CN111382526B - 一种识别防渗断面类型耦合监测数据的堤坝渗流分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种识别防渗断面类型耦合监测数据的堤坝渗流分析方法，包括以下步骤：步骤S1:对土石堤坝渗流断面类型进行划分，形成堤坝防渗断面类型组合表，并进行类型编码；步骤S2:根据土石坝渗流计算解析法对各种类型防渗断面的计算公式和计算过程进行编程；步骤S3:对堤坝上的各渗压监测点监测数据进行大数据分析；步骤S4:采集待识别的图形文件,生成划分出各渗流区的概化断面图形标准数据文件;步骤S5:对输入参数数据进行赋值；步骤S6:计算渗流结果,并根据所处时段调用大数据调整系数进行修正；步骤S7:接入各监测点位置的解析法计算数据，大数据调整后数据与监测数据进行藕合，并进行调整;步骤S8:生成计算分析成果数据文件，并判断堤坝渗流稳定性。

Description

一种识别防渗断面类型耦合监测数据的堤坝渗流分析方法
技术领域
本发明涉及大坝安全监测与评价技术领域，具体涉及一种识别防渗断面类型耦合监测数据的堤坝渗流分析方法。
背景技术
土石堤坝是广为采用的挡水建筑物类型，基于填筑材料的松散体属性和地质条件差异性大等原因，该类工程容易发生渗流破坏而导致安全事故。渗流分析是堤坝控制和运行的关键性问题之一,通过渗流计算可以确定堤坝浸润线位置、体内渗透压力、水力坡降以及渗流量,进而可以分析堤坝的渗流稳定性和整体安全性。
土石堤坝渗流分析方法包括数值法、解析法、图解法和实验法。渗流分析的基本假定之一是材料均匀、各向同性，但实际情况却难以如此。另外堤坝渗流所处在的稳定和非稳定阶段也难以准确判断。因此，不管采用哪种方法，都只能在理论上近似地分析渗流状况。在理论计算当中常因建模计算工作量大，采用以选取典型断面来进行防渗工程设计计算和渗流安全判定的做法，这样只能非常粗略地了解工程的整体运行状况。当前，在堤坝工程上所布设的渗流监测仪器，所采集到的数据，只用于监测工程体内的实时渗透压力值，或据此判断是否达到了挡水材料的允许渗透压力值，未对监测数据在分析渗流规律中的价值进行挖掘。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种识别防渗断面类型耦合监测数据的堤坝渗流分析方法，能够实时监控土石堤坝渗压情况，及时掌握土石堤坝安全状况。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种识别防渗断面类型耦合监测数据的堤坝渗流分析方法，包括以下步骤：
步骤S1:对土石堤坝渗流断面类型进行划分，形成堤坝防渗断面类型组合表，并进行类型编码；
步骤S2:根据土石坝渗流计算解析法对各种类型防渗断面的计算公式和计算过程进行编程；
步骤S3:对堤坝上的各渗压监测点监测数据进行大数据分析,得出变化规律和调整系数；
步骤S4:采集待识别的图形文件,生成划分出各渗流区的概化断面图形标准数据文件;
步骤S5:根据生成的概化断面图形标准数据文件快速查找所属类型，对输入参数数据进行赋值；
步骤S6:输入计算水位或接入实时水位监测数据，计算渗流结果,并根据所处时段调用大数据调整系数进行修正；
步骤S7:接入各监测点位置的解析法计算数据，大数据调整后数据与监测数据进行藕合，并根据藕合情况对大数据调整系数进行调整;
步骤S8:生成计算分析成果数据文件，包括：堤坝浸润线位置、各关键部位渗透坡降；堤坝挡水体和基础渗透流量；根据地质允许渗透坡降、容重和厚度判断出的堤坝渗流稳定性。
进一步的，所述土石堤坝渗流断面类型划分具体为从基础的透水性、防渗体类型和下游排水体类型三个维度进行；基础分为透水地基、透水地基设截水槽和不透水地基；防渗体分为均质、心墙、斜墙；下游的排水条件分为无排水、褥垫式和棱体式。
进一步的，所述类型编码具体为：渗流断面类型编码设6位数+下游水位识别码；左侧两位表示基础类型：01表示不透水地基，02表示透水地基设截水槽，03表示透水地基；中间两位表示防渗体类型：01表示均质，02表示心墙，03表示斜墙；右侧两位表示排水条件：01表示无排水，02表示褥垫式，03表示棱体式；下游水位识别码，a表示下游有水，b表示下游无水。
