基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法技术

本发明专利技术公开一种基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法，属灾害监测预警领域。在大坝或边坡上建立监控中心、边坡监控分站和大坝监控分站；在边坡上及大坝上施工监测钻孔，紧贴孔壁放入PVC套管，并在PVC套管中下入微型核磁共振探头；用升降控制器上下移动微型核磁共振探头来采集钻孔周围岩土体或坝体的核磁信号，利用北斗遥感系统对边坡或大坝进行实时拍照，最后将监测数据汇总到监控中心；对核磁数据进行反演，得到岩土体或坝体的含水率、渗透率及孔隙度数据，对比图片计算边坡或坝体的表面位移，将数据实时与数据库进行对比，当数据出现突变时及时发布预警信号，可快速监测多个数据，操作简单，精确性高。精确性高。精确性高。

【技术实现步骤摘要】
基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法


[0001]本专利技术涉及一种大坝及边坡稳定性监测预警方法，尤其适用于一种基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法，属于灾害监测预警领域。。

技术介绍

[0002]随着社会经济的快速增长，中国基建事业蓬勃发展，高速公路里程数达到15.5万公里，位列世界第一位，水库建成约9.8万余座，为中国经济发展做出了突出的贡献。但是，伴随而来的是因人为基建而形成的各种边坡(公路边坡、大坝边坡等)，边坡在人为因素(开挖扰动)和自然因素(节理构造、地震、降水等)的作用下容易形成边坡灾害(崩塌、滑坡、泥石流等)。我国早期水库大坝防渗体系不完善，导致大坝渗漏现象严重，大坝渗漏水严重导致的溃坝事故仅次于洪水漫顶，约占30％
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40％。而近年来，渗透破坏已经超过洪水漫顶成为导致溃坝的首要原因。我国边坡灾害呈逐年加重的趋势，据初步统计，全国至少400多个市、县、区、镇，10000多个村庄受到过边坡灾害的严重侵害，给附近村民造成严重的人身安全威胁，给国家造成巨大的经济损失。
[0003]当前，对于边坡灾害的监测预警技术主要基于降雨、边坡位移及物理性质等物理指标。对于降水对于边坡灾害的诱导作用了解不足，大多都集中在宏观降雨量与边坡物理力学性质的关系上，缺乏实时科学的观测，且降水对土石渗透的影响考虑不足。而大坝渗漏的监测也缺乏一种可以实时快速测量的预警方法。近年来，核磁共振(NMR)技术和北斗遥测技术被广泛应用于测水和灾害预测领域，基于NMR技术可以快速测量岩体中水分H质子的含量，进而反映岩体孔隙结构和渗透率变化，在测水方面优势明显；基于数字图像处理技术的北斗遥感系统在表面位移测量方面优点突出，但是基于核磁共振和北斗遥感联测的边坡及大坝稳定性监测预警方面的应用还没有。因此，当前亟需一种基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法。

