一种采用扇形监测盘的水下土工膜监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种采用扇形监测盘的水下土工膜监测系统及方法，在库底或渠底水域内设置至少三行监测节点，位于奇数行中的首个所述监测节点的应力应变检测装置中包括扇形监测盘，在所述扇形监测盘内与弧线边正对一侧的位置设有集线台，所述集线台上设有接线塞，在集线台靠近扇形监测盘的弧线边的一侧的台面边缘上设有三个螺栓孔，三个连接片的一端分别通过螺栓与三个螺栓孔配合而紧固在集线台上，三个连接片的另一端分别各自连接有应力应变传感器，所述应力应变传感器的信号线分别通过所述接线塞与本行内的控制总线电连接。本发明专利技术的技术方案，对堤坝的渗漏防治中，监测节点采用模块化标准结构，方便施工，有利于实现对水下土工膜破损的监测。

A monitoring system and method for underwater geomembrane using sector monitoring panel

The invention discloses an underwater geomembrane monitoring system and a method using a fan-shaped monitoring disk, in which at least three rows of monitoring nodes are arranged in the bottom of a reservoir or in the bottom of a canal. The stress and strain detection device of the first monitoring node located in an odd row includes a fan-shaped monitoring disk, which is on the opposite side of the arc line. A hub is arranged at the position of the hub, and a wiring plug is arranged on the hub, and three bolt holes are arranged on the edge of the platform near the arc side of the fan-shaped monitoring disk. One end of the three connecting pieces is fastened on the hub by matching the bolt holes with the three bolt holes respectively, and the other end of the three connecting pieces is respectively connected. A stress and strain sensor is provided, and the signal line of the stress and strain sensor is electrically connected with the control bus in the line through the connection plug respectively. The technical scheme of the invention adopts a modular standard structure for the monitoring node in the prevention and control of the leakage of the dam, which is convenient for construction and is favorable for realizing the monitoring of the damage of the underwater geomembrane.

【技术实现步骤摘要】
一种采用扇形监测盘的水下土工膜监测系统及方法
本专利技术涉及一种采用扇形监测盘的水下土工膜监测系统及方法。
技术介绍
