CN112900370A - 一种土石坝溃决监测与抢护系统及抢护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土石坝溃决监测与抢护系统，包括设置于坝顶的微型加速度传感器和声发射传感器，微型加速度传感器、声发射传感器与信息集成模块的输入端连接，信息集成模块的输出端与自卸车连接；自卸车接收到漫顶信号后开始搬运、抛投结构体，结构体设置于出料仓内，解决了现有土石坝抢护集中在“漫顶前或明显溃口形成后”阶段且交通不便、抢险不及时、抢险人员伤亡大等问题。本发明一种土石坝溃决的抢护方法，通过微型加速度传感器、声发射传感器获取漫顶信号，并通过信息集成模块发送至自卸车，自卸车能够往复搬运、抛投结构体，提高了抢护效率，避免了抢险人员的伤亡，同时也大大减少了下游因溃决带来的损失。

Description

一种土石坝溃决监测与抢护系统及抢护方法

技术领域

本发明属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种土石坝溃决监测与抢护系统，还涉及一种土石坝溃决的抢护方法。

背景技术

研究表明，当溃坝事件发生时，最佳的抢护时间位于“漫顶后，产生明显溃口前”这一阶段。而目前国内外对抢护技术的研究主要集中在土石坝漫顶前或明显溃口形成后，缺乏对“漫顶后，产生明显溃口前”这一重要阶段抢护方法的专门研究。

目前使用最多的用大型机械化进行施工抢护，和利用直升机投放堵口材料来实施大坝抢险并延缓其溃决过程，这两种方案都存在一定的局限性。我国大部分大坝都是粘性均质土坝，位于偏远山区，交通不便，且溃坝事件发生时对交通有一定破坏，使得大型机械难以到达事故发生地点。而利用直升机投放堵口材料来实施大坝抢险虽然能在一定程度上避免交通不便、堵口物资缺乏的问题，但是其能承载的重量有一定的限制，且成本较大，花费时间较长，对操作人员的技术要求较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种土石坝溃决监测与抢护系统，解决了现有土石坝抢护集中在“漫顶前或明显溃口形成后”阶段且交通不便、堵口物资缺乏、救援人员伤亡率高及抢险不及时的问题。

本发明的另一目的是提供一种土石坝溃决的抢护方法。

本发明所采用的技术方案是，一种土石坝溃决监测与抢护系统，包括设置于坝顶的微型加速度传感器、声发射传感器和储料仓，微型加速度传感器、声发射传感器与信息集成模块的输入端连接，信息集成模块的输出端与自卸车通讯连接；

自卸车接收到漫顶信号后开始搬运、抛投结构体，结构体设置于储料仓内，储料仓前方且位于坝顶上设置有重力感应器。

本发明的特点还在于，

结构体包括空心球体，球体的表面设置有若干孔洞及若干锥形角刺。

球体的表面粗糙不平。

自卸车包括承重底板，承重底板的底部连接有轮轴，轮轴的两端分别连接有轮胎，承重底板上设置有结构体车厢，结构体车厢与承重底板之间均匀的设置有若干压力传感器，结构体车厢的一端与承重底板活动连接，结构体车的另一端通过伸缩杆与车头连接，伸缩杆连接有电机，承重底板的底部且靠近车头一端连接有障碍物探测器，车头内设置有信息接收系统、控制系统、动力系统，信息接收系统、动力系统、障碍物探测器分别与控制系统连接，信息接收系统与信息集成模块无线通讯连接，压力传感器与动力系统、信息集成模块连接。

动力系统包括处理单元，处理单元连接有电源模块、电机驱动器、压力传感器、控制系统，电机驱动器连接有电机、发动机。

控制系统采用Nuvo-6108GC型工控机。

储料仓底部通过支架设置于坝顶且储料仓的底部设置有坡度，储料仓内设置有信息接收模块I，信息接收模块I连接有控制系统I，控制系统I控制储料仓的仓门的开启与关闭，信息接收模块I与重力感应器、信息集成模块连接。

本发明所采用的另一种技术方案是，一种土石坝溃决的抢护方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，微型加速度传感器、声发射传感器监测坝体的声音信号和震动信号，并将声音信号和震动信号传输至信息集成模块；

步骤2，若出现漫顶，信息集成模块则接收到异常的声音信号和震动信号，此时，信息集成模块将接收到的异常的声音信号和震动信号位置发送给自卸车中的信息接收系统，信息接收系统将信息发送至控制系统，控制系统接收信息后控制动力系统；

