CN115293071A - 基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算方法及装置 - Google Patents

基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算方法及装置，本发明根据泄水孔出水口速度水头、泄水孔沿程损失水头、泄水孔入水口孔口损失水头的代数和计算得到富水隧道地层水头。本发明通过钻设临时泄水孔，根据泄水孔出流特征计算富水隧道地层水头，解决了传统依靠埋设仪器测试地层水头的实际操作繁琐、经济成本较高等问题，此外还考虑了泄水孔入水口孔口损失水头，计算结果更加合理，为富水地层隧道的施工和运营提供了重要参考。

Description

基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算方法及装置
技术领域
本发明涉及隧道施工与监测技术领域，具体来说，涉及一种基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算方法及装置。
背景技术
近年来，随着我国交通基础设施建设的跨越式发展，修建在富水地层中的隧道数量逐渐增长，地下水已经成为此类隧道施工和运营面临的主要难题。
富水地层水害频发，会对隧道工程施工建设和建成运营产生一系列不利影响。一方面，在施工期间，富水地层中的高水头常造成突水突泥灾害，不仅会导致地下水位下降、地表岩溶塌陷，还会损害隧道内施工设备，严重影响施工人员的安全。另一方面，在运营期间，富水地层高水头会引发衬砌结构开裂、掉块和轨道板渗水、隆起等问题，严重影响隧道结构和行车安全。因此，如何准确测定地层水压力成为了隧道工程界的关键技术难题。然而，传统布点式水压力测试方法由于测点布设成本高、测点布设位置固定、测点布设数目相对较少，仅能获取典型位置处的地层水压力值，而且如遇传感器损坏难以更换从而造成测点数据不全，致使工程人员无法准确掌握地层水压力状态。更重要的是，隧道水害发生段落常与测点布置断面不匹配，而水压力测点又无法在水害突发的短时内进行增设，使得工程人员无法正确认知隧道水害段落的地层水压力量值，最终导致处治方案合理性欠佳。因此，研究一种富水隧道地层水头测算方法，获取地层水压力，对于富水隧道施工与运营尤为重要。目前在富水隧道地层水头测算方法方面已有部分创新：申请号202111049528.4公开了一种基于隧道排水量的衬砌水压力计算及结构安全预警方法，但在现场实践过程中将存在如下三方面的不足：其一，该方法仅能适用于排水管网布设齐备的运营期，而在施工期无法判定地层水压力量值；其二，在隧道运营期间，地下水中的Ca2+、Mg2+等离子会在排水通道中与空气发生反应，一段时间后易形成结晶物堵塞排水管，导致实际泄水孔截面积与理论计算截面积相差明显，最终导致计算结果与实际地层水压力之间存在较大差异；其三，该方法需要在排水通道中布置大量测试仪器用于监测排水流量，实施方法较复杂，仪器设备需定期检修更换，方法实用性欠佳。
本文提供的背景描述用于总体上呈现本公开的上下文的目的。除非本文另外指示，在该章节中描述的资料不是该申请的权利要求的现有技术并且不要通过包括在该章节内来承认其成为现有技术。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算方法，其包括如下步骤：
S1，根据泄水孔出流特征，测量出水流平抛运动下降高度H 1、平抛运动水平距离L 1，计算泄水孔出水口速度水头H v1；
S2，根据泄水孔材料属性，收集泄水孔长度l 1、泄水孔孔径d 1、出流水流密度
Figure 125794DEST_PATH_IMAGE001
、出 流水流粘滞系数
Figure 904657DEST_PATH_IMAGE002
，计算泄水孔沿程损失水头H f1；
S3，根据泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1 、泄水孔流量系数C 1，计算泄水孔入水口孔口损失水头H k1；
S4，通过所述泄水孔出水口速度水头H v1 、泄水孔沿程损失水头H f1、泄水孔入水口孔口损失水头H k1的代数和计算得到富水隧道地层水头H z1。
具体的，所述步骤S1具体包括：
S11、根据隧道泄水孔出流特征，获得出流水流平抛运动下降高度H 1、平抛运动水 平距离L 1、重力加速度
Figure 993836DEST_PATH_IMAGE003
；
S12、基于平抛运动基本公式计算隧道泄水孔出流水流流速v 1；
Figure 116512DEST_PATH_IMAGE004
S13、依据流体力学基本公式计算泄水孔出水口速度水头H v1：
Figure 607536DEST_PATH_IMAGE005
。
具体的，所述步骤S2具体包括：
S21、根据富水隧道泄水孔出流特征和相关设计资料，获得相关参数，包括泄水孔 长度l 1、泄水孔孔径d 1、出流水流密度
Figure 790256DEST_PATH_IMAGE006
、出流水流粘滞系数
Figure 101152DEST_PATH_IMAGE007
