本方案通过在深孔模型的前段或深孔平面偏转起点处或出口处设置检测装置，利用检测装置测量出深孔模型的前段、深孔平面偏转起点处和出口处的水压和水流，大致了解深孔模型内的受力情况，再根据不同的对比试验中不同的检验层的不同磨损程度得知该检验层在当前的深孔模型的磨损程度，工作人员可以根据先前存储在云端存储器的存储资料和试验获得数据判断在当前地区中最合适设计完成的深孔的基筑材料，大幅降低深孔的建设成本，同时提高深孔建设的质量。
附图说明
图1为本发明的正面剖视图；
图2为本发明的检测装置的结构示意图；
图3为本发明的检测装置的主要结构示意图；
图4为本发明的检测装置的霍尔磁性导流管道的侧面剖视结构示意图；
图5为图4中A处的结构示意图；
图6为图4中B处的结构示意图；
图7为本发明的检测系统的主要结构示意图；
图8为本发明一种基于深孔试验进行深孔洞身选材的方法流程图。
图中标号说明：
110-横向扩散、111-进口、112-前段、113-后段、114-出口、1001- 检修阀门、1002-事故阀门、1003-横缝、2-检测装置、201-第一检测装置、202-第二检测装置、203-第三检测装置、3-检测装置安装基座、4-霍尔磁性导流管道固定环、5-霍尔磁性导流管道、501-主管身、502-检测管体、6-检测终端、601-薄膜压力传感器、602-霍尔传感器、603-计数叶轮、7-单片机主体、 8-显示终端、9-控制面板、10-云端存储器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1一种新体型深孔试验及数据采集系统，包括带有事故阀门1002、检修阀门1001和横缝1003的深孔模型，种深孔体型适用于进口111断面与出口114断面尺寸存在差别的深孔，同时能大幅度减少出口114水流横向扩散110现象，防止水流冲击边墩，有效保护深孔出口114边墩的结构稳定，深孔模型包括进口111、洞身和出口114，出口114两侧均设有边墩，洞身包括前段112和后段113，前段与后段之间设有深孔平面偏转起点，前段112和后段113之间设置有横向扩散 110。其中，深孔平面偏转起点即前段112与后段113之间转折拐点。横向扩散110即前端口径小，后端口径大的扩散管状结构，用于衔接口径较小的深孔前段112和口径较大的深孔后段113。
如图1所示，前段112内固定连接有检测装置201，检测装置2包括检测装置安装基座3，且检测装置2与前段112内壁之间通过检测装置安装基座3固定连接，检测装置安装基座 3固定连接有霍尔磁性导流管道固定环4，霍尔磁性导流管道固定环4内插接有霍尔磁性导流管道5，霍尔磁性导流管道5 包括主管身501主管身501的内壁固定连接有检测管体502，检测管体502即为深孔建设过程中的保护深孔的基筑材料，检测管体502的内壁为检验层。霍尔磁性导流管道5内设有检测终端6。检测装置202设在深孔平面偏转起点处，且检测装置 202与横向扩散110内壁固定连接，用于测量检测装置202出的水压和水流速度。检测装置203设在出口114处，检测装置 203与出口114内壁固定连接，检测装置203设在出口114处，检测装置203与出口114内壁固定连接。检测装置2的外壁上套接有补偿橡胶环，补偿橡胶环的厚度与检测装置2所处位置的深孔直径相匹配，实现检测装置2外壁与深孔内壁之间的密封。增加检测装置2与深孔内壁的之间的密封性，使水流不易从检测装置2与深孔内壁之间渗出，不易影响检测装置2测量的准确性，在测量的过程中，前段112、深孔平面偏转起点处和出口114处的检测装置2需分三次试验分开测量，避免位于上游的检测装置2对水流造成过大影响而造成位于下游的检测装置2测量误差较大。
如图7所示，检测终端6电性连接有单片机主体7，单片机主体7分别电信连接有显示终端8和控制面板9，单片机主体7信号连接有云端存储器10，单片机主体7测量的数据可以上传到云端存储器10内并存储，可供其他地区的的深孔建设技术人员进行查阅，对比，通过长时间的数据积累储备后，可以有效的降低深孔建设技术人员在设计前的试验准备成本。
