一种基于形状记忆合金实时监测的堤防及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种基于形状记忆合金实时监测的堤防及其施工方法，包括堤防本体、合金监测层Ⅰ、合金监测层Ⅱ和监测系统，合金监测层Ⅰ和合金监测层Ⅱ均为多个，多个合金监测层Ⅰ和多个合金监测层Ⅱ相互平行设置在堤防本体内，且各个合金监测层Ⅰ和各个合金监测层Ⅱ在堤防本体竖直方向上交替设置；所述合金监测层Ⅰ由多个形状记忆合金丝Ⅰ沿堤防本体横截面方向间隔相同距离并排组成，多个形状记忆合金丝Ⅰ的两端均与监测系统电连接，所述监测系统为电阻监测仪；本发明专利技术结构简单，施工方便，能对堤防实时监测，一旦任意位置发生问题能及时精确得出该位置，便于工作人员采取相应措施，阻止更大灾害的发生。

A Embankment and Its Construction Method Based on Shape Memory Alloy Real-time Monitoring

The invention discloses a real-time monitoring embankment based on shape memory alloy and its construction method, including embankment body, alloy monitoring layer I, alloy monitoring layer II and monitoring system. There are many alloy monitoring layer I and alloy monitoring layer II, and many alloy monitoring layer I and alloy monitoring layer II are arranged in the embankment body in parallel with each other, and each alloy monitoring layer I and each other. The alloy monitoring layer II is alternately arranged in the vertical direction of the embankment body; the alloy monitoring layer I consists of multiple shape memory alloy wires I arranged side by side at the same distance along the cross-section direction of the embankment body, and the two ends of the multiple shape memory alloy wires I are electrically connected with the monitoring system, which is a resistance monitoring instrument; the invention has simple structure, convenient construction and can real-time detect the embankment. Monitoring, once problems occur at any location, the location can be obtained accurately in time, which is convenient for staff to take appropriate measures to prevent the occurrence of greater disasters.