S22、根据流体力学基本公式计算出流水流雷诺数R e1：
Figure 293099DEST_PATH_IMAGE008
S23、根据出流水流雷诺数R e1计算沿程水头损失系数
Figure 128375DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure 481996DEST_PATH_IMAGE010
S24、根据沿程水头损失系数
Figure 545767DEST_PATH_IMAGE009
计算泄水孔沿程损失水头H f1：
Figure 275826DEST_PATH_IMAGE011
。
具体的，所述步骤S3具体包括：
S31、根据泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1，计算出流水流流量q 1：
Figure 475863DEST_PATH_IMAGE012
S32、根据泄水孔出流特征和泄水孔孔壁混凝土结构参数，测量泄水孔流量系数C 1；
S33、计算泄水孔入水口孔口损失水头H k1：
Figure 265965DEST_PATH_IMAGE013
。
具体的，所述方法还包括：S5，将所述富水隧道地层水头发送给监控终端，所述监控终端将所述富水隧道地层水头以可视化的形式显示在所述监控终端中。
第二方面，本发明的另一个实施例公开了一种基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算装置，其包括如下单元：
泄水孔出水口速度水头获取单元，用于根据泄水孔出流特征，测量出水流平抛运动下降高度H 1、平抛运动水平距离L 1，计算泄水孔出水口速度水头H v1；
泄水孔沿程损失水头获取单元，用于根据泄水孔材料属性，收集泄水孔长度l 1、泄 水孔孔径d 1、出流水流密度
Figure 817032DEST_PATH_IMAGE014
、出流水流粘滞系数
Figure 852246DEST_PATH_IMAGE015
，计算泄水孔沿程损失水头H f1；
泄水孔入水口孔口损失水头获取单元，用于根据泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1 、泄水孔流量系数C 1，计算泄水孔入水口孔口损失水头H k1；
富水隧道地层水头获取单元，用于通过所述泄水孔出水口速度水头H v1 、泄水孔沿程损失水头H f1、泄水孔入水口孔口损失水头H k1的代数和计算得到富水隧道地层水头H z1。
具体的，所述泄水孔出水口速度水头包括如下子单元：
泄水孔出水口参数获取单元、用于根据隧道泄水孔出流特征，获得出流水流平抛 运动下降高度H 1、平抛运动水平距离L 1、重力加速度
Figure 172369DEST_PATH_IMAGE016
；
泄水孔出水口速度水头水流流速获取单元、用于基于平抛运动基本公式计算隧道泄水孔出流水流流速v 1；
Figure 867792DEST_PATH_IMAGE017
泄水孔出水口速度水头计算单元、用于依据流体力学基本公式计算泄水孔出水口速度水头H v1：
Figure 640576DEST_PATH_IMAGE018
。
具体的，所述泄水孔沿程损失水头获取单元包括如下子单元：
泄水孔沿程损失水头参数获取单元、用于根据富水隧道泄水孔出流特征和相关设 计资料，获得相关参数，包括泄水孔长度l 1、泄水孔孔径d 1、出流水流密度
Figure 978017DEST_PATH_IMAGE019
、出流水流粘滞 系数
Figure 887067DEST_PATH_IMAGE020
；
泄水孔沿程损失水头出流水流雷诺数获取单元、用于根据流体力学基本公式计算出流水流雷诺数R e1：
Figure 18971DEST_PATH_IMAGE021
沿程水头损失系数获取单元、用于根据出流水流雷诺数R e1计算沿程水头损失系数
Figure 780516DEST_PATH_IMAGE022
：
Figure 656068DEST_PATH_IMAGE023
泄水孔沿程损失水头计算单元、用于根据沿程水头损失系数
Figure 419625DEST_PATH_IMAGE009
计算富水隧道泄 水孔沿程损失水头H f1：
Figure 722430DEST_PATH_IMAGE024
。
具体的，泄水孔入水口孔口损失水头包括如下子单元：
泄水孔入水口孔口损失水头参数获取单元、用于根据富水隧道泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1，计算出流水流流量q 1：
Figure 204227DEST_PATH_IMAGE025
富水隧道泄水孔流量系数获取单元、用于根据富水隧道泄水孔出流特征和泄水孔孔壁混凝土结构参数，测量富水隧道泄水孔流量系数C 1；
泄水孔入水口孔口损失水头计算单元、用于计算富水隧道泄水孔入水口孔口损失水头H k1：
Figure 883470DEST_PATH_IMAGE026
。
具体的，所述装置还包括：监控单元，用于将所述富水隧道地层水头发送给监控终端，所述监控终端将所述富水隧道地层水头以可视化的形式显示在所述监控终端中。