技术实现思路

[0004]技术问题：针对现有技术的不足之处，提供一种基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法，克服现有大坝及边坡稳定性监测预警方法准确性不足，对大坝渗漏水检测不灵敏，监测数据采集及处理速度慢，预警时效性不足等问题。
[0005]技术方案：本专利技术基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法，使用括监控中心、边坡监控分站、大坝监控分站组成监测预警系统，所述监控中心包括顺序连接的服务器，监控中心无线数据传输电台和通讯塔；边坡监控分站包括设置在边坡顶部并顺序连接的边坡定向天线，边坡无线数据传输电台，边坡核磁数据采集器，所述大坝监控分站包括设置在大坝上顺序连接的大坝定向天线、大坝无线数据传输电台和大坝核磁数据采集器；
[0006]具体步骤如下：
[0007]a.在边坡的坡顶搭建边坡监控分站，或在大坝上搭建监控分站，利用监控中心的
通讯塔、边坡监控分站的边坡定向天线与大坝上搭建监控分站的大坝定向天线通过北斗通讯系统构成无线数据传输平台；
[0008]b.在大坝的顶部根据大坝的走势间隔设置多个监测钻孔，在大坝顶部的监测钻孔中设置微型核磁共振探头并通过核磁数据线与大坝无线数据传输电台相连接；在边坡上沿边坡走势竖直设置多个监测钻孔，在监测钻孔中设置微型核磁共振探头，并通过核磁数据线与边坡核磁数据采集器相连接；c.使用边坡上设置的微型核磁共振探头和北斗遥感系统联合进行边坡稳定性监测；
[0009]c.使用边坡上设置的微型核磁共振探头和北斗遥感系统联合进行边坡稳定性监测；
[0010]d.使用大坝上设置的微型核磁共振探头和北斗遥感系统联合进行大坝渗漏及稳定性监测；
[0011]e.使用微型核磁共振探头核磁共振得到边坡和或大坝原位岩土体或坝体的含水量、渗透率、孔隙度参量；同时，使用数字图像相关法对北斗遥感系统拍摄到的不同时间段的边坡或大坝照片进行比对计算，得到边坡坡面和大坝坝体的变形量数据，然后将数据上传至云数据库比对，从而判断是否需要进行稳定性监测预警。
[0012]所述微型核磁共振探头包括上下组合设置的圆柱形磁体一、圆柱形磁体二和圆柱形磁体三，其中圆柱形磁体一和圆柱形磁体三上下磁极相同，圆柱形磁体二上下磁极与圆柱形磁体一和圆柱形磁体三相反，且圆柱形磁体一和圆柱形磁体三尺寸相同并大于圆柱形磁体二，圆柱形磁体一的上方侧壁以及圆柱形磁体三的下方侧壁对称设有多个导向轮，其中整个圆柱形磁体二侧壁及部分圆柱形磁体一和圆柱形磁体三侧壁外侧均设有通电线圈，圆柱形磁体一、圆柱形磁体二和圆柱形磁体三在线圈的作用下形成水平方形扩散的均匀的磁场范围。
[0013]所述监测钻孔内设有等尺寸的PVC套管，PVC套管内壁设有与导向轮位置匹配的导向槽；核磁共振探头两侧的导向轮通过钢丝线连接有升降台，升降台连接有升降控制器，通过升降控制器控制核磁共振探头在监测钻孔中水平升降。
[0014]所述的步骤a搭建无线数据传输平台具体如下：
[0015]a1.搭建边坡监测分站：在拟监测边坡的顶部空旷地带建立边坡定向天线，在边坡定向天线旁边安装边坡无线数据传输电台用于采集核磁测试信号及微型核磁共振探头在监测钻孔中的位置信息；
[0016]a2.搭建大坝监测分站：在拟监测大坝的坝顶建立大坝定向天线，并在坝顶安装大坝无线数据传输电台来采集核磁共振测试信号及微型核磁共振探头在监测钻孔中的位置信息；
[0017]a3.搭建无线数据传输平台：在监控中心中建立总的通讯塔，安装监控中心无线数据传输电台，然后将通讯塔、监控中心无线数据传输电台与服务器相连接建立核磁信号及北斗遥感信号的云数据库。
[0018]所述安装核磁共振监测设备具体如下：
[0019]b1.核磁共振探头升降系统安装：将核磁共振探头两侧的导向轮与钢丝线相连接，钢丝线是从升降台中引出，升降台则通过数据线与升降控制器相连接；
[0020]b2.核磁共振探头核磁数据传输：将微型核磁共振探头使用核磁数据线连接后穿
过升降台并与边坡核磁数据采集器或大坝核磁数据采集器相连接。
[0021]所述对边坡进行稳定性监测具体如下：
[0022]c1.监测钻孔布置：在拟监测的边坡指定位置上使用安装了麻花钻杆的定向钻机竖直向下施工多个监测钻孔，然后退出麻花钻杆，在监测钻孔中下入PVC套管，PVC套管外壁则紧贴监测钻孔，根据边坡情况，监测钻孔在边坡中部从上到下等间距布置至少3个；
[0023]c2.下放微型核磁共振探头至监测钻孔：将步骤b安装好的核磁共振监测设备中微型核磁共振探头的导向轮对准PVC套管内壁的导向槽缓慢下放到监测钻孔中，然后将升降台扣在监测钻孔顶端，封住监测钻孔，操作升降控制器来控制微型核磁共振探头在监测钻孔中任意滑动；
[0024]c3.边坡稳定性数据采集：在监测钻孔设定不同深度的监测点，微型核磁共振探头在监测钻孔中上下滑动，并在监测点处定点实时采集监测钻孔周围原位岩土体中的核磁信号，循环实施滑动
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停止
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法，其特征在于：使用包括监控中心(A)、边坡监控分站(B)、大坝监控分站(C)的监测预警系统，所述监控中心(A)包括顺序连接的服务器(1)，监控中心无线数据传输电台(2)和通讯塔(3)；边坡监控分站(B)包括设置在边坡顶部并顺序连接的边坡定向天线(4)，边坡无线数据传输电台(5)，边坡核磁数据采集器(6)，所述大坝监控分站(C)包括设置在大坝(14)上顺序连接的大坝定向天线(11)、大坝无线数据传输电台(12)和大坝核磁数据采集器(13)；具体步骤如下：a.在边坡(14)的坡顶搭建边坡监控分站(B)，或在大坝上搭建监控分站(C)，利用监控中心(A)的通讯塔(3)、边坡监控分站(B)的边坡定向天线(4)与大坝上搭建监控分站(C)的大坝定向天线(11)通过北斗通讯系统构成无线数据传输平台；b.在大坝(14)的顶部根据大坝的走势间隔设置多个监测钻孔(7)，在大坝(14)顶部的监测钻孔(7)中设置微型核磁共振探头(9)并通过核磁数据线(21)与大坝无线数据传输电台(12)相连接；在边坡(10)上沿边坡(10)走势竖直设置多个监测钻孔(7)，在监测钻孔(7)中设置微型核磁共振探头(9)，并通过核磁数据线(21)与边坡核磁数据采集器(6)相连接；c.使用边坡(10)上设置的微型核磁共振探头(9)和北斗遥感系统联合进行边坡(10)稳定性监测；d.使用大坝(14)上设置的微型核磁共振探头(9)和北斗遥感系统联合进行大坝(14)渗漏及稳定性监测；e.使用微型核磁共振探头(9)核磁共振得到边坡(10)或大坝(14)原位岩土体或坝体的含水量、渗透率、孔隙度参量；同时，使用数字图像相关法对北斗遥感系统拍摄到的不同时间段的边坡(10)或大坝(14)照片进行比对计算，得到边坡(10)坡面和大坝(14)坝体的变形量数据，然后将数据上传至云数据库比对，从而判断是否需要进行稳定性监测预警。2.根据权利要求1所述的基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法，其特征在于：所述微型核磁共振探头(9)包括上下组合设置的圆柱形磁体一(9