土工膜作为一种以高分子聚合物，较大的抗拉强度和延伸率承受水压和适应坝体变形，因其不透水性广泛应用在水利工程中，以隔断水流的渗漏通道。我国早期将土工膜用于库底或渠底的垂直铺塑防渗工程，近几年在平原水库等水利工程应用较广泛；在平原水库、面板堆石坝、河渠、围堰等工程中，采用土工膜防渗是一种有效的技术。通常情况下，若在土工膜下敷设多个监测节点以期获得库底或渠底的状态数据，往往需要逐个进行控制，造成控制系统复杂化，若采用网络结构，则需要采用总线结构进行数据传输，一旦某个监测节点损坏不能正常工作，则采集数据就会出现空白，存在监测节点的孤岛，仍然不能完全保证对库底或渠底和土工膜的完好性的监测，若采用绳索将各个监测节点链起来组成监测节点阵列是个可行的方式，但在监测节点阵列中，不同位置的监测节点结构会有不同，有的在阵列的边缘，往往只需要与一侧的监测节点用绳索链接，有的则在阵列的中心，则需要与前、后、左、右、四周的节点进行链接，因此，需要采用多种结构的监测节点以供选用。目前，在城市建设和部分水利工程中，对于地质条件较差、缺乏理想不透水层的地区采用土工膜进行防渗多成为首选方案。原因是，土工膜属于柔性材料，对水下地基变形的适应能力很强，在未遭受外力刺穿、撕裂的情况下，其老化速度能够满足多数水利工程的经济寿命需求，特别适用于多地震地区和岩溶地区作为库底防渗方案。在实际运用中，土工膜的完整性会面对水下地基变形等考验，水下地基变形一般有两类情况，一类是膜下地基陷落，造成土工膜部分悬空，膜体的抗拉、抗剪强度较低，另一类是膜下地基隆起以及气体膨胀导致土工膜局部受力、位移等。总之，水下库底土工膜一旦在地质环境、水土生物、衬垫外力和胀气等作用下受损，其“开裂部位难以确定”这一重大缺陷立即显现出来。由于渗水穿越土工膜后迅速在土体内扩散，即使预埋监测仪器也无法在小范围内确定损伤部位。这一弊端使得膜体开裂初期短暂的抢修时机丧失，使土工膜撕裂和渗透破坏急剧扩展，严重威胁到水利工程的安全。总之，土工膜一旦产生破坏，会加剧库水渗漏，造成大量水量损失，并影响水库的正常运营，危及工程安全。因此，必须对土工膜运行采取有效的监测技术。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是：针对水下起防渗作用的土工膜意外破损后，如何能做到迅速发现并精确定位的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提出一种采用扇形监测盘的水下土工膜监测系统，在库底或渠底水域内设置至少三行监测节点，构成奇数行或偶数行的监测节点阵列,位于奇数行中的首个所述监测节点的应力应变检测装置中包括扇形监测盘，所述扇形监测盘和扇形盖配套，在所述扇形盖的两条直边的外侧设置有翻沿，所述翻沿上设有安装孔，在所述扇形监测盘内与弧线边正对一侧的位置设有集线台，所述集线台上设有接线塞，在集线台靠近扇形监测盘的弧线边的一侧的台面边缘上设有三个螺栓孔，三个连接片的一端分别通过螺栓与三个螺栓孔配合而紧固在集线台上，三个连接片的另一端分别各自连接有应力应变传感器，在每个应力应变传感器的远离所述连接片的另一端也设有螺栓孔，压板通过螺栓与螺栓孔的配合将绳索的一端压接在应力应变传感器远离所述连接片的另一端上，所述扇形监测盘的侧壁上设有防水塞，所述绳索通过防水塞穿出扇形监测盘与相邻的其他监测节点中的应力应变检测装置连接，所述应力应变传感器的信号线分别通过所述接线塞与本行内的控制总线电连接。一种采用扇形监测盘的水下土工膜监测系统的方法，包括的步骤如下：步骤一包括，在库底或渠底水域内设置至少三行监测节点，构成奇数行或偶数行的监测节点阵列，其中，所述偶数行的各个监测节点分别设置在所述奇数行的各个相邻的两个监测节点间距区域之间，各个所述监测节点中包括设有的应力应变检测装置，位于奇数行中的首个所述监测节点的应力应变检测装置中包括扇形监测盘，位于偶数行的首个和尾个监测节点的应力应变检测装置中包括五边形监测盘和与所述五边形监测盘配套的五边形盖，在各个行内的监测节点中的应力应变检测装置之间连接有绳索，相邻行的相邻监测节点中的应力应变检测装置之间通过绳索连接构成三角形网孔，其中，相邻奇数行中的首个监测节点中的应力应变检测装置之间也连接绳索，相邻奇数行中的末端监测节点的应力应变检测装置之间也通过绳索进行连接；步骤二包括，监测节点阵列中的各个绳索之间保持张紧并将各个监测节点上设有的应力应变检测装置固定安装在土工膜朝下的一面上，将土工膜连同安装在朝下一面的监测节点的应力应变检测装置一起敷设在水库底或渠底表面上，各个行中监测节点的应力应变检测装置均与本行的控制总线连接，各个行的所述控制总线均与堤岸上设置的控制箱电连接；步骤三包括，当任意一处土工膜发生形变，位于土工膜背面的相应位置的监测节点中的应力应变检测装置受到应力作用而发出数据信号，同时，与该应力应变检测装置相连接的绳索也受到牵扯，使周边的应力应变检测装置也会感受到土工膜的形变而发出数据信号，各个所述数据信号都会通过各自所在行的控制总线传输至控制箱中，控制箱中的控制器将各个数据信号上传至云端服务器，控制中心的中心服务器的内部程序进行判断和比较，对数据信号到达时间排序以及将数据信号与土工膜所受应力峰值的阈值下限比较，舍弃小于阈值下限的应力峰值信号，记录大于阈值下限的应力峰值信号，阈值下限设为80～140N/125px，N单位为牛顿，PX为土工膜的像素；将最先发出数据信号或者数据信号峰值最大的监测节点的位置坐标初步确定为土工膜形变或破损的位置坐标，获悉该坐标信号的技术人员对相应的监测节点及其周围区域进行排查，即可获得相对精准的土工膜形变或破损位置，为进一步应急处理提供技术支持。