【技术实现步骤摘要】
一种基于形状记忆合金实时监测的堤防及其施工方法
本专利技术涉及一种堤防及其施工方法，具体是一种基于形状记忆合金实时监测的堤防及其施工方法。
技术介绍
堤防是世界上广为采用的一种最普遍、最有效的水利防洪工程，大多分布在河、渠、湖、海岸或行洪区、分洪区、围垦区的边缘等区域。河堤约束洪水后，将洪水限制在预定的洪道内流动，起到保护耕地、挡水和排水的作用，同时使同等流量的水深增加，行洪流速增大，因此也有利于水流的泄洪排沙，另外，堤防还可以起到抵挡风浪及抗御海潮的作用。由此可见，这类工程是防御洪水泛滥的重要屏障，同时更是保护居民和工农业安全生产的主要措施之一。而在我国现有堤防大概有30万km，由于历史长时间使用或其它原因，已有的堤防存在着不同的安全隐患。因此，构建防、监、控三位一体的堤防系统尤为重要。作为堤防构筑物的重要参数，其所处的堤基条件、堤身质量及堤防环境等关键指标一直是工程
中的三个难点。若堤基条件差，尤其对于傍河而建的软弱地基堤防，则堤防的工后沉降大，易导致堤身发生滑体塌岸破坏；同时如果堤身质量不佳，又容易造成堤身迎水坡滑坡(脱坡)、崩岸、裂缝、跌窝、渗流的发生或其它形式的堤坝功能丧失；即使堤基条件好和堤身质量高，若堤防所处环境复杂，比如堤前或堤后坑塘较多，深浅不一，且没有相应的安全处理，往往也会造成堤防滑坡、渗流等发生。堤防按其修筑的位置不同，可分为河堤、江堤、湖堤、海堤以及水库、蓄滞洪区低洼地区的围堤等；按其功能可分为干堤、支堤、子堤、遥堤、隔堤、行洪堤、防洪堤、围堤(圩垸)、防浪堤等；按建筑材料可分为：土堤、石堤、土石混合堤和混凝土防洪墙等。但是这些堤防在工程应用中均存在一些隐患和缺陷或不足，即，一方面，由于相当多堤防本身的质量和所处环境较差，因此极易造成堤防的滑坡、渗流等问题发生；另一方面，工程中许多堤防没有条件增建安全监测系统，即使有些堤防安装了安全监测系统，但是许多监测设备存在落后、老化、造价高等现实，并且监测系统给出的分析普遍存在信息不完善及预警准确性差等现象，而堤防的安全监测及资料分析是真实掌握其实际工作状态、评价建筑物健康和指导运行调度的有效手段，由此看来，这些缺点直接影响着堤防的安全性。因此，对于传统的堤防结构所采用的施工工艺来说，都无法实时、精确的对堤防的状态进行监测，从而导致堤防存在问题后无法及时进行处理。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于形状记忆合金实时监测的堤防及其施工方法，结构简单，施工方便，能对堤防实时监测，一旦任意位置发生问题能及时精确得出该位置，便于工作人员采取相应措施，阻止更大灾害的发生。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于形状记忆合金实时监测的堤防，包括堤防本体、合金监测层Ⅰ、合金监测层Ⅱ和监测系统，合金监测层Ⅰ和合金监测层Ⅱ均为多个，多个合金监测层Ⅰ和多个合金监测层Ⅱ相互平行设置在堤防本体内，且各个合金监测层Ⅰ和各个合金监测层Ⅱ在堤防本体竖直方向上交替设置；所述合金监测层Ⅰ由多个形状记忆合金丝Ⅰ沿堤防本体横截面方向间隔相同距离并排组成，多个形状记忆合金丝Ⅰ的两端均与监测系统电连接，每个形状记忆合金丝Ⅰ上均缠绕多个金属环体Ⅰ，且各个金属环体Ⅰ之间的间距相同，每个金属环体Ⅰ分别被一个混凝土块Ⅰ包裹；所述合金监测层Ⅱ由多个形状记忆合金丝Ⅱ沿堤防本体长度方向间隔相同距离并排组成，多个形状记忆合金丝Ⅱ的两端均与监测系统电连接，每个形状记忆合金丝Ⅱ上均缠绕多个金属环体Ⅱ，且各个金属环体Ⅱ之间的间距相同，每个金属环体Ⅱ分别被一个混凝土块Ⅱ包裹；所述监测系统为电阻监测仪。进一步，相邻形状记忆合金丝Ⅰ之间的间距为0.2m～0.5m；相邻形状记忆合金丝Ⅱ之间的间距为0.2m～0.5m。进一步，相邻的合金监测层Ⅰ和合金监测层Ⅱ之间的距离为0.2m～0.5m。进一步，所述混凝土块Ⅰ的径向宽度为形状记忆合金丝Ⅰ直径的3～5倍；所述混凝土块Ⅱ的径向宽度为形状记忆合金丝Ⅱ直径的3～5倍。进一步，所述形状记忆合金丝Ⅰ和形状记忆合金丝Ⅱ结构相同且均为镍钛合金。一种基于形状记忆合金实时监测堤防的施工方法具体步骤为：1)金属环体Ⅰ和金属环体Ⅱ的制作：金属环体Ⅰ和金属环体Ⅱ结构相同，利用已知金属材料制成环体，环体本身的直径为形状记忆合金丝Ⅰ直径的1～2倍，环体围成的内直径为形状记忆合金丝Ⅰ直径的3～4倍；2)金属环体Ⅰ和金属环体Ⅱ的装配：对形状记忆合金丝Ⅰ和形状记忆合金丝Ⅱ均进行热处理，处理后使两者均处于马氏体状态，此时在形状记忆合金丝Ⅰ上每隔1m缠绕一个金属环体Ⅰ，形状记忆合金丝Ⅱ上每隔1m缠绕一个金属环体Ⅱ；3)施工准备及堤底和堤身处理：开工前，做好运料、放样和核查的施工准备；对堤底或堤身需要放置合金监测层Ⅰ或合金监测层Ⅱ的每一层进行整平、碾压和加固处理，要求平整度不大于15mm，压实度达到所需设计要求，表面严禁有碎石、块石等坚硬凸出物，加固要求满足防护、防水等附属工程需要。4)合金监测层Ⅰ和合金监测层Ⅱ的形成：在进行合金监测层Ⅰ铺设时，将已经装配金属环体Ⅰ的多个形状记忆合金丝Ⅰ沿堤防本体横截面方向间隔相同距离并排铺设，在铺设施工过程中保持其连续性，不出现扭曲、折皱，同时绷紧形状记忆合金丝Ⅰ使其拉直、拉紧、拉平，以保证其均匀、平整、紧贴下承面，同时采用插钉进行固定，之后对其上金属环体Ⅰ所处的位置分别浇筑混凝土，从而形成多个混凝土块Ⅰ，当混凝土块Ⅰ的强度达到75％以上后，完成一层的合金监测层Ⅰ铺设，按照设计要求进行其它堤防工序(比如进行填料填筑、防水、防护等附属工程)；在进行合金监测层Ⅱ铺设时，将已经装配金属环体Ⅱ的多个形状记忆合金丝Ⅱ沿堤防本体长度方向间隔相同距离并排铺设，在铺设施工过程中保持其连续性，不出现扭曲、折皱，同时绷紧形状记忆合金丝Ⅱ使其拉直、拉紧、拉平，以保证其均匀、平整、紧贴下承面，同时采用插钉进行固定，之后对其上金属环体Ⅱ所处的位置分别浇筑混凝土，从而形成多个混凝土块Ⅱ，当混凝土块Ⅱ的强度达到75％以上后，完成一层的合金监测层Ⅱ铺设，按照设计要求进行其它堤防工序(比如进行填料填筑、防水、防护等附属工程)；5)重复步骤4)在堤防内的每层上交替铺设合金监测层Ⅰ和合金监测层Ⅱ，直至完成整个堤防的建设；6)形状记忆合金实时监测系统的形成：通过导线将多个形状记忆合金丝Ⅰ的两端和多个形状记忆合金丝Ⅱ的两端均与监测系统电连接，最终得到形状记忆合金实时监测系统的堤防。与现有技术相比，本专利技术采用合金监测层Ⅰ、合金监测层Ⅱ和监测系统相结合方式，具有如下优点：1、安全可靠由于堤防增建了安全监测系统，只要某位置发生滑堤或渗流变形，相应位置处形状记忆合金丝的电阻变化就会通过监测系统体现出来，系统就会给出位置信息，同时整个监测系统受温度、气候、场地等的影响小，提高了堤防的安全可靠。2、实时性本专利技术所采用的监测系统，主要是利用形状记忆合金丝的电阻随着其应变或状态的变化而变化来实现结构自监测目的，不需要对数据转换分析，一旦堤防某处出现险情，监测系统能够第一时间给出位置信息，为抢险救险提供了最佳的时机和赢得了足够宝贵抢修时间。3、准确性堤防中铺设的合金监测层Ⅰ和合金监测层Ⅱ交错形成了位置准确的经纬网，为及时找到险情位置提供了准确定位，并且每根形状记忆合金丝犹如一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于形状记忆合金实时监测的堤防，其特征在于，包括堤防本体、合金监测层Ⅰ、合金监测层Ⅱ和监测系统，合金监测层Ⅰ和合金监测层Ⅱ均为多个，多个合金监测层Ⅰ和多个合金监测层Ⅱ相互平行设置在堤防本体内，且各个合金监测层Ⅰ和各个合金监测层Ⅱ在堤防本体竖直方向上交替设置；所述合金监测层Ⅰ由多个形状记忆合金丝Ⅰ沿堤防本体横截面方向间隔相同距离并排组成，多个形状记忆合金丝Ⅰ的两端均与监测系统电连接，每个形状记忆合金丝Ⅰ上均缠绕多个金属环体Ⅰ，且各个金属环体Ⅰ之间的间距相同，每个金属环体Ⅰ分别被一个混凝土块Ⅰ包裹；所述合金监测层Ⅱ由多个形状记忆合金丝Ⅱ沿堤防本体长度方向间隔相同距离并排组成，多个形状记忆合金丝Ⅱ的两端均与监测系统电连接，每个形状记忆合金丝Ⅱ上均缠绕多个金属环体Ⅱ，且各个金属环体Ⅱ之间的间距相同，每个金属环体Ⅱ分别被一个混凝土块Ⅱ包裹所述监测系统为电阻监测仪。