如图4-6所示，检测终端6包括有薄膜压力传感器601，和霍尔传感器602，薄膜压力传感器601固定连接检测管体502 内壁上，霍尔传感器602固定连接在主管身501上，且霍尔传感器602贯穿检测管体502并延伸至检测管体502的外侧，薄膜压力传感器601用于测量水压，而霍尔传感器602用于测量水流速度，薄膜压力传感器601与检测管体502之间的接触面为光滑曲面，减小薄膜压力传感器601对水流之间的阻力，减小测量误差，主管身501的内壁固定连接有转轴，且转轴上套接有与霍尔传感器602相匹配的计数叶轮603，计数叶轮603用于辅助霍尔传感器602测量霍尔磁性导流管道5内水流速度。检测管体502内壁固定了连接有抛光层，减小520内壁与水流的摩擦，使检测管体502内壁与被流水冲刷侵蚀。
测量用的流水溶液中添加有中性标记液，在测量完成后，残留在检测管体502内壁上的中性标记液可以清楚的标记检测管体502内壁上的划痕，使工作人员直观的观测到检测管体 502的受损状况。
在需要对深孔建设进行模拟试验时，预先制好对应的多个深孔模型和包含不同材质检测管体502的检测装置2，为后续的对比试验做准备，在需要进行测量时，分别在三个不同的深孔模型的前段112、深孔平面偏转起点处和出口114处分别设置检测装置2，并从进口111处向深孔内放模拟水，特别的，模拟水需根据深孔地下水脉的地下水况进行设置，模拟水因与地下水况的水温、酸碱度和水中掺杂的泥沙量大致相同，而位于前段112、深孔平面偏转起点处和出口114处的检测装置2 则可以分别测出水流对检测管体502的磨损情况，在试验完成后，可以件检测装置2从深孔内取出，技术人员可以顺利观测到检测管体502的磨损程度，之后再将含有不同材质检测管体 502的检测装置2放入新的一组深孔模型中的前段112、深孔平面偏转起点处和出口114处，重复上述试验获得新的检测管体502的磨损程度，继续上述试验，直至包含不同材质的检测管体502都完成试验。
通过多组对比试验，工作人员可以清楚的得知不同材质的检测管体502在深孔中的磨损程度，技术人员可以根据深孔的设计使用寿命和深孔建设的预算来选用本次深孔建设过程中前段112、深孔平面偏转起点处和出口114处所需选择的合适的基筑材料，大幅降低深孔建设的成本，提高深孔建设的质量。
实施例2：
如图8所示的基于深孔试验进行深孔洞身选材的方法流程，其方法包括：
构建深孔模型和多个检测装置2，并配置模拟水，检测装置具有供模拟水通过的可更换检测管体502和设置在检测管体502内部的检测终端6，模拟水根据深孔地下水脉的地下水况进行设置，且模拟水中加入有中性标记液。多个检测管体 502分为三组，每组完全相同，每组检测管体502由不同基筑材料制成；
将检测装置2沿轴向密封固定在洞身前段112、出口114 和深孔平面偏转起点中任意一处检测位置后，从深孔模型的进口处向洞身内释放模拟水，进行模拟水冲刷试验；
实时读取检测终端6采集的数据，并在标定时间后取下检测管体502，获取检测管体502内壁磨损程度数据，将所述磨损程度数据和检测终端采集6的数据存储为当前检测位置的一组试验数据；
依次更换不同的检测管体502，在该检测位置重复模拟水冲刷试验，获取该检测位置的其余多组试验数据，直至该组检测管体502内所有材质的检测管体502全部试验完毕；
以相同的步骤分别进行另两个检测位置的模拟水冲刷试验，直至三个检测位置的模拟水冲刷试验全部完成；
根据每个检测位置的多组试验数据获取水流与基筑材料的磨损程度相关性，根据水流状况基于各个检测位置的相关性进行洞身前段112、出口114和深孔平面偏转起点基筑材料选材。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种深孔试验数据采集装置，包括带有事故阀门(1002)、检修阀门(1001)和横缝(1003)的深孔模型，所述深孔模型包括进口(111)、洞身和出口(114)，所述出口(114)两侧均设有边墩，所述洞身包括前段(112)和后段(113)，所述前段(112)和后段(113)之间通过横向扩散(110)连接，其特征在于：所述洞身内壁在指定检测位置设有一个检测装置(2)，所述检测装置(2)沿轴向密封固定在洞身内，所述检测装置(2)包括供水流通过的检测管体(502)和设置在检测管体(502)内用于检测水流的检测终端(6)，所述检测管体(502)的内壁为检测层，所述检测终端(6)的信号输出端与单片机主体(7)的信号接收端电连接。