第三方面，本发明的另一个实施例公开了一种非易失性存储器，所述存储器上存储有指令，所述处理器在执行所述指令时用以实现上述的基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算方法。
本发明通过钻设临时泄水孔，根据泄水孔出流特征计算富水隧道地层水头，解决了传统依靠埋设仪器测试地层水头的实际操作繁琐、经济成本较高等问题，此外还考虑了泄水孔入水口孔口损失水头，计算结果更加合理，为富水地层隧道的施工和运营提供了重要参考。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算方法流程图；
图2是本发明实施例提供的运营阶段泄水孔位于衬砌结构上的富水隧道地层水头测算示意图；
图3是本发明实施例提供的施工阶段泄水孔位于掌子面围岩上的富水隧道地层水头测算示意图；
图4是本发明实施例提供的基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算装置示意图；
图5是本发明实施例提供的基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备示意图。
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参考图1，本实施例提供了一种基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算方法，其包括如下步骤：
S1，根据泄水孔出流特征，测量出水流平抛运动下降高度H 1、平抛运动水平距离L 1等参数，计算泄水孔出水口速度水头H v1；
参考图2，图2是在运营阶段的一个隧道，其泄水孔位于衬砌结构上。
参考图3，图3是一个施工阶段的隧道，其泄水孔位于掌子面的围岩中。
因此，本实施例的泄水孔出水口速度水头H v1可以是衬砌结构的泄水孔或掌子面的泄水孔的出水口速度水头，同理本实施例以下关于水头的描述均可以是衬砌结构的泄水孔或掌子面的泄水孔的水头，本实施例不再赘述。
在另一个实施阶段的隧道，当衬砌已经施工完毕时，其泄水孔也可位于衬砌结构上。
具体的，本实施例根据通过在隧道中布设距离标尺，通过采集泄水孔的水流击打隧道中距离标尺的点来获取所述平抛运动水平距离L 1。
在另一个实施方式中，可以由人手动采集平抛运动水平距离L 1和水流平抛运动下降高度H 1。
在另一个实施方式中，本实施例可以使用一视觉摄像机获取所述水头的图像，并从所述图像中识别所述平抛运动水平距离L 1和水流平抛运动下降高度H 1，例如在隧道现场预留一特定距离的标尺，根据所述特定距离的标尺在图像中所占的像素数与所述平抛运动水平距离L 1和水流平抛运动下降高度H 1所占的像素数来获取其数值。
本实施例的泄水孔出水口速度水头H v1计算包括如下步骤：
S11、根据隧道泄水孔出流特征，获得出流水流平抛运动下降高度H 1、平抛运动水 平距离L 1、重力加速度
Figure 767112DEST_PATH_IMAGE027
；
S12、基于平抛运动基本公式计算隧道泄水孔出流水流流速v 1；
Figure 742284DEST_PATH_IMAGE028
S13、依据流体力学基本公式计算泄水孔出水口速度水头H v1：
Figure 976956DEST_PATH_IMAGE029
S2，根据泄水孔材料属性，收集泄水孔长度l 1、泄水孔孔径d 1、出流水流密度
Figure 194311DEST_PATH_IMAGE030
、出 流水流粘滞系数
Figure 932460DEST_PATH_IMAGE031
参数，计算泄水孔沿程损失水头H f1；
本实施例的出流水流密度
Figure 577068DEST_PATH_IMAGE030
、出流水流粘滞系数
Figure 299036DEST_PATH_IMAGE031
均通过对应的传感器实时测 量。
泄水孔长度l 1、泄水孔孔径d 1可以由实际测量得到。
本实施例的泄水孔沿程损失水头H f1计算包括如下步骤：
S21、根据富水隧道泄水孔出流特征和相关设计资料，获得相关参数，包括泄水孔 长度l 1、泄水孔孔径d 1、出流水流密度
Figure 54502DEST_PATH_IMAGE030
、出流水流粘滞系数
Figure 679781DEST_PATH_IMAGE032
S22、根据流体力学基本公式计算出流水流雷诺数R e1：
Figure 229711DEST_PATH_IMAGE033
S23、根据出流水流雷诺数R e1计算沿程水头损失系数
Figure 173396DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 998133DEST_PATH_IMAGE035
S24、根据沿程水头损失系数
Figure 710874DEST_PATH_IMAGE034
计算富水隧道泄水孔沿程损失水头H f1：
Figure 697285DEST_PATH_IMAGE036