步骤3，动力系统接收信息后，驱动自卸车至储料仓装载结构体前往前方的重力感应器上，重力感应器将监测到的重力信息发送至储料仓内的信息接收模块I，信息接收模块I再将信息发送至控制系统I，控制系统I控制储料仓的仓门开启，结构体装入自卸车中；

步骤4，当自卸车中的压力传感器达到自卸车的满载负荷时，将压力信息传输给信息集成模块，信息集成模块将信息发送给信息接收模块I和信息接受系统；

信息接收模块I再将信息发送至控制系统I，控制系统I控制储料仓的仓门关闭；

信息接受系统将信息发送至控制系统，控制系统控制动力系统驱动自卸车前往溃口处进行抛投结构体；

步骤5，抛投完成后，动力系统接收信息，并重复步骤3-5，以减缓流量，防止水流导致溃口进一步冲刷扩大。

本发明的有益效果是，本发明一种土石坝溃决监测与抢护系统，通过微型加速度传感器、声发射传感器获取漫顶信息，能够及时对溃口进行抛投结构体，从而减缓流量，防止急变流导致溃口进一步冲刷扩大，延缓了溃口发展，使抢护时间位于最佳时间内，即“漫顶后，产生明显溃口前”；本发明抢护方法，大大地提高了封堵溃口的效率，为疏散人员和物资财产的转移赢得时间。

附图说明

图1是本发明一种土石坝溃决监测与抢护系统的结构示意图；

图2是本发明一种土石坝溃决监测与抢护系统的通讯原理图；

图3本发明一种土石坝溃决监测与抢护系统中结构体的结构示意图；

图4本发明一种土石坝溃决监测与抢护系统中结构体中自卸车的结构示意图；

图5是本发明一种土石坝溃抢护方法中步骤3的流程图；

图6是本发明一种土石坝溃抢护方法中动力系统的控制原理图。

图中，1.信息集成模块，2.自卸车，3.微型加速度传感器，4.声发射传感器，5.结构体，6.储料仓，7.重力感应器；

2-1.信息接收系统，2-2.控制系统，2-3.动力系统，2-4.障碍物探测器， 2-5.轮轴，2-6.轮胎，2-7.压力传感器，2-8.承重底板，2-9.结构体车厢，2-10. 伸缩杆，2-11.车头，2-12.电机；

2-31.处理单元，2-32.电源模块，2-33.电机驱动器，2-34.发动机；

5-1.球体，5-2.孔洞，5-3.角刺；

6-1.信息接收模块I，6-2.控制系统I。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种土石坝溃决监测与抢护系统，如图1和图2所示，包括设置于坝顶的微型加速度传感器3、声发射传感器4和储料仓6，微型加速度传感器3、声发射传感器4与信息集成模块1的输入端连接，信息集成模块1 的输出端与自卸车2通讯连接，自卸车2接收到信息集成模块1传输的漫顶信号后开始搬运、抛投结构体5，结构体5设置于储料仓6内储料仓(6)前方且位于坝顶上设置有重力感应器7，重力感应器7用于监测自卸车2的位置，并将信息反馈至储料仓6，储料仓6接受重力信息后控制储料仓6的仓门开启。

如图4所示，自卸车2包括承重底板2-8，承重底板2-8的底部连接有轮轴2-5，轮轴2-5的两端分别连接有轮胎2-6，承重底板2-8上设置有结构体车厢2-9，结构体车厢2-9与承重底板2-8之间均匀的设置有若干压力传感器2-7，结构体车厢2-9的一端与承重底板2-8活动连接，结构体车厢2-9的另一端通过伸缩杆2-10与车头2-11连接，伸缩杆2-10连接有电机2-12，承重底板2-8的底部且靠近车头2-11一端连接有障碍物探测器2-4，车头2-11 内设置有信息接收系统2-1、控制系统2-2、动力系统2-3，如图2所示，信息接收系统2-1、动力系统2-3、障碍物探测器2-4分别与控制系统2-2连接，信息接收系统2-1与信息集成模块1无线通讯连接，压力传感器2-7与动力系统2-3、信息集成模块1连接。

如图6所示，动力系统包括处理单元2-31，处理单元2-31连接有电源模块2-32、电机驱动器2-33、压力传感器2-7、控制系统2-2，电机驱动器2 -33连接有电机2-12、发动机2-34。

储料仓6底部通过支架设置于坝顶且储料仓6的底部设置有坡度，储料仓6的底部向自卸车2所在的方向倾斜，便于结构体5从储料仓6划出装入自卸车2中，储料仓6内设置有信息接收模块I6-1，信息接收模块I6-1连接有控制系统I6-2，控制系统I6-2控制储料仓6的仓门的开启与关闭，信息接收模块I6-1与重力感应器7、信息集成模块1连接。

