CN111537156B - 一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统及方法，包括多个测漏微型终端以及测漏分析设备，所述测漏微型终端包括测漏壳体以及固定设置于测漏壳体内的空间运动轨迹记录模块，测漏微型终端投掷于高水位侧流经渗漏体上的渗漏通道到达低水位侧，利用测漏分析设备采集微型测漏终端中存储的运动轨迹参数。本发明利用该测漏微型终端采集从高水位侧流经渗漏体渗漏通道到低水位侧的空间运动轨迹，并通过测漏分析设备进行空间运动轨迹分析，以获得渗漏体渗漏通道的入口位置、出口位置、渗漏轨迹等信息，为渗漏体渗漏治理措施制定提供依据。该系统方案原理清楚，操作简单，测试准确，能够适用于大多数大坝、堤防等常见渗漏体的集中渗漏通道探测分析。

Description

一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统及方法
技术领域
本发明涉及水利水电、岩土工程等领域，尤其涉及一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统及方法。
背景技术
在建设堤坝、隧道（洞）、地下厂房、矿山井巷、地铁等工程时，经常会遇到不同类型的渗漏水。渗漏对已建水库（大坝）不仅会带来经济损失，而且可能会威胁到大坝的安全，如西班牙蒙特热克坝和卡马拉扎坝、前南斯拉夫格兰查雷沃坝、美国哈拉斯巴坝和大瀑布坝、我国山东岸堤水库、湖南方元水库和广西拔贡水电站等水库大坝因大量漏水长期蓄不起水，或在低水位下勉强蓄水运行；对于堆（土）石围堰渗漏水会导致基坑不能闭气，影响后续工作的施工，如重庆彭水水电站上下游围堰、广西桥巩水电站二期围堰、重庆鱼洞长江大桥主桥墩围堰等曾因为围堰不能闭气而导致工期拖延一年；对于隧道（洞）工程，由于突涌水而迫使施工中断，拖延工期，甚至有些工程不得不改变施工线路，如前苏联贝阿铁路北穆隧道，涌水量高达6.0×105 m3/d；锦屏二级水电站辅助洞施工涌水流量达5.184×105m3/d，最高压力达9MPa；渝怀线彭水隧道平导正洞最大涌水量达4.18××105m3/d。对于大多数渗漏工程而言，漏水问题多是由集中渗漏通道造成的，如第四纪地层松散砂卵块石层中的“架空”层、基岩区存在的断层破碎带和节理裂隙密集带、石灰岩地区发育的岩溶裂隙和岩溶通道、因爆破等造成的大裂隙及防渗结构遭到破坏的堆（土）石堰体等。工程上一般均需要对这些集中渗漏进行防渗封堵处理，为了高效、快速、准确地对集中渗漏进行封堵，如何探测并准确发现渗漏通道就显得十分重要。
目前应用较多的渗漏探测方法可以采用理论分析、物理探测（如地震法类（地震折射法等）、电法类（高密度电法等）、电磁法类（探地雷达法、瞬变电磁等）、钻孔探测、示踪（同位素、有色物质、食盐等方法）。但是，渗漏通常是由多种原因造成的，而且其埋藏条件比较复杂，理论分析难度大，需要条件多；在深埋、强干扰、边界条件复杂等情况下物理探测法精度低，分辨率低；钻孔探测虽然精度高，但效率低，工作量大；示踪法一般只能给出渗漏的进出口位置，不能判断渗漏通道，因此很难找到一个能适用于所有渗漏探测的通用方法，以上方法都有各自的局限性，目前仍然没有可靠、高效、合适的方法探测并准确发现渗漏通道。
集中渗漏通道是主要的渗漏来源，工程中对集中渗漏通道的探测更为关注。本发明针对主要针对cm级及以上宽度渗漏通道，对通道进口、出口、通道位置进行确定，从而为大坝、堤防等集中渗漏工程的安全性分析提供资料、为渗漏通道封堵方案确定提供支撑。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统及方法。
本发明的第一方面，一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统，包括多个测漏微型终端以及测漏分析设备，所述测漏微型终端包括测漏壳体以及固定设置于测漏壳体内的空间运动轨迹记录模块，测漏微型终端投掷于高水位侧流经渗漏体上的渗漏通道到达低水位侧，利用测漏分析设备采集微型测漏终端中存储的运动轨迹参数，并根据采集的运动轨迹定位渗漏体渗漏通道的具体位置。
