一种全断面网络化布设的土石坝位移监测系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种全断面网络化布设的土石坝位移监测系统，所述监测系统包括电火花发射探头、地震波接收探头、多通道地震仪、电火花震源发射控制箱；所述多通道地震仪具有触发信号输入端和检波信号输入端，所述电火花震源发射控制箱具有触发信号输出端和脉冲信号输出端；所述电火花发射探头和所述地震波接收探头分层间隔埋设在土石坝坝体拟监测断面，且逐层间隔呈网络状分布，各个电火花发射探头与所述电火花震源发射控制箱的脉冲信号输出端连接，所述电火花震源发射控制箱的触发信号输出端与多通道地震仪的触发信号输入端连接，多通道地震仪的检波信号输入端与各个地震波接收探头连接。本实用新型专利技术可达到中长期监测土石坝全断面变形的目的。

A Displacement Monitoring System for Earth-Rock Dams with Full Section Network Layout

【技术实现步骤摘要】
一种全断面网络化布设的土石坝位移监测系统
本技术涉及土石坝安全监测
，具体是一种全断面网络化布设的土石坝位移监测系统，适用于弱(微)风化岩石建基面上填筑的高土石坝内部的水平与垂直位移监测。
技术介绍
我国西南部水利水电工程多处于高地震烈度区，土石坝作为一种柔性结构坝体，应用非常广泛。土石坝作为一种当地天然材料填筑的水工结构，在经济性和环保性方面优势突出，拦水坝体结构相对简单、对坝基要求较重力坝、拱坝等坝型低，且便于后期维修及扩建。然而，从已建成土石坝工程的运行情况看，运行中常出现面板挠曲变形、挤压破坏、水平开裂、坝体沉降等变形问题。在填筑及中长期运行过程中，土石坝坝体会产生较大的沉降(通常约为坝高的1％左右)和水平变形，这就要求必须对土石坝做中长期变形监测。根据《土石坝安全监测技术规范》SL551-2012，需在坝体内部选择变形监测断面，布置观测仪器进行监测，以评判坝体变形是否在正常值范围内，并对坝体变形趋势做出判断，保障土石坝的安全运行。当前在土石坝监测的仪器系统中，主要有引张线式水平位移计、水管式沉降仪、分布式光纤及测斜仪等。大量土石坝工程实践表明，目前广泛使用的引张线式位移监测计对于坝高100m以内的中低土石坝，尚可较好的对坝体变形进行监测，但对于坝高超过100m、特别是200m以上高土石坝，其位移测量数值存在较大误差。以近年建成的某200m级混凝土面板堆石坝水平位移监测成果为例，在采用引张线式水平位移计对坝体进行监测时发现，大坝填土荷载引起的水平位移都偏向上游，且向上游的位移大于向下游的位移，该结果有悖常规。分析其原因主要为高土石坝几何尺寸远大于中低土石坝，引张线长度通常超过500m甚至达到700m～800m，沿程垂曲曲线呈现不规律和不平滑特性，将难以对由此引起的过大误差进行修正。这意味着100m以上高坝的水平位移监测不但测程过长，而且管线垂曲度亦将过大，从而使以引张线移动量量测的水平位移值比实际值大得多，且因沿程垂曲曲线不一定规律、平滑，将难以对由此引起的过大误差进行修正；另外，变形过大会导致引张线位移计不能与堆石坝沉降很好的协调发展，引张线移动量量测的水平位移值比实际值大得多，当变形较大时引张线存在局部断裂隐患。因此，需要开展高土石坝位移监测新技术研究。水管式沉降仪是基于“连通管”原理，一端位于被测位置(随坝体沉降)，另一端位于观测房(基准端)，测量时将连通管内充满水直至被测端溢流，此时观测房内水管水位与被测点在同一水平位置，换算被测点高程。作为一种间接测量的方法，在坝高超过200m的条件下，水管式沉降仪由于管路长度过长使得仪器的灵敏度降低，显著增大误差。近年来，分布式光纤在高土石坝变形监测中也有使用，但考虑到长距离、多层次光纤铺设的难度，以及土石坝填筑碾压过程中经常遇到的局部变形极易造成光纤剪断或拉裂等因素，该监测系统较易发生损坏且由于已埋设于坝体中而难以修复，在满足土石坝中长期位移的稳定监测方面存在较多不确定性。
技术实现思路
本技术提供一种全断面网络化布设的土石坝位移监测系统，可以满足土石坝中长期位移的稳定监测。一种全断面网络化布设的土石坝位移监测系统，包括电火花发射探头、地震波接收探头、多通道地震仪、电火花震源发射控制箱；所述多通道地震仪具有触发信号输入端和检波信号输入端，所述电火花震源发射控制箱具有触发信号输出端和脉冲信号输出端；所述电火花发射探头和所述地震波接收探头分层间隔埋设在土石坝坝体拟监测断面，且逐层间隔呈网络状分布，各个电火花发射探头与所述电火花震源发射控制箱的脉冲信号输出端连接，所述电火花震源发射控制箱的触发信号输出端与多通道地震仪的触发信号输入端连接，多通道地震仪的检波信号输入端与各个地震波接收探头连接。进一步的，还包括与电火花震源发射控制箱连接的第一电源。进一步的，还包括与多通道地震仪连接的第二电源。进一步的，多通道地震仪通过触发信号输入端发出触发信号给触发信号输出端，电火花震源发射控制箱收到触发信号后即通过脉冲信号输出端输出脉冲信号给电火花发射探头，脉冲信号通过电火花发射探头发出电火花，电火花爆破能量转化为地震波信号输出，电火花震源发射控制箱记录脉冲信号输出时刻，亦即地震波信号的输出时刻，同时将记录的地震波信号的输出时刻反馈给多通道地震仪，地震波接收探头接收到地震波信号后，通过检波信号输入端输入给多通道地震仪，多通道地震仪记录地震波信号的输入时刻。