水库坝体沉陷与水平位移监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水库坝体沉陷与水平位移监测系统，它包括基准点检测器和集中管理器，集中管理器设置在坝体的一端，在以集中管理器为端点的射线上设置若干个等间距的基准点，并在每个基准点处分别设置一个基准点检测器；所述基准点检测器包括检测器壳体、图像检测装置、挡板机构、摄像头、检测控制器和太阳能电池板，所述集中管理器包括管理器壳体以及设置管理器壳体内的开关电源、管理控制器、激光发射器、扬声器和激光通孔挡板机构。本发明专利技术能够对水库坝体进行沉陷与水平位移自动检测，不仅产品成本低、测量精度高、性能稳定，而且安装方便、受地理环境影响大、维护成本低、实用性强。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种水库坝体沉陷与水平位移监测系统，它包括基准点检测器和集中管理器，集中管理器设置在坝体的一端，在以集中管理器为端点的射线上设置若干个等间距的基准点，并在每个基准点处分别设置一个基准点检测器；所述基准点检测器包括检测器壳体、图像检测装置、挡板机构、摄像头、检测控制器和太阳能电池板，所述集中管理器包括管理器壳体以及设置管理器壳体内的开关电源、管理控制器、激光发射器、扬声器和激光通孔挡板机构。本专利技术能够对水库坝体进行沉陷与水平位移自动检测，不仅产品成本低、测量精度高、性能稳定，而且安装方便、受地理环境影响大、维护成本低、实用性强。【专利说明】水库坝体沉陷与水平位移监测系统
本专利技术涉及一种水库坝体监测系统，具体地说是一种水库坝体沉陷与水平位移监测系统。
技术介绍
大坝作为重大水利工程的关键枢纽工程，其稳定安全与否直接关系到整个水利工程其它辅助工程正常运行，并直接影响和决定着重大水利工程整体的安全性与设计效益的发挥，更重要的是其稳定性和安全直接关系下游区域人民群众的生命财产安全、社会经济建设和生态环境安全等。 混凝土坝和砌石坝建成蓄水水库运用后，在水压力、泥沙压力、浪压力、扬压力以及温度变化等作用下，坝体必然发生变形。坝体的变形与各种荷载作用和影响因素的变化具有相应的规律性变化，并在允许的范围之内，这是正常的现象。然而，坝体的异常变形则往往是大坝破坏事故的先兆。如1959年法国马尔巴塞拱坝失事前，拱座发生了异常变形，如果该坝在运行期间进行了系统的变形观测，及时掌握拱座的变形情况，采取有效措施，是有可能避免垮坝失事的。因此，为保证混凝土坝和砌石坝的安全运行，必须对坝体进行变形观测，以随时掌握大坝在各种荷载作用和有关因素影响下变形是否正常。混凝土坝和砌石坝受水压力等水平方向的推力和坝底受向上的扬压力作用，有向下游滑动和倾覆的趋势，因此要进行水平位移观测。混凝土和砌石均属弹性体，在水平荷载作用下，坝体将发生挠度，因此还需要进行挠度观测。坝体受温度影响和自重等荷载作用，将发生体积变化，地基亦将发生沉陷，需要进行垂直位移(沉陷)观测。我国从20世纪80年代开始在大坝上进行大规模布置监测系统。 坝体位移监测的主要分类方法有:I)根据测点的位置，分为坝体表面和内部位移监测；2)根据测量功能，分为水平位移监测、垂直位移监测和三维位移监测；3)根据监测的连续性，分为人工周期性监测和在线连续监测。坝体表面位移监测方法包括两大类:I)根据基点高程和位置，使用经纬仪、水准仪、电子测距仪或激光准直仪、GPS、智能全站仪等来测量坝体表面标点、觇标处高程和位置变化，这种方式可以实现测点的三维位移数据测量；2)在坝体表面安装或埋设一些监测位移的仪器，这种方式通常只能测量测点的单项位移数据。坝体内部位移监测主要通过安装埋设仪器来实现，通常只能监测测点的单项位移数据(水平位移或垂直位移)。常用的位移监测仪器有位移计、测缝计、倾斜仪、沉降仪、垂线坐标仪、弓I张线仪、多点位移计和应变计等。 目前国内外在线检测研究情况如下。 1、水平位移在线监测技术坝体水平位移监测技术与表面变形监测、坝体垂直位移监测等进行配套布置和相互验证。常用技术有测斜仪技术，引张线技术，正、倒垂线技术等。 1.1测斜仪技术 测斜仪技术主要用于测量坝体内部水平位移，工作原理是测量测斜管轴线与铅垂线之间的夹角变化量，从而计算出土层各点的水平位移大小。测斜仪有活动测斜仪和固定测斜仪之分。活动测斜仪用于人工测量，固定测斜仪可以实现自动在线测量。其测量方法是由若干固定式测斜仪按一定间距组成传感器串，根据传感器间距(标距)和所测得倾角计算每个传感器对应的测斜管段位移，形成测斜管的水平变形曲线。根据传感器不同，固定测斜仪分为伺服加速度计式、电解质式、电阻应变片式等。该方法施工干扰较小、测量原理理论依据充分、性能稳定、操作简单、可以在线监测。