控制系统2-2、控制系统I6-2采用Nuvo-6108GC型工控机。

其中，信息接受系统2-1用于接受信息集成模块1发送的信号并将接收到的信号传送给控制系统2-2；控制系统2-2用于接收信息集成模块1发出的信号后向动力系统2-3发送指令及接收障碍物探测器2-4获取的信息；动力系统2-2中的处理单元2-31接收控制系统2-2发出的溃口位置信息后，驱动电机驱动器2-33控制发动机2-34驱动自卸车行走至储料仓装结构体5装填结构体5，压力传感器2-7实时监测结构体车厢2-9的压力，并将信息传输给处理单元2-31，当达到设定值后，驱动发动机2-34使自卸车向溃口位置行走，压力传感器2-7将监测的压力信息传输给信息集成模块1，信息集成模块1将信息传输给信息接收模块I6-1再将信息发送至控制系统I6-2，控制系统I6-2控制储料仓6的仓门关闭，并通过障碍物探测器2-4检测溃口位置，当达到设定距离后驱动电机2-12使伸缩杆2-10伸出，向溃口投结构体 5，抛投结束后，驱动电机2-12使伸缩杆2-10缩回，处理单元2-31驱动电机驱动器2-33启动发动机2-34使自卸车行走至储料仓，自卸车在溃口与储料仓之间往复工作，堵住溃口，防止溃口快速扩展，尽可能减小溃决流量。

如图3所示，结构体5采用混凝土材料，结构体5包括空心球体5-1，球体5-1的表面设置有若干孔洞5-2及若干锥形角刺5-3，球体5-1的表面粗糙不平，孔洞5-2可避免水流的集中作用，尖形角刺利于构件插入土体，增强结构的稳定性；多个结构体5通过角刺5-3的相互牵绊形成构架群，可相互嵌合、卡扣，防止结构体流失，其角刺5-3相互牵绊，形成的空心部分类于内部空洞可实现二次消能，达到较好的效能效果。

微型加速度传感器3的型号为3035B2。

声发射传感器4的型号为PCI-Ⅱ声发射仪以及其配套系统AEwin。

本发明一种土石坝溃决的抢护方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，微型加速度传感器3、声发射传感器4监测坝体的声音信号和震动信号，并将声音信号和震动信号传输至信息集成模块1；

步骤2，若出现漫顶，信息集成模块1则接收到异常的声音信号和震动信号，此时，信息集成模块1将接收到的异常的声音信号和震动信号位置发送给自卸车2中的信息接收系统2-1，信息接收系统2-1将信息发送至控制系统2-2，控制系统2-2接收信息后控制动力系统2-3；

步骤3，如图5所示，自卸车2中动力系统2-3接收信息后，驱动自卸车2至储料仓6前方的重力感应器7上，重力感应器7将监测到的重力信息发送至储料仓6内的信息接收模块I6-1，信息接收模块I6-1再将信息发送至控制系统I6-2，控制系统I6-2控制储料仓6的仓门开启，结构体5装入自卸车2中；

步骤4，当自卸车2中的压力传感器2-7达到自卸车2的满载负荷时，将压力信息传输给信息集成模块1，信息集成模块将信息发送给信息接收模块6-1和信息接受系统2-1；

信息接收模块I6-1再将信息发送至控制系统I6-2，控制系统I6-2控制储料仓6的仓门关闭；

信息接受系统2-1将信息发送至控制系统2-2，控制系统2-2控制动力系统2-3驱动自卸车2前往溃口处进行抛投结构体5；

步骤5，抛投完成后，动力系统2-3接收信息，并重复步骤3-5，以减缓流量，防止水流导致溃口进一步冲刷扩大。

通过上述方式，本发明一种土石坝溃决监测与抢护系统，抛投的材料为结构体，其结构良好、体积适当，能够在最大程度上满足滞洪需求，且通过微型加速度传感器、声发射传感器获取漫顶信息，并及时传达给自卸车，自卸车接收信号后进行往复工作，能够在“漫顶后，产生明显溃口前”进行抢护，延缓了溃口发展，提高了封堵溃口的效率，减少损失并且大大提高了救援人员的安全性，从而降低了抢险救援人员的伤亡率。

Claims (7)

1.一种土石坝溃决监测与抢护系统，其特征在于，包括设置于坝顶的微型加速度传感器(3)、声发射传感器(4)和储料仓(6)，所述微型加速度传感器(3)、声发射传感器(4)与信息集成模块(1)的输入端连接，所述信息集成模块(1)的输出端与自卸车(2)通讯连接；