进一步的，所述步骤S3具体为：对堤坝上的各渗压监测点监测数据进行大数据分析，提取在枯水期、汛前、主汛期和汛尾时段各水位的渗压监测点在上游相同水位的监测数据对比参数，和解析法计算结果进行对比，分别生成调整系数，形成标准数据文件。
进一步的，所述待识别的图形文件，若为带坐标信息的CAD等文件，直接读取其数据参数，若为不带坐标信息的文件，利用OPENCV的霍夫变换检测图纸上的直线信息，并按已知比例尺计算出对应直线的真实尺寸，生成划分出各渗流区的概化断面图形标准数据文件。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1. 本发明基于计算机技术，对土石堤坝渗流断面类型及解析法计算公式进行了分类组合，形成数据文件。通过编程，可根据断面类型快速调用计算公式进行计算；
2. 本发明基于土石堤坝稳定、非稳定渗流理论及河道过流的季节性特点。对已有的监测数据进行大数据分析，提取不同特征时期的渗流计算结果调整系数，修正计算结果，提高计算的准确度。
3. 本发明基于图像识别技术快速生成渗流断面渗流分区及边界尺寸文件，自动建模，提高计算效率。通过该方法能充分利用已有的地质资料进行计算分析，对工程进行更全面的渗流分析。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是本发明一实施例中不透水地基上均质坝渗流计算图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种识别防渗断面类型耦合监测数据的堤坝渗流分析方法，包括以下步骤
步骤S1：划分土石堤坝渗流断面类型，形成堤坝防渗断面类型组合，并进行类型编码。
优选的，在本实施例中，依据划分从基础的透水性、防渗体类型和下游排水体类型三个维度进行。基础分为透水地基、透水地基设截水槽和不透水地基；防渗体分为均质、心墙、斜墙；下游的排水条件分为无排水（含贴坡式排水）、褥垫式和棱体式。渗流断面类型编码设6位数+下游水位识别码。左侧两位表示基础类型：01表示不透水地基，02表示透水地基设截水槽，03表示透水地基；中间两位表示防渗体类型：01表示均质，02表示心墙，03表示斜墙；右侧两位表示排水条件：01表示无排水（含贴坡式排水），02表示褥垫式，03表示棱体式。下游水位识别码，a表示下游有水，b表示下游无水。
如渗流断面类型编码为01 02 03a，对应的断面类型为不透水地基、心墙防渗、下游设排水棱体、下游有水。
步骤S2：整理土石坝渗流计算解析法对各种类型防渗断面的计算方法，进行编程，所需参数以输入项的方式赋值。
在本实施例中，如图2所示：均质坝下游有水而无排水设备或有贴坡排水的情况，将土石坝剖面分为三段，即：上游三角形段AMF、中间段AFB″B′以及下游三角形B″B′N。将上游三角形段AMF用宽度为△L的矩形来代替，这一矩形EAFO和三角形AMF渗过同样的流量
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，消耗同样的水头。△L值可用下式计算：
Figure 11303DEST_PATH_IMAGE002
（1）
式中：m1为上游边坡系数，如为变坡可采用平均值。
将上游三角形和中间段合成一段EOB″B′，通过坝身段的渗流量计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（2）
式中：a0为浸润线逸出点距离下游水面的高度；H2为下游水深；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为EOB″B′的底宽。
通过下游段三角形B′B″N的渗流量，可以分为水上和水下两部分计算。应用达西定律其渗流量可表示为：
Figure 358802DEST_PATH_IMAGE006
（3）
然后，根据水流连续条件q=q1=q2，联立方程（2）、（3）即可求得a0和q值，浸润线方程可由式（4）求得。
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（4）
求出浸润线后，还应对渗流进口部分进行修正：过A点作与坝坡正交的平滑曲线，其下端与计算求得的浸润线相切于点A′。
