[发明专利]一种土石坝防渗性能劣化的监测诊断装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及土石坝渗流性的监测诊断领域，尤其是土石坝坝体防渗性能劣化的监测诊断领域。

背景技术

我国是世界上水库大坝最多的国家之一，新中国成立以后，我国陆续修建了近9万多座水库大坝，其中土石坝就占到了其中的三分之一。虽然土石坝在防洪、灌溉、供水等方面起到了非常大的作用，但由于在修建时受到条件限制、施工、设计技术等方面的原因，这些水库多为一边设计、一边施工、一边运行，简称"三边工程"。这些水库大都存在工程质量差、坝体单薄、大坝渗漏、管理设施老化等问题。土石坝病险中渗漏问题最为严重。由于勘探工作的深度不够、设计不合理或施工不合格、材料劣质、水库运行不合理等原因引起的渗漏问题往往会导致坝体失去稳定性并造成渗透破坏。渗漏的形式和特征主要有坝体填筑材料不良，抗渗能力不能满足要求，渗透系数大，下游坝面出现大面积饱和湿润漏水；防渗体断裂或新老防渗体接触不良出现漏水；导滤排水棱体堵塞失效，浸润线上升，坝脚处饱和湿润引起渗水；坝内埋管断裂，导致坝体渗水管涵或集中漏水；沿白蚁洞穴漏水等。

由于渗漏的影响因素和发生特征多样，同时渗漏发身在大坝内部，常难以有效的识别和诊断；由于土石坝防渗性能是一个随时间逐步劣化的过程，因此需要能够长期有效的收集大坝防渗性能相关的各种特征数据的，在避免长期破坏大坝原有结构的条件下，实现长时间的低损或无损测量。为此，需要一套能够便捷监测土石坝内部渗流性态监测，同时有效判别防渗性能劣化的装置和方法。这对研究土石坝渗流变化规律、渗漏土石坝病险诊断分析和工程维护能够提供有效的帮助，并能保障土石坝工程的安全运行。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种土石坝防渗性能劣化的监测诊断装置及方法，能够实现土石坝坝体渗漏破坏过程的劣化程度监测诊断，为渗漏土石坝诊断分析和工程维护提供帮助，保障了土石坝工程的安全运行。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供一种土石坝防渗性能劣化的监测诊断装置，包括视电阻率测量系统、渗透压力测量系统、水位测量系统、渗漏量测量系统、雨量观测设备、电缆和监测箱。

作为优选，所述的监测箱通过电缆与视电阻率测量系统、渗透压力测量系统、水位测量系统、渗漏量测量系统、雨量观测设备连接，采集监测数据。

作为优选，所述的视电阻率测量系统包括若干测量电极，测量电极等间距布置于土石坝上游坡、坝顶、下游坡的若干纵断面上，通过电缆沿纵断面连接并汇集到监测箱中。

作为优选，所述的渗透压力测量系统包括大于等于两个的渗压计，渗压计沿土石坝横断面从上游到下游埋设于大坝内，埋设位置在土石坝坝基上部2~3m部位。

作为优选，所述的水位测量系统有两套，其中一套包括水位杆、水位计，水位杆布置在土石坝坝顶，悬臂伸向上游，水位计安装在悬臂伸末端，用于测量上游水位；另外一套包括水位杆、水位计，水位杆布置在土石坝坝顶，悬臂伸向下游，水位计安装在悬臂伸末端，用于测量下游水位。

作为优选，渗漏量测量系统位于土石坝下游排水渠道出水口处；雨量观测设备布置于坝顶，安装在上游水位杆上。

作为优选，所述的监测箱中包括用于控制及测量上下游水位、渗透压力、视电阻率、气温数据的监测模块，用于对土石坝防渗性能劣化分析诊断的诊断模块。

作为优选，当土石坝下游只有渗漏无下游水位时，所述的水位测量系统只有一套，用于上游水位测量；当土石坝下游有水位时，所述的渗漏量测量系统不需要安装布置和测量。

一种土石坝防渗性能劣化的监测诊断装置的监测诊断方法，包括以下步骤：

第一步，数据采集：按照每天一次的频率采集整理得到上下游水位值、纵断面视电阻率值、渗压计的渗透压力值、下游渗漏量值、降雨量值；其中降雨量值为日累计雨量。

第二步，实际渗流参数估算：选择历史监测数据中，上游水位变幅在0.5m且持续时段大于等于10日的水位数据；按照土石坝填筑的不同分区，选择工程建设期设计报告中的渗流参数，建立土石坝渗流的有限元模型；模型输入的上游水位数据为所述10日实测上游水位的均值，表示为H_e，选择上游水位为H_e时渗压计测值，n个渗压计测值表示为p1、p2、…、pn；建立基于神经网络的有限元分析迭代过程，通过调整渗流参数，使有限元模型在n个渗压计埋设位置通过有限元模型计算得到的渗透压力值与实测值相符，则所述的调整后渗流参数为土石坝运行期实际的渗流参数。