S3，根据泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1 、泄水孔流量系数C 1等参数，计算泄水孔入水口孔口损失水头H k1；
本实施例的泄水孔出流水流流速v 1通过安装在泄水孔中的传感器进行测量。
本实施例的泄水孔入水口孔口损失水头H k1计算包括如下步骤：
S31、根据富水隧道泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1，计算出流水流流量q 1：
Figure 629731DEST_PATH_IMAGE037
S32、根据富水隧道泄水孔出流特征和泄水孔孔壁混凝土结构参数，测量富水隧道泄水孔流量系数C 1；
S33、计算富水隧道泄水孔入水口孔口损失水头H k1：
Figure 727000DEST_PATH_IMAGE038
S4，通过述泄水孔出水口速度水头H v1 、泄水孔沿程损失水头H f1、泄水孔入水口孔口损失水头H k1的代数和计算得到富水隧道地层水头H z1；
富水隧道地层水头H z1为：
Figure 559827DEST_PATH_IMAGE039
本实施例通过钻设临时泄水孔，根据泄水孔出流特征计算富水隧道地层水头，解决了传统依靠埋设仪器测试地层水头的实际操作繁琐、经济成本较高等问题，此外还考虑了泄水孔入水口孔口损失水头，计算结果更加合理，为富水地层隧道的施工和运营提供了重要参考。
具体的，本实施例还包括如下步骤：
S5，将所述富水隧道地层水头发送给监控终端，所述监控终端将所述富水隧道地层水头以可视化的形式显示在所述监控终端中。
本实施例可以将地层水压力发送给监控终端，监控终端可以根据地层水压力制定不同的施工方案。
具体的，本实施例还设置一水头预警阈值，在所述水头超过所述水头阈值时，本实施例可以采用高亮的形式显示所述水头。或者是通过声音的形式播放预先录制的预警信息，例如“注意，当前水头为XXX，已经超过预警值XXX”。具体的，本实施例可以根据实际的项目管理需要设置多个水头预警值，并在超过不同的水头预警值，采用不同的高亮颜色进行显示，例如红色代表最紧急的情况，黄色代表次一级的紧急情况。同样在通过声音形式播放预先录制的预警信息时，也可以播放对应不同的预警值，例如“注意，当前水头为XXX，已经超过第一预警值XXX”、“注意，当前水头为XXX，已经超过第二预警值XXX”。
在另外一个实施例中，在施工时有时需要获取地层水压力，并根据地层压力进行可视化。水头指单位重量的液体所具有的机械能，单位是m；水压力是指单位面积上所承受的力的大小，单位为Pa，水头和地层水压力可以通过换算方法进行换算，因此，在另外一个实施方式中，可以通过一定的计算方法（如数值模拟、理论计算等），能够根据地层水头计算出地层水压力和作用在衬砌或掌子面结构上的水压力，并按照步骤S5的形式对水压力进行可视化，其对水压力的可视化方式和步骤S5相同，本实施例不再赘述。
实施例二
参考图4，本实施例公开了一种基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算装置，其包括如下单元：
泄水孔出水口速度水头获取单元，用于根据泄水孔出流特征，测量出水流平抛运动下降高度H 1、平抛运动水平距离L 1等参数，计算泄水孔出水口速度水头H v1；
参考图2，图2是在运营阶段的一个隧道，其泄水孔位于衬砌结构上。
参考图3，图3是一个施工阶段的隧道，其泄水孔位于掌子面的围岩中。
具体的，本实施例通过在隧道中布设距离标尺，通过采集泄水孔的水流击打隧道中距离标尺的点来获取所述平抛运动水平距离L 1。
在另一个实施方式中，可以由人手动采集平抛运动水平距离L 1和水流平抛运动下降高度H 1。
在另一个实施方式中，本实施例可以使用一视觉摄像机获取所述水头的图像，并从所述图像中识别所述平抛运动水平距离L 1和水流平抛运动下降高度H 1，例如在隧道现场预留一特定距离的标尺，根据所述特定距离的标尺在图像中所占的像素数与所述平抛运动水平距离L 1和水流平抛运动下降高度H 1所占的像素数来获取其数值。
本实施例的泄水孔出水口速度水头包括如下子单元：
泄水孔出水口参数获取单元、用于根据隧道泄水孔出流特征，获得出流水流平抛 运动下降高度H 1、平抛运动水平距离L 1、重力加速度
Figure 982718DEST_PATH_IMAGE040
；
泄水孔出水口速度水头水流流速获取单元、用于基于平抛运动基本公式计算隧道泄水孔出流水流流速v 1；
Figure 635416DEST_PATH_IMAGE041
泄水孔出水口速度水头计算单元、用于依据流体力学基本公式计算泄水孔出水口速度水头H v1：
Figure 801955DEST_PATH_IMAGE042
泄水孔沿程损失水头获取单元，用于根据泄水孔材料属性，收集泄水孔长度l 1、泄 水孔孔径d 1、出流水流密度
Figure 489288DEST_PATH_IMAGE043
、出流水流粘滞系数
Figure 318966DEST_PATH_IMAGE031
参数，计算泄水孔沿程损失水头H f1；
本实施例的出流水流密度
Figure 724540DEST_PATH_IMAGE043
、出流水流粘滞系数