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2)、圆柱形磁体二(9
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3)和圆柱形磁体三(9
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4)，其中圆柱形磁体一(9
‑
2)和圆柱形磁体三(9
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4)上下磁极相同，圆柱形磁体二(9
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3)上下磁极与圆柱形磁体一(9
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2)和圆柱形磁体三(9
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4)相反，且圆柱形磁体一(9
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2)和圆柱形磁体三(9
‑
4)尺寸相同并大于圆柱形磁体二(9
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3)，圆柱形磁体一(9
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2)的上方侧壁以及圆柱形磁体三(9
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4)的下方侧壁对称设有多个导向轮(9
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1)，其中整个圆柱形磁体二(9
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3)侧壁及部分圆柱形磁体一(9
‑
2)和圆柱形磁体三(9
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4)侧壁外侧均设有通电线圈(9
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5)，圆柱形磁体一(9
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2)、圆柱形磁体二(9
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3)和圆柱形磁体三(9
‑
4)在线圈(9
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5)的作用下形成水平方形扩散的均匀磁场范围(8)。3.根据权利要求2所述的基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法，其特征在于：所述监测钻孔(7)内设有等尺寸的PVC套管(16)，PVC套管(16)内壁设有与导向轮(9
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1)位置匹配的导向槽(20)；核磁共振探头(9)两侧的导向轮(9
‑
1)通过钢丝线(17)连接有升降台(18)，升降台(18)连接有升降控制器(19)，通过升降控制器(19)控制核磁共振探头(9)在监测钻孔(7)中水平升降。4.根据权利要求1所述的基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法，其特征在于：所述的步骤a搭建无线数据传输平台具体如下：a1.搭建边坡监测分站(B)：在拟监测的边坡(10)的顶部空旷地带建立边坡定向天线
(4)，在边坡定向天线(4)旁边安装边坡无线数据传输电台(5)用于采集核磁测试信号及微型核磁共振探头(9)在监测钻孔(7)中的位置信息；a2.搭建大坝监测分站(C)：在拟监测大坝(14)的坝顶建立大坝定向天线(11)，并在坝顶安装大坝无线数据传输电台(12)来采集核磁共振测试信号及微型核磁共振探头(9)在监测钻孔(7)中的位置信息；a3.搭建无线数据传输平台：在监控中心(A)中建立总的通讯塔(3)，安装监控中心无线数据传输电台(2)，然后将通讯塔(3)、监控中心无线数据传输电台(2)与服务器(1)相连接建立核磁信号及北斗遥感信号的云数据库。5.根据权利要求1所述的基于NMR和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法，其特征在于：所述安装核磁共振监测设备具体如下：b1.核磁共振探头升降系统安装：将核磁共振探头(9)两侧的导向轮(9
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1)与钢丝线(17)相连接，钢丝线(17)是从升降台(18)中引出，升降台(18)则通过数据线(22)与升降控制器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟成，郑仰峰，徐吉钊，余旭，孙勇，李宇杰，唐伟，丛钰洲，朱薪宇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：