进一步的，一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统，所述的多个测漏微型终端的密度与水接近、质量分布均匀，投掷于高水位侧的多个测漏微型终端能够均匀分布悬浮于不同水位处。
进一步的，一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统，所述的空间运动轨迹记录模块包括微处理器以及连接微处理器的定位装置、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、定位装置、存储设备、供电装置，定位装置确定测漏微型终端在高水位侧的位置信息；测漏微型终端进入渗漏通道后位置信息无法获取，通过三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器采集测漏微型终端在测漏过程的位移参数并存储于存储设备中，利用定位装置获取测漏微型终端在高水位侧的入口位置信息与低水位侧的出口位置信息，用于测漏过程之后的运动轨迹分析。
进一步的，一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统，所述的测漏微型终端还包括设置于测漏壳体外部的防水防撞缓冲胶套。
进一步的，一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统，所述的测漏分析设备采用高性能计算机，根据采集的微型测漏终端中存储的高水位侧位置信息、运动轨迹参数进行运动轨迹仿真，并根据获得的运动轨迹定位渗漏体的渗水通道位置。
本发明的第二方面，一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测方法，包括如下步骤：
设置采集终端：在高水位侧投掷多个测漏微型终端，利用渗漏体渗水通道处的高流速水流将测漏微型终端冲入渗水通道，并经该渗水通道向低水位侧运行；
记录运动轨迹参数：记录高水位侧测漏微型终端位置信息，通过测漏微型终端记录流经渗漏体上的渗水漏洞到达低水位测的运动轨迹参数；
定位渗漏体的渗水位置：在低水位侧获取经渗水漏洞流出的测漏微型终端，记录该测漏微型终端位置信息，采集该终端运动轨迹参数，并通过测漏分析设备分析定位得到渗漏体渗水通道的具体位置。
进一步的，一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测方法，还包括测漏微型终端密度调节步骤：获取水坝高水位侧的水密度数值范围，通过更换壳体调节测漏微型终端的整体体积和重量，使得用于测量的多个测漏微型终端的整体密度均匀分布设置于该水密度范围内，投掷于高水位侧的多个侧漏微型终端能够均匀分布悬浮于不同水位处。
进一步的，一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测方法，所述运动轨迹参数的记录是通过测漏微型终端的运动轨迹记录模块实现的，所述运动轨迹记录模块包括微处理器以及连接微处理器的定位装置、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、定位装置、存储设备、供电装置。
进一步的，一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测方法，所述的测漏微型终端还包括设置于测漏壳体外部的防水防撞缓冲胶套。
进一步的，一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测方法，所述的测漏分析设备采用高性能计算机，根据采集的微型测漏终端中存储的运动轨迹参数进行运动轨迹仿真，并根据获得的运动轨迹定位渗漏体的渗水通道位置。
本发明的有益效果：本发明通过配置多个密度均匀分布在渗漏体高水位侧水密度范围内的测漏微型终端，利用该侧漏微型终端采集从高水位侧流经渗漏体渗漏通道到低水位测的空间运动轨迹，并通过测漏分析设备进行空间运动轨迹分析，以获得渗漏体渗水通道的入口位置、出口位置、渗漏轨迹等信息，以进行渗漏治理，或从出口位置进行导排，降低坝体浸润线，增加渗漏体稳定性。该系统方案原理清楚，操作简单，测试准确，能够适用于大多数较大通道渗漏治理。
附图说明