水下土工膜监测方法所采用的系统，包括在库底或渠底内的水域中设置至少三行监测节点，构成奇数行或偶数行的监测节点阵列，其中，所述偶数行的各个监测节点分别设置在所述奇数行的各个相邻的两个监测节点间距区域之间，各个所述监测节点中包括设有的应力应变监测装置，在各个行内的监测节点中的应力应变监测装置之间连接有绳索，相邻行的相邻监测节点中的应力应变监测装置之间通过绳索连接构成三角形网孔，其中，相邻奇数行中的首个监测节点中的应力应变监测装置之间也连接绳索，相邻奇数行中的末端监测节点中的应力应变监测装置之间也通过绳索进行连接；所述应力应变监测装置中包括应力应变传感器；监测节点阵列中的各个绳索之间保持张紧并将监测节点固定安装在土工膜朝下的一面上，土工膜连同朝下一面上的监测节点一起敷设在水下的库底或渠底表面上，各个行中的监测节点的应力应变监测装置均与本行的控制总线连接，各个行的所述控制总线均与堤岸上设置的控制箱电连接；所述控制箱与云端服务器通讯，所述云端服务器通过网关与控制中心的中心服务器通信，所述云端服务器还与移动终端通信。所述控制箱中包括设有的控制器，还包括与控制器连接的无线发射模块，无线发射模块通过无线路由器与云端服务器通讯。所述控制器为PLC控制器，所述绳索为不锈钢丝绳。本技术方案的工作原理是，在采用敷设土工膜对水下工程进行防渗处理的具体应用中，针对土工膜的膜体在地基变化以及外力等作用下容易受损，严重时将导致库底或渠底渗漏等事故发生的实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用扇形监测盘的水下土工膜监测系统，其特征在于，在库底或渠底水域内设置至少三行监测节点，构成奇数行或偶数行的监测节点阵列,位于奇数行中的首个所述监测节点的应力应变检测装置中包括扇形监测盘，所述扇形监测盘和扇形盖配套，在所述扇形盖的两条直边的外侧设置有翻沿，所述翻沿上设有安装孔，在所述扇形监测盘内与弧线边正对一侧的位置设有集线台，所述集线台上设有接线塞，在集线台靠近扇形监测盘的弧线边的一侧的台面边缘上设有三个螺栓孔，三个连接片的一端分别通过螺栓与三个螺栓孔配合而紧固在集线台上，三个连接片的另一端分别各自连接有应力应变传感器，在每个应力应变传感器的远离所述连接片的另一端也设有螺栓孔，压板通过螺栓与螺栓孔的配合将绳索的一端压接在应力应变传感器远离所述连接片的另一端上，所述扇形监测盘的侧壁上设有防水塞，所述绳索通过防水塞穿出扇形监测盘与相邻的其他监测节点中的应力应变检测装置连接，所述应力应变传感器的信号线分别通过所述接线塞与本行内的控制总线电连接。

【技术特征摘要】
1.一种采用扇形监测盘的水下土工膜监测系统，其特征在于，在库底或渠底水域内设置至少三行监测节点，构成奇数行或偶数行的监测节点阵列,位于奇数行中的首个所述监测节点的应力应变检测装置中包括扇形监测盘，所述扇形监测盘和扇形盖配套，在所述扇形盖的两条直边的外侧设置有翻沿，所述翻沿上设有安装孔，在所述扇形监测盘内与弧线边正对一侧的位置设有集线台，所述集线台上设有接线塞，在集线台靠近扇形监测盘的弧线边的一侧的台面边缘上设有三个螺栓孔，三个连接片的一端分别通过螺栓与三个螺栓孔配合而紧固在集线台上，三个连接片的另一端分别各自连接有应力应变传感器，在每个应力应变传感器的远离所述连接片的另一端也设有螺栓孔，压板通过螺栓与螺栓孔的配合将绳索的一端压接在应力应变传感器远离所述连接片的另一端上，所述扇形监测盘的侧壁上设有防水塞，所述绳索通过防水塞穿出扇形监测盘与相邻的其他监测节点中的应力应变检测装置连接，所述应力应变传感器的信号线分别通过所述接线塞与本行内的控制总线电连接。2.一种采用扇形监测盘的水下土工膜监测系统的方法，其特征在于,包括的步骤如下：步骤一包括，在库底或渠底水域内设置至少三行监测节点，构成奇数行或偶数行的监测节点阵列，其中，所述偶数行的各个监测节点分别设置在所述奇数行的各个相邻的两个监测节点间距区域之间，各个所述监测节点中包括设有的应力应变检测装置，位于奇数行中的首个所述监测节点的应力应变检测装置中包括扇形监测盘，位于偶数行的首个和尾个监测节点的应力应变检测装置中包括五边形监测盘和与所述五边形监测盘配套的五边形盖，在各个行内的监测节点中的应力应变检...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保祥，徐运海，杨先利，刘莉莉，魏兆珍，田伟，陈丕华，
申请(专利权)人：山东省水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37