Figure 163611DEST_PATH_IMAGE031
均通过对应的传感器实时测 量。
泄水孔长度l 1、泄水孔孔径d 1可以由实际测量得到。
本实施例的泄水孔沿程损失水头获取单元包括如下子单元：
泄水孔沿程损失水头参数获取单元、用于根据富水隧道泄水孔出流特征和相关设 计资料，获得相关参数，包括泄水孔长度l 1、泄水孔孔径d 1、出流水流密度
Figure 705451DEST_PATH_IMAGE043
、出流水流粘滞 系数
Figure 204566DEST_PATH_IMAGE044
泄水孔沿程损失水头出流水流雷诺数获取单元、用于根据流体力学基本公式计算出流水流雷诺数R e1：
Figure 97435DEST_PATH_IMAGE045
沿程水头损失系数获取单元、用于根据出流水流雷诺数R e1计算沿程水头损失系数
Figure 340198DEST_PATH_IMAGE046
：
Figure 238009DEST_PATH_IMAGE047
泄水孔沿程损失水头计算单元、用于根据沿程水头损失系数
Figure 173604DEST_PATH_IMAGE048
计算富水隧道泄 水孔沿程损失水头H f1：
Figure 288190DEST_PATH_IMAGE049
泄水孔入水口孔口损失水头获取单元，用于根据泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1 、泄水孔流量系数C 1参数，计算泄水孔入水口孔口损失水头H k1；
本实施例的泄水孔出流水流流速v 1还可以通过安装在泄水孔中的传感器进行测量。
本实施例的泄水孔入水口孔口损失水头包括如下子单元：
泄水孔入水口孔口损失水头参数获取单元、用于根据富水隧道泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1，计算出流水流流量q 1：
Figure 334644DEST_PATH_IMAGE050
富水隧道泄水孔流量系数获取单元、用于根据富水隧道泄水孔出流特征和泄水孔孔壁混凝土结构参数，测量富水隧道泄水孔流量系数C 1；
泄水孔入水口孔口损失水头计算单元、用于计算富水隧道泄水孔入水口孔口损失水头H k1：
Figure 851076DEST_PATH_IMAGE051
富水隧道地层水头获取单元，用于通过所述泄水孔出水口速度水头H v1 、泄水孔沿程损失水头H f1、泄水孔入水口孔口损失水头H k1的代数和计算得到富水隧道地层水头H z1；
富水隧道地层水头H z1为：
Figure 691993DEST_PATH_IMAGE052
本实施例通过钻设临时泄水孔，根据泄水孔出流特征计算富水隧道地层水头，解决了传统依靠埋设仪器测试地层水头的实际操作繁琐、经济成本较高等问题，此外还考虑了泄水孔入水口孔口损失水头，计算结果更加合理，为富水地层隧道的施工和运营提供了重要参考。
具体的，本实施例还包括如下单元：
监控单元，用于将所述富水隧道地层水头发送给监控终端，所述监控终端将所述富水隧道地层水头以可视化的形式显示在所述监控终端中。
本实施例可以将地层水压力发送给监控终端，监控终端可以根据地层水压力制定不同的施工方案。
具体的，本实施例还设置一水头预警阈值，在所述水头超过所述水头阈值时，本实施例可以采用高亮的形式显示所述水头。或者是通过声音的形式播放预先录制的预警信息，例如“注意，当前水头为XXX，已经超过预警值XXX”。具体的，本实施例可以根据实际的项目管理需要设置多个水头预警值，并在超过不同的水头预警值，采用不同的高亮颜色进行显示，例如红色代表最紧急的情况，黄色代表次一级的紧急情况。同样在通过声音形式播放预先录制的预警信息时，也可以播放对应不同的预警值，例如“注意，当前水头为XXX，已经超过第一预警值XXX”、“注意，当前水头为XXX，已经超过第二预警值XXX”。
在另外一个实施例中，在施工时有时需要获取地层水压力，并根据地层压力进行可视化。水头指单位重量的液体所具有的机械能，单位是m；水压力是指单位面积上所承受的力的大小，单位为Pa，水头和地层水压力可以通过换算方法进行换算，因此，在另外一个实施方式中，可以通过一定的计算方法（如数值模拟、理论计算等），能够根据地层水头计算出地层水压力和作用在衬砌或掌子面结构上的水压力，并按照监控单元的形式对水压力进行可视化，其对水压力的可视化方式和监控单元相同，本实施例不再赘述。
实施例三
参考图5，图5是本实施例的一种基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备的结构示意图。该实施例的基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备20包括处理器21、存储器22以及存储在所述存储器22中并可在所述处理器21上运行的计算机程序。所述处理器21执行所述计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤。或者，所述处理器21执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器22中，并由所述处理器21执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备20中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成实施例二中的各个模块,各模块具体功能请参考上述实施例所述的装置的工作过程，在此不再赘述。