图1是本发明的系统结构原理示意图。
图2是本发明实施例的现场测漏原理示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例中，如图1所示，一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统，包括多个测漏微型终端以及测漏分析设备，所述测漏微型终端包括测漏壳体以及固定设置于测漏壳体内的空间运动轨迹记录模块，测漏微型终端投掷于高水位侧经渗漏体上的渗水通道到达低水位测，利用测漏分析设备采集微型测漏终端中存储的运动轨迹参数，并根据采集的运动轨迹定位渗漏体渗水通道的具体位置。
具体的，渗漏体高水位侧水的密度会因温度、水位和泥沙含量的不同而不同，本实施例中，为了使得测漏微型终端能够通过渗水通道进入低水位侧，需要对多个测漏微型终端设置不同的密度，使其整体重量大致均匀分布，且密度处于高水位侧水体密度的范围内，在测漏时，使投掷于高水位侧的多个测漏微型终端能够均匀分布悬浮于不同水位处，使得测漏微型终端能够通过渗漏体上任意位置的渗水通道。
具体的，空间运动轨迹记录模块包括微处理器以及连接微处理器的定位装置、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、定位装置、存储设备、供电装置，通过三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器采集测漏微型终端在测漏过程的位移参数并存储于存储设备中，利用定位装置获取测漏微型终端在高水位侧的入口位置信息与低水位侧的出口位置信息，用于测漏过程之后的运动轨迹分析。
具体的，所述的测漏微型终端还包括设置于测漏壳体外部的防水防撞缓冲胶套，该胶套不仅仅作为防水防撞使用，测漏人员还可以根据测量的该水库水密度范围，通过更换胶套材质，或者胶套体积大小或者胶套重量大小，来改变该测漏微型终端的整体密度。
在另一个实施例中，测漏人员还可以根据需要治理的渗水漏洞大小，更换不同胶套体积大小来过滤渗漏体过于较小渗漏通道的测漏过程。
具体的，测漏分析设备采用高性能计算机，利用计算机设备上的SolidWorks或MATLAB等仿真软件进行轨迹仿真，根据采集的微型测漏终端中存储的运动轨迹参数进行运动轨迹仿真，并根据获得的运动轨迹定位渗漏体的渗水漏洞位置，测漏人员可通过测得的测漏微型终端的仿真轨迹计算分析得到该测漏微型终端进入渗漏通道的渗漏入口。
值得注意的是，本测漏方法是在高水位侧放置较多的测漏装置，部分或少量测漏装置经渗漏通道到达低水位侧即可确定渗漏通道，而无需全部或大部分测漏装置到达低水位侧。
本实施例中，一种基于运动轨迹分析的水坝测漏方法，包括如下步骤：设置采集终端：在水坝高水位侧投掷多个测漏微型终端，利用水坝渗水漏洞处的高流速水流将测漏微型终端吸入渗水漏洞处，并经该渗水漏洞流入水坝底水位侧；记录运动轨迹参数：通过测漏微型终端记录渗水通道的入口位置信息、出口位置信息以及流经水坝坝体上的渗水漏洞到达水坝低水位测的运动轨迹参数；定位水坝渗水通道：在水坝低水位侧获取经渗水漏洞流出的测漏微型终端，采集该终端运动轨迹参数与渗水通道的入口、出口位置信息，测漏分析设备根据侧漏微型终端在渗水通道的入口位置信息以及在渗水通道的运动轨迹参数确定水坝的渗漏通道位置信息，并利用出口位置信息对获得的渗漏通道位置信息进行修正，得到水坝坝体渗水通道的具体位置信息。
在本实施例中，在设置采集终端步骤前还包括侧漏微型终端密度调节步骤：获取渗漏体高水位侧的水密度数值范围，通过更换壳体调节侧漏微型终端的整体体积和重量，使得用于测量的多个测漏微型终端的整体密度均匀分布设置于该水密度范围内，投掷于高水位侧的多个侧漏微型终端能够均匀分布悬浮于不同水位处。