所述自卸车(2)接收到漫顶信号后开始搬运、抛投结构体(5)，所述结构体(5)设置于储料仓(6)内，所述储料仓(6)前方且位于坝顶上设置有重力感应器(7)。

2.根据权利要求1所述的一种土石坝溃决监测与抢护系统，其特征在于，所述结构体(5)包括空心球体(5-1)，所述球体(5-1)的表面设置有若干孔洞(5-2)及若干锥形角刺(5-3)。

3.根据权利要求1所述的一种土石坝溃决监测与抢护系统，其特征在于，所述自卸车(2)包括承重底板(2-8)，所述承重底板(2-8)的底部连接有轮轴(2-5)，所述轮轴(2-5)的两端分别连接有轮胎(2-6)，所述承重底板(2-8)上设置有结构体车厢(2-9)，所述结构体车厢(2-9)与承重底板(2-8)之间均匀的设置有若干压力传感器(2-7)，所述结构体车厢(2-9)的一端与承重底板(2-8)活动连接，所述结构体车厢(2-9)的另一端通过伸缩杆(2-10)与车头(2-11)连接，所述伸缩杆(2-10)连接有电机(2-12)，所述承重底板(2-8)的底部且靠近车头(2-11)一端连接有障碍物探测器(2-4)，所述车头(2-11)内设置有信息接收系统(2-1)、控制系统(2-2)、动力系统(2-3)，所述信息接收系统(2-1)、动力系统(2-3)、障碍物探测器(2-4)分别与控制系统(2-2)连接，所述信息接收系统(2-1)与信息集成模块(1)无线通讯连接，所述压力传感器(2-7)与动力系统(2-3)、信息集成模块(1)连接。

4.根据权利要求3所述的一种土石坝溃决监测与抢护系统，其特征在于，所述动力系统包括处理单元(2-31)，所述处理单元(2-31)连接有电源模块(2-32)、电机驱动器(2-33)、压力传感器(2-7)、控制系统(2-2)，所述电机驱动器(2-33)连接有电机(2-12)、发动机(2-34)。

5.根据权利要求3所述的一种土石坝溃决监测与抢护系统，其特征在于，所述控制系统(2-2)采用Nuvo-6108GC型工控机。

6.根据权利要求1所述的一种土石坝溃决监测与抢护系统，其特征在于，所述储料仓(6)底部通过支架设置于坝顶且储料仓(6)的底部设置有坡度，所述储料仓(6)内设置有信息接收模块I(6-1)，所述信息接收模块I(6-1)连接有控制系统I(6-2)，所述控制系统I(6-2)控制储料仓(6)的仓门的开启与关闭，所述信息接收模块I(6-1)与重力感应器(7)、信息集成模块(1)连接。

7.一种土石坝溃决的抢护方法，其特征在于，使用权利要求1～6任一项所述的一种土石坝溃决监测与抢护系统，具体按照以下步骤实施：

步骤1，微型加速度传感器(3)、声发射传感器(4)监测坝体的声音信号和震动信号，并将声音信号和震动信号传输至信息集成模块(1)；

步骤2，若出现漫顶，信息集成模块(1)则接收到异常的声音信号和震动信号，此时，信息集成模块(1)将接收到的异常的声音信号和震动信号位置发送给自卸车(2)中的信息接收系统(2-1)，信息接收系统(2-1)将信息发送至控制系统(2-2)，控制系统(2-2)接收信息后控制动力系统(2-3)；

步骤3，动力系统(2-3)接收信息后，驱动自卸车(2)至储料仓(6)前方的重力感应器(7)上，重力感应器(7)将监测到的重力信息发送至储料仓(6)内的信息接收模块I(6-1)，信息接收模块I(6-1)再将信息发送至控制系统I(6-2)，控制系统I(6-2)控制储料仓(6)的仓门开启，结构体(5)装入自卸车(2)中；

步骤4，当自卸车(2)中的压力传感器(2-7)达到自卸车(2)的满载负荷时，将压力信息传输给信息集成模块(1)，信息集成模块(1)将信息发送给信息接收模块I(6-1)和信息接受系统(2-1)；

信息接收模块I(6-1)再将信息发送至控制系统I(6-2)，控制系统I(6-2)控制储料仓(6)的仓门关闭；

信息接受系统(2-1)将信息发送至控制系统(2-2)，控制系统(2-2)控制动力系统(2-3)驱动自卸车(2)前往溃口处进行抛投结构体(5)；

步骤5，抛投完成后，动力系统(2-3)接收信息，并重复步骤3-5，以减缓流量，防止水流导致溃口进一步冲刷扩大。

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