所述基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备20可包括，但不仅限于，处理器21、存储器22。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备20的示例，并不构成对基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备20的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备20还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所述处理器21可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器21是所述基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备20的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备20的各个部分。
所述存储器22可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器21通过运行或执行存储在所述存储器22内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器22内的数据，实现所述基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备20的各种功能。所述存储器22可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart MediaCard, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算设备20集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器21执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，根据泄水孔出流特征，测量出水流平抛运动下降高度H 1、平抛运动水平距离L 1，计算泄水孔出水口速度水头H v1；
S2，根据泄水孔材料属性，收集泄水孔长度l 1、泄水孔孔径d 1、出流水流密度
Figure 739058DEST_PATH_IMAGE001
、出流水 流粘滞系数
Figure 931136DEST_PATH_IMAGE002
，计算泄水孔沿程损失水头H f1；
S3，根据泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1 、泄水孔流量系数C 1，计算泄水孔入水口孔口损失水头H k1；
S4，通过所述泄水孔出水口速度水头H v1 、泄水孔沿程损失水头H f1、泄水孔入水口孔口损失水头H k1的代数和计算得到富水隧道地层水头H z1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：
S11、根据隧道泄水孔出流特征，获得出流水流平抛运动下降高度H 1、平抛运动水平距离L 1、重力加速度
Figure 59629DEST_PATH_IMAGE003
；
S12、基于平抛运动基本公式计算隧道泄水孔出流水流流速v 1；
Figure 877413DEST_PATH_IMAGE004
S13、依据流体力学基本公式计算泄水孔出水口速度水头H v1：
Figure 516073DEST_PATH_IMAGE005
。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：
S21、根据富水隧道泄水孔出流特征和相关设计资料，获得相关参数，包括泄水孔长度l 1、泄水孔孔径d 1、出流水流密度
Figure 3687DEST_PATH_IMAGE006
、出流水流粘滞系数
Figure 478530DEST_PATH_IMAGE007
；
S22、根据流体力学基本公式计算出流水流雷诺数R e1：
Figure 319578DEST_PATH_IMAGE008
S23、根据出流水流雷诺数R e1计算沿程水头损失系数
Figure 563478DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure 330315DEST_PATH_IMAGE010
S24、根据沿程水头损失系数
Figure 823613DEST_PATH_IMAGE009
计算泄水孔沿程损失水头H f1：