在本实施例中，本发明通过配置多个密度均匀分布在高水位侧水密度范围内的测漏微型终端，利用该侧漏微型终端采集从高水位侧流经渗漏体渗漏通道到低水位测的空间运动轨迹，并通过测漏分析设备进行空间运动轨迹分析，以获得渗漏体渗水通道的入口进行渗透体的路径，以确定合适的渗漏治理措施。该系统方案简单易行，便于携带，测试准确，能够适用于大多数较大渗漏通道的渗漏治理。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统，其特征在于，包括多个测漏微型终端以及测漏分析设备，所述测漏微型终端包括测漏壳体以及固定设置于测漏壳体内的空间运动轨迹记录模块，测漏微型终端投掷于高水位侧流经渗漏体的渗漏通道到达低水位测，利用测漏分析设备采集微型测漏终端中存储的运动轨迹参数，并根据采集的运动轨迹定位渗漏体渗漏通道的入口位置、出口位置和渗漏轨迹信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统，其特征在于，所述的多个测漏微型终端的密度与水接近，质量均匀分布，使投掷于渗漏体高水位侧的多个测漏微型终端能够均匀分布悬浮于不同水位处。
3.根据权利要求1所述的一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统，其特征在于，所述的空间运动轨迹记录模块包括微处理器以及连接微处理器的三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、定位装置、存储设备、供电装置，通过三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器采集测漏微型终端在测漏过程的位移参数并存储于存储设备中，利用定位装置获取测漏微型终端在高水位侧的入口位置信息与低水位侧的出口位置信息，用于测漏过程之后的运动轨迹分析。
4.根据权利要求1所述的一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统，其特征在于，所述的测漏微型终端还包括设置于测漏壳体外部的防水防撞缓冲胶套。
5.根据权利要求1所述的一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测系统，其特征在于，所述的测漏分析设备采用高性能计算机，根据采集的微型测漏终端中存储的运动轨迹参数进行运动轨迹仿真，并根据获得的运动轨迹定位渗漏体的渗漏通道位置。
6.一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
设置采集终端：在渗漏体高水位侧投掷多个测漏微型终端，利用渗漏体渗漏通道处的高流速水流将测漏微型终端冲进渗漏通道，并经该渗漏通道向低水位侧运动；
记录运动轨迹参数：通过测漏微型终端记录流经渗漏体上的渗漏通道到达低水位侧的运动轨迹参数；
定位渗漏体渗水位置：在低水位侧获取经渗漏通道被渗漏水冲出的测漏微型终端，采集该终端运动轨迹参数，并通过测漏分析设备分析定位得到渗漏体渗漏通道的具体位置。
7.根据权利要求6所述的一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测方法，其特征在于，还包括测漏微型终端密度调节步骤：获取高水位侧的水密度数值范围，通过更换壳体调节测漏微型终端的体积和重量，使得用于测量的多个测漏微型终端的密度与水接近、质量分布均匀，投掷于水坝高水位侧的多个侧漏微型终端能够均匀分布悬浮于不同水位处。
8.根据权利要求6所述的一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测方法，其特征在于，所述运动轨迹参数的记录是通过测漏微型终端的运动轨迹记录模块实现的，所述运动轨迹记录模块包括微处理器以及连接微处理器的三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、定位装置、存储设备、供电装置。
9.根据权利要求6所述的一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测方法，其特征在于，所述的测漏微型终端还包括设置于测漏壳体外部的防水防撞缓冲胶套。
10.根据权利要求6所述的一种基于运动轨迹分析的渗漏通道探测方法，其特征在于，所述的测漏分析设备采用高性能计算机，根据采集的微型测漏终端中存储的运动轨迹参数进行运动轨迹仿真，并根据获得的运动轨迹定位渗漏体的渗漏通道位置。
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