2.根据权利要求1所述的深孔试验数据采集装置，其特征在于：所述指定检测位置为洞身的前段(112)、出口(114)和深孔平面偏转起点中的任意一处位置。
3.根据权利要求1所述的深孔试验数据采集装置，其特征在于：所述检测装置(2)还包括检测装置安装基座(3)、霍尔磁性导流管道固定环(4)和霍尔磁性导流管道(5)，所述霍尔磁性导流管道(5)包括位于外层的主管身(501)和密封嵌固在主管身(501)内部的检测管体(502)，所述检测装置安装基座(3)与洞身内壁固定连接，所述检测装置安装基座(3)端部与霍尔磁性导流管道固定环(4)固定连接，所述霍尔磁性导流管道(5)密封嵌固在霍尔磁性导流管道固定环(4)内。
4.根据权利要求1所述的深孔试验数据采集装置，其特征在于：所述检测终端(6)包括薄膜压力传感器(601)，所述薄膜压力传感器(601)嵌设在检测管体(502)内，且所述薄膜压力传感器(601)外壁与检测管体(502)内壁密封连接。
5.根据权利要求3所述的深孔试验数据采集装置，其特征在于：所述检测终端(6)还包括霍尔传感器(602)和计数叶轮(603)，所述检测管体(502)上设有安装孔，所述霍尔传感器(602)设置在所述安装孔内并与主管身(501)固定，所述霍尔传感器(602)的检测端朝向检测管体(502)中心，所述计数叶轮(603)通过转轴固定在主管身(501)上且其叶片与霍尔传感器(602)检测端对应。
6.根据权利要求1所述的深孔试验数据采集装置，其特征在于：还包括
单片机主体(7)，用于接收检测终端(6)的数据并发送至显示终端(8)显示输出、发送至云端存储器(10)进行存储以及接收控制面板(9)的控制信号控制检测终端(6)的启闭；
控制面板(9)，用于向单片机主体(7)输出检测终端(6)启闭控制信号；
显示终端(8)，用于接收单片机主体(7)发送的检测数据并显示输出；
云端存储器(10)，用于云存储检测终端(6)检测的数据信息。
7.根据权利要求1所述的深孔试验数据采集装置，其特征在于：所述检测装置(2)的外壁通过补偿橡胶环与洞身内壁密封。
8.一种基于深孔试验进行深孔洞身选材的方法，其特征在于，包括
构建深孔模型和多个检测装置，并配置模拟水，所述检测装置具有供模拟水通过的可更换检测管体和设置在检测管体内部的检测终端，所述模拟水根据深孔地下水脉的地下水况进行设置，多个检测管体由不同基筑材料制成；
将检测装置沿轴向密封固定在洞身指定检测位置处后，从深孔模型的进口处向洞身内释放模拟水，进行模拟水冲刷试验；
实时读取检测终端采集的数据，并在标定时间后取下检测管体，获取检测管体内壁磨损程度数据，将所述磨损程度数据和检测终端采集的数据存储为当前检测位置的一组试验数据；
依次更换不同的检测管体，在该检测位置重复模拟水冲刷试验，获取该检测位置的其余多组试验数据，直至所有材质的检测管体全部试验完毕；
根据该检测位置的多组试验数据获取水流与基筑材料的磨损程度相关性，根据水流状况基于所述相关性进行洞身基筑材料选材。
9.如权利要求8所述的基于深孔试验进行深孔洞身选材的方法，其特征在于，所述检测位置为洞身前段、出口和深孔平面偏转起点中任意一处检测位置，一个检测位置的模拟水冲刷试验结束后再进行另一个检测位置的模拟水冲刷试验，每个检测位置的洞身基筑材料选材分别根据该检测位置的水流与基筑材料的磨损程度相关性进行选取。
10.如权利要求8所述的基于深孔试验进行深孔洞身选材的方法，其特征在于，所述模拟水中加入有中性标记液，所述检测管体内壁磨损程度数据为划痕量。
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