【技术特征摘要】
1.一种基于形状记忆合金实时监测的堤防，其特征在于，包括堤防本体、合金监测层Ⅰ、合金监测层Ⅱ和监测系统，合金监测层Ⅰ和合金监测层Ⅱ均为多个，多个合金监测层Ⅰ和多个合金监测层Ⅱ相互平行设置在堤防本体内，且各个合金监测层Ⅰ和各个合金监测层Ⅱ在堤防本体竖直方向上交替设置；所述合金监测层Ⅰ由多个形状记忆合金丝Ⅰ沿堤防本体横截面方向间隔相同距离并排组成，多个形状记忆合金丝Ⅰ的两端均与监测系统电连接，每个形状记忆合金丝Ⅰ上均缠绕多个金属环体Ⅰ，且各个金属环体Ⅰ之间的间距相同，每个金属环体Ⅰ分别被一个混凝土块Ⅰ包裹；所述合金监测层Ⅱ由多个形状记忆合金丝Ⅱ沿堤防本体长度方向间隔相同距离并排组成，多个形状记忆合金丝Ⅱ的两端均与监测系统电连接，每个形状记忆合金丝Ⅱ上均缠绕多个金属环体Ⅱ，且各个金属环体Ⅱ之间的间距相同，每个金属环体Ⅱ分别被一个混凝土块Ⅱ包裹所述监测系统为电阻监测仪。2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金实时监测的堤防，其特征在于，相邻形状记忆合金丝Ⅰ之间的间距为0.2m～0.5m；相邻形状记忆合金丝Ⅱ之间的间距为0.2m～0.5m。3.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金实时监测的堤防，其特征在于，相邻的合金监测层Ⅰ和合金监测层Ⅱ之间的距离为0.2m～0.5m。4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金实时监测的堤防，其特征在于，所述混凝土块Ⅰ的径向宽度为形状记忆合金丝Ⅰ直径的3～5倍；所述混凝土块Ⅱ的径向宽度为形状记忆合金丝Ⅱ直径的3～5倍。5.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金实时监测的堤防，其特征在于，所述形状记忆合金丝Ⅰ和形状记忆合金丝Ⅱ结构相同且均为镍钛合金。6.一种根据权利要求1所述基于形状记忆合金实时监测堤防的施工方法，其特征在于，具体步骤为：1)金属环体Ⅰ和金属环体Ⅱ的制作：金属环体Ⅰ和金属环体Ⅱ结构相同，利用已知金属材料制成环体，环体本身的直径为形状记忆合...

【专利技术属性】
技术研发人员：史向平，智友海，张连英，窦建君，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32