优选的，编程可采用FORTRAN、JAVA、C++语言。
步骤S3：对堤坝上的各渗压监测点监测数据进行大数据分析，提取在枯水期、汛前、主汛期和汛尾时段各水位的渗压监测点在上游相同水位的监测数据对比参数，和解析法计算结果进行对比，分别生成调整系数，形成标准数据文件；
步骤S4：导入待识别的图形文件，若为带坐标信息的CAD等文件，直接读取其数据参数，若为不带坐标信息的文件，利用OPENCV的霍夫变换检测图纸上的直线信息，并按已知比例尺计算出对应直线的真实尺寸，生成划分出各渗流区的概化断面图形标准数据文件。
步骤S5：根据生成的防渗断面标准文件快速查找所属类型，对输入参数数据进行赋值。参数赋值可以导入数据文件或手工输入。
步骤S6：输入计算水位或接入实时水位监测数据，启动程序计算渗流结果。根据所处时段调用大数据调整系数进行修正；
步骤S7：接入各监测点位置的解析法计算数据，大数据调整后数据与监测数据进行藕合，要求可根据藕合情况对大数据调整系数进行人工调整。
步骤S8：将渗流监测重点部位的解析法计算结果、大数据调整后结果及监测数据藕合匹配度一并列出，生成计算分析成果数据文件，包括：堤坝浸润线位置、各关键部位渗透坡降；堤坝挡水体和基础渗透流量；根据地质允许渗透坡降、容重和厚度判断出的堤坝渗流稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种识别防渗断面类型耦合监测数据的堤坝渗流分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:对土石堤坝渗流断面类型进行划分，形成堤坝防渗断面类型组合表，并进行类型编码；
步骤S2:采用土石坝渗流计算解析法对各种类型防渗断面的计算公式和计算过程进行编程；
步骤S3：对堤坝上的各渗压监测点监测数据进行大数据分析，提取在枯水期、汛前、主汛期和汛尾时段各水位的渗压监测点在上游相同水位的监测数据对比参数，和解析法计算结果进行对比，分别生成在不同时期对解析法计算结果的调整系数，形成标准数据文件；
步骤S4:采集待识别的图形文件,生成划分出各渗流区的概化断面图形标准数据文件;
步骤S5:根据生成的概化断面图形标准数据文件快速查找所属类型，对防渗断面类型编码、计算断面数据文件各分区参数进行赋值；
步骤S6:输入计算水位或接入实时水位监测数据，计算渗流结果,并根据所处时段调用大数据调整系数进行修正；
步骤S7:接入各监测点位置的解析法计算数据，大数据调整后数据与监测数据进行耦合，并根据耦 合情况对大数据调整系数进行调整;
步骤S8:生成计算分析成果数据文件，包括：堤坝浸润线位置、各关键部位渗透坡降；堤坝挡水体和基础渗透流量；根据地质允许渗透坡降、容重和厚度判断出的堤坝渗流稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种识别防渗断面类型耦合监测数据的堤坝渗流分析方法，其特征在于：所述土石堤坝渗流断面类型划分具体为从基础的透水性、防渗体类型和下游排水体类型三个维度进行；基础分为透水地基、透水地基设截水槽和不透水地基；防渗体分为均质、心墙、斜墙；下游的排水条件分为无排水、褥垫式和棱体式。
3.根据权利要求2所述的一种识别防渗断面类型耦合监测数据的堤坝渗流分析方法，其特征在于：所述类型编码具体为：渗流断面类型编码设6位数+下游水位识别码；左侧两位表示基础类型：01表示不透水地基，02表示透水地基设截水槽，03表示透水地基；中间两位表示防渗体类型：01表示均质，02表示心墙，03表示斜墙；右侧两位表示排水条件：01表示无排水，02表示褥垫式，03表示棱体式；下游水位识别码，a表示下游有水，b表示下游无水。
4.根据权利要求1所述的一种识别防渗断面类型耦合监测数据的堤坝渗流分析方法，其特征在于，所述待识别的图形文件，若为带坐标信息的CAD文件，直接读取其数据参数，若为不带坐标信息的文件，利用OPENCV的霍夫变换检测图纸上的直线信息，并按已知比例尺计算出对应直线的真实尺寸，生成划分出各渗流区的概化断面图形标准数据文件。
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