测量孔深不大时测量精度满足要求；但在孔深较大时，内部布设传感器较多，成本较高，同时测量精度受到影响。 1.2引张线技术引张线式水平位移计是利用线膨胀系数很小的不锈钢钢丝将坝体内部监测点的水平位移传递到坝外的观测房，通过测量钢丝对固定标点的相对位移实现坝体内部水平位移的观测。通过导向滑轮，在其观测房端加一固定砝码或重锤，当坝体内水平测点移动时，带动钢丝移动，在固定标点处钢丝的位移加上自身的位移即为坝体内水平测点的位移量。该方法测量结果的重复性好、精度高，并且测量结果不受大气压力和温度等环境因素影响，不需要进行大气压力补偿和温度修正，长期稳定性好。但该方法施工复杂、维护不便。引张线技术也可以用于监测坝体表面水平位移，原理是采用一条不锈钢钢丝在两端点处施加张力，使其在水平面的投影为直线从而测出被测点相对于该直线的偏距。同视准线法相比，该法的基准线是一条物理的直线。引张线法的特点是:受外界影响小，在大坝监测中应用普遍。其测量精度主要取决于读数精度，采用线阵CCD传感器的引张线测量系统实现自动读数，其量程为几厘米，精度优于±0.1mm。但引张线的两端一般要设有正倒垂线，以提供测量的基准，客观上增加了系统的安装和维护使用成本。引张线技术的发展趋势是双向引张线，能够同时观测水平和垂直方向的位移，提高了观测率。 1.3正、倒垂线技术正、倒垂线既可以实现坝体表面水平位移监测，又可实现土坝的挠度观测。同时，该方法又经常与激光准直法、引张线法等其它方法配合使用。正垂线是一端固定于坝顶附近，另一端悬挂重锤，以便观测坝体各点间及坝体相对于坝基的位移，以及坝体的挠度观测。倒垂线是一端埋设在坝体基础深层基岩处，另一端浮起，来测定坝体的绝对位移。该技术在大坝监测中广泛使用，并得到充分发展，采用线阵CCD传感器技术可以实现自动读数。 2坝体垂直位移在线监测技术坝体垂直位移监测与外部变形监测、坝体水平位移监测等进行配套布置和相互验证。主要监测方法有连通管法监测技术(静力水准法)、水平固定式测斜仪监测技术、振弦式沉降仪监测技术等。 2.1连通管法在线监测技术利用液体在连通管两端口处于同一水平面的原理进行观测，坝体内部垂直位移监测的实现方式是:在坝体内设计监测部位设置沉降测头，测头内安置一容器，配有进水管、排水管和排气管，三根管顺坡引到坝体外观测房，进水管与观测房内测量装置(标有刻度的玻璃管)相连通，通过连通平衡使得玻璃管中液面与测头内的容器液面处于同一水位高程。排水管是将测头容器内超过限定水位的多余液体排出，固定测头容器内水位，通过观测房测量装置上的玻璃管水位即可推算测头高程。排气管将容器与观测房大气相通，使得容器内液面与玻璃管内液面均为相同大气压的自由液面。该方法测量原理简单，测量结果直观。用测量精度高的传感器测量玻璃管中水柱高度，可实现在线监测。但也存在如下缺点:土建施工工作量大，测点墩混凝土浇筑需养护时间，沟槽开挖影响施工交通，施工干扰大，影响主体施工进度；施工工艺要求较高，需对测头和管道进行必要的保护，管路须可靠连接；对液体有特殊要求，需采用排气的蒸馏水，在寒冷地区需加防冻液；管内环境适宜微生物的生存，必然产生影响管道畅通的物质，导致测量系统失效；观测程序和维护措施复杂。静力水准仪也是监测坝体表面垂本文档来自技高网...

【技术保护点】
水库坝体沉陷与水平位移监测系统，其特征是，包括基准点检测器和集中管理器，所述集中管理器设置在坝体的一端，在以集中管理器为端点的射线上设置若干个等间距的基准点，并在每个基准点处分别设置一个基准点检测器；所述基准点检测器包括检测器壳体、图像检测装置、挡板机构、摄像头、检测控制器和太阳能电池板，所述检测器壳体为长方体壳体，在长方体壳体对应的两侧面分别设置有透光孔，所述图像检测装置设置在壳体内两个透光孔之间，在两个透光孔与图像检测装置之间还分别设置有挡板机构，所述摄像头设置在图像检测装置平行于激光通路的侧壁内侧，所述检测控制器设置在检测器壳体内，所述太阳能电池板设置在检测器壳体顶部，所述检测控制器分别与挡板机构、摄像头和太阳能电池板相连；所述集中管理器包括管理器壳体以及设置管理器壳体内的开关电源、管理控制器、激光发射器、扬声器和激光通孔挡板机构，所述管理器壳体一侧面设置有激光通孔，所述激光发射器设置在管理器壳体内对应激光通孔的位置，所述激光通孔挡板机构设置在激光发射器和激光通孔之间，所述管理控制其分别与开关电源、激光发射器、扬声器和激光通孔挡板机构相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李聪，马明文，孙显利，徐景起，郭广军，黄英培，李阳，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37