本技术对坝体位移进行不定期监测时，只需携带电火花震源发射控制箱和多通道地震仪，与预先牵到下游侧坝坡临空的线缆端口相连即可开展位移监测，通过接收自身触发的人工震源信号，利用土石坝中传递的相位差监测土石坝在不同填筑期及运行期的位移增量(包括沉降和水平变形)，以此达到中长期监测土石坝全断面变形的目的。附图说明图1是本技术建基面处电火花发射探头的埋设示意图；图2是本技术填筑过程地震波接收探头的埋设示意图；图3是本技术人工震源与电火花发射探头模块连接示意图；图4是本技术建基面接收探头检波工作模式示意图；图5是本技术接收探头检波与增量法变形计算示意图；图6是本技术发射探头与接收探头构建的监测网络示意图；图7是本技术土石坝沉降变形曲线示意图；图8是本技术地震波波幅-时间关系曲线示意图。图中：1—电火花发射探头，2—地震波接收探头，3—多通道地震仪，4—电火花震源发射控制箱，5—第一电源，6—第二电源，31—触发信号输入端，32—检波信号输入端，41—触发信号输出端，42—脉冲信号输出端。具体实施方式下面将结合本技术中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。本技术目的在于提供一种全断面网络化布设的土石坝位移监测系统，通过在土石坝拟监测断面逐层布设并最终形成呈网络状分布的探头：电火花发射探头(以下简称发射探头)和地震波接收探头(以下简称接收探头)，通过接收自身触发的人工震源信号，利用土石坝中传递的相位差监测土石坝在不同填筑期及运行的位移增量，探头之间可替代使用，从而实现土石坝全断面变形的中长期监测。为达成上述目的，本技术的一方面提出一种全断面网络化布设的土石坝位移监测系统，包括电火花发射探头1、地震波接收探头2、多通道地震仪3、电火花震源发射控制箱4、第一电源5、第二电源6，第一电源5与电火花震源发射控制箱4连接，第二电源6与多通道地震仪3连接；所述多通道地震仪3具有触发信号输入端31和检波信号输入端32，所述电火花震源发射控制箱4具有触发信号输出端41和脉冲信号输出端42。所述电火花发射探头1和所述地震波接收探头2分层间隔埋设在土石坝坝体拟监测断面，且逐层间隔呈网络状分布，各个电火花发射探头1与所述电火花震源发射控制箱4的脉冲信号输出端42连接，所述电火花震源发射控制箱4的触发信号输出端41与多通道地震仪3的触发信号输入端31连接，多通道地震仪3的检波信号输入端32与各个地震波接收探头2连接。第一电源5与电火花震源发射控制箱4连接，给电火花震源发射控制箱4充电完成后进行能量储备。需要进行地震波采集时，多通道地震仪3通过触发信号输入端31发出触发信号给触发信号输出端41，电火花震源发射控制箱4收到触发信号后即通过脉冲信号输出端42输出脉冲信号给电火本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全断面网络化布设的土石坝位移监测系统，其特征在于：包括电火花发射探头(1)、地震波接收探头(2)、多通道地震仪(3)、电火花震源发射控制箱(4)；所述多通道地震仪(3)具有触发信号输入端(31)和检波信号输入端(32)，所述电火花震源发射控制箱(4)具有触发信号输出端(41)和脉冲信号输出端(42)；所述电火花发射探头(1)和所述地震波接收探头(2)分层间隔埋设在土石坝坝体拟监测断面，且逐层间隔呈网络状分布，各个电火花发射探头(1)与所述电火花震源发射控制箱(4)的脉冲信号输出端(42)连接，所述电火花震源发射控制箱(4)的触发信号输出端(41)与多通道地震仪(3)的触发信号输入端(31)连接，多通道地震仪(3)的检波信号输入端(32)与各个地震波接收探头(2)连接。

【技术特征摘要】
1.一种全断面网络化布设的土石坝位移监测系统，其特征在于：包括电火花发射探头(1)、地震波接收探头(2)、多通道地震仪(3)、电火花震源发射控制箱(4)；所述多通道地震仪(3)具有触发信号输入端(31)和检波信号输入端(32)，所述电火花震源发射控制箱(4)具有触发信号输出端(41)和脉冲信号输出端(42)；所述电火花发射探头(1)和所述地震波接收探头(2)分层间隔埋设在土石坝坝体拟监测断面，且逐层间隔呈网络状分布，各个电火花发射探头(1)与所述电火花震源发射控制箱(4)的脉冲信号输出端(42)连接，所述电火花震源发射控制箱(4)的触发信号输出端(41)与多通道地震仪(3)的触发信号输入端(31)连接，多通道地震仪(3)的检波信号输入端(32)与各个地震波接收探头(2)连接。2.如权利要求1所述的全断面网络化布设的土石坝位移监测系统，其特征在于：还包括与电火...

【专利技术属性】
技术研发人员：程展林，潘家军，周跃峰，江洎洧，左永振，饶锡保，徐晗，陈云，王艳丽，谭凡，张婷，赵娜，卢一为，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：新型
国别省市：湖北,42