Figure 592986DEST_PATH_IMAGE011
。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：
S31、根据泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1，计算出流水流流量q 1：
Figure 238862DEST_PATH_IMAGE012
S32、根据泄水孔出流特征和泄水孔孔壁混凝土结构参数，测量泄水孔流量系数C 1；
S33、计算泄水孔入水口孔口损失水头H k1：
Figure 68277DEST_PATH_IMAGE013
。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：还包括：S5，将所述富水隧道地层水头发送给监控终端，所述监控终端将所述富水隧道地层水头以可视化的形式显示在所述监控终端中。
6.一种基于泄水孔出流特征的富水隧道地层水头测算装置，其特征在于：其包括如下单元：
泄水孔出水口速度水头获取单元，用于根据泄水孔出流特征，测量出水流平抛运动下降高度H 1、平抛运动水平距离L 1，计算泄水孔出水口速度水头H v1；
泄水孔沿程损失水头获取单元，用于根据泄水孔材料属性，收集泄水孔长度l 1、泄水孔 孔径d 1、出流水流密度
Figure 48872DEST_PATH_IMAGE014
、出流水流粘滞系数
Figure 995837DEST_PATH_IMAGE015
，计算泄水孔沿程损失水头H f1；
泄水孔入水口孔口损失水头获取单元，用于根据泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1 、泄水孔流量系数C 1，计算泄水孔入水口孔口损失水头H k1；
富水隧道地层水头获取单元，用于通过述泄水孔出水口速度水头H v1 、泄水孔沿程损失水头H f1、泄水孔入水口孔口损失水头H k1的代数和计算得到富水隧道地层水头H z1。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述泄水孔出水口速度水头包括如下子单元：
泄水孔出水口参数获取单元，用于根据隧道泄水孔出流特征，获得出流水流平抛运动 下降高度H 1、平抛运动水平距离L 1、重力加速度
Figure 948749DEST_PATH_IMAGE016
；
泄水孔出水口速度水头水流流速获取单元，用于基于平抛运动基本公式计算隧道泄水孔出流水流流速v 1；
Figure 949067DEST_PATH_IMAGE017
泄水孔出水口速度水头计算单元，用于依据流体力学基本公式计算泄水孔出水口速度水头H v1：
Figure 370952DEST_PATH_IMAGE018
。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述泄水孔沿程损失水头获取单元包括如下子单元：
泄水孔沿程损失水头参数获取单元，用于根据富水隧道泄水孔出流特征和相关设计资 料，获得相关参数，包括泄水孔长度l 1、泄水孔孔径d 1、出流水流密度
Figure 137919DEST_PATH_IMAGE019
、出流水流粘滞系 数
Figure 617442DEST_PATH_IMAGE020
；
泄水孔沿程损失水头出流水流雷诺数获取单元，用于根据流体力学基本公式计算出流水流雷诺数R e1：
Figure 428141DEST_PATH_IMAGE021
沿程水头损失系数获取单元，用于根据出流水流雷诺数R e1计算沿程水头损失系数
Figure 993115DEST_PATH_IMAGE022
：
Figure 298194DEST_PATH_IMAGE023
泄水孔沿程损失水头计算单元，用于根据沿程水头损失系数
Figure 632224DEST_PATH_IMAGE024
计算富水隧道泄水孔 沿程损失水头H f1：
Figure 115289DEST_PATH_IMAGE025
。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：泄水孔入水口孔口损失水头包括如下子单元：
泄水孔入水口孔口损失水头参数获取单元，用于根据泄水孔出流水流流速v 1、泄水孔孔径d 1，计算出流水流流量q 1：
Figure 26613DEST_PATH_IMAGE026
富水隧道泄水孔流量系数获取单元，用于根据泄水孔出流特征和泄水孔孔壁混凝土结构参数，测量泄水孔流量系数C 1；
泄水孔入水口孔口损失水头计算单元，用于计算泄水孔入水口孔口损失水头H k1：
Figure 479591DEST_PATH_IMAGE027
。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述装置还包括：监控单元，用于将所述富水隧道地层水头发送给监控终端，所述监控终端将所述富水隧道地层水头以可视化的形式显示在所述监控终端中。
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