一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统及方法技术方案

一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统及方法，滑坡模拟装置内部设有土石混合体夹层，土石混合体夹层上方设有喷头，土石混合体夹层上部布置透水混凝土覆盖层，土石混合体夹层下部布置有滑床，土石混合体夹层最低处设有导流管；称重装置通过收紧环与滑坡模拟装置的导流管连通，支撑架置于称重传感器上，收紧环下方设置滤网袋，滤网袋外部设置蓄水桶。称重传感器连接记录与显示系统。高速摄像机实时拍摄记录。本发明专利技术一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统及方法，能够有效从岸坡内部截面对渗流侵蚀进行实时监测；同时集监测、评价为一体，适合室内实验室环境。适合室内实验室环境。适合室内实验室环境。

【技术实现步骤摘要】
一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及模拟滑坡侵蚀监测
具体涉及一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统及方法。

技术介绍

[0002]三峡工程蓄水运行以来，库岸滑坡问题频发。这些滑坡按照材料主要可以分为岩质滑坡和土质滑坡，其中，土石混合体滑坡是土质滑坡中一种特殊的类型，在三峡库区广泛存在。如图1所示，土石混合体是有不同尺寸的块石和黏土组成的一种松散岩土介质，具有典型的非均质性、非均匀性、非连续性。块石颗粒之间的黏土充填物对土石混合体的变形稳定至关重要，一方面将不同尺寸块石粘结在一起，另一方面可以起到防渗的作用。
[0003]三峡工程竣工蓄水后，库水位上升了100余米，而且根据防洪运行调度要求，库水位在145m的防洪水位和175m的蓄水发电水位之间周期性升降变化，而且还经常伴随暴雨和极端暴雨的作用。在这些复杂因素作用下，土石混合体易发生侵蚀，如图2所示，块石间充填的黏土颗粒大量流失，导致土石混合体物理力学性能劣化，进而直接影响土石混合体边坡的变形稳定。
[0004]为了模拟分析复杂条件下库岸边坡的变形稳定演化规律，研究人员设计了相关的试验装置，但主要通过滑坡模型试验的方法去模拟滑坡的变形破坏过程，在试验过程中主要对坡体的变形、应力、孔隙水压力等参数进行了监测分析，相关土石混合体的侵蚀监测装置和定量评价指标还未见报道。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统及方法，能够有效从岸坡内部截面对渗流侵蚀进行实时监测；同时集监测、评价为一体，适合室内实验室环境。
[0006]本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，该系统包括：
[0008]滑坡模拟装置、称重装置、记录与显示系统；
[0009]所述滑坡模拟装置内部设有土石混合体夹层，土石混合体夹层一侧上方位置设有喷头，土石混合体夹层上部布置有透水混凝土覆盖层，土石混合体夹层下部布置有滑床，土石混合体夹层最低处设有导流管；
[0010]所述称重装置包括支座、蓄水桶；称重装置通过设置在支撑架上的收紧环与滑坡模拟装置的导流管连通，支撑架置于称重传感器上，收紧环下方设置滤网袋，滤网袋外部设置蓄水桶，蓄水桶置于支座上。
[0011]称重传感器连接记录与显示系统，记录与显示系统用于记录土石混合体夹层内孔隙发育过程，并运用全局阈值Otsu法进行图像二值化处理。
[0012]该系统还包括高速摄像机，高速摄像机用于对滑坡模拟装置内的土石混合体夹层
表面进行监测。
[0013]所述滑坡模拟装置包括透明材料制作而成的观测壁，滑坡模拟装置置于一个带有行走轮的框架上。
[0014]所述喷头设置在底部为透水石的开口水箱内。
[0015]所述喷头连接喷淋系统，喷淋系统能够控制喷头的开关及喷头内水的流量和流速，高低位置可通过手动调节。
[0016]所述导流管有多根，导流管通过设置在滑坡模拟装置外壁的支杆支撑。
[0017]所述蓄水桶设置有排水管。
[0018]本专利技术一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统及方法，技术效果如下：
[0019](1)：渗流侵蚀常发生在岸坡内部，为使其可视化，全程监测孔隙发育的过程，因此，将透明材料如：有机玻璃作为观测壁，从而能够更好地监测内部渗流侵蚀的情况，使孔隙演化规律的研究可视化。而且，土石混合体夹层上覆材料厚度、材质可变，即可模拟不同上覆岩层应力大小对土石混合体夹层渗流侵蚀演化规律的影响；喷头的位置可调，水的流量和流速可控，则能够模拟更为复杂的情况，比如：不同上覆岩层应力作用下的渗流侵蚀、降雨和水位升降耦合作用下的渗流侵蚀等。
[0020]故本专利技术系统可以很好地模拟地下水位变化、库水位升降变化、降雨及上覆岩层应力等单因素或者多因素耦合作用下的土石混合体侵蚀过程。
[0021](2)：本专利技术通过称重传感器、记录与显示系统，实现全程监测渗流侵蚀过程。利用称重传感器传回的实时黏土质量，来计算黏土的质量损失率。
[0022](4)本专利技术设置一个高速摄像机，运用全局阈值Otsu法图像处理技术进行土石混合体微观结构图像的二值化处理，便于观察监测孔隙演化规律和后面计算侵蚀率。
[0023](5)本专利技术将称重传感器、记录与显示系统和全局阈值Otsu法图像处理系统结合起来，实现宏观黏土质量损失和微观土体侵蚀监测。
附图说明
[0024]图1为侵蚀前的土石混合体图。
[0025]图2为侵蚀后的土石混合体。
[0026]图3(a)为土石混合体侵蚀前灰度图；
[0027]图3(b)为图3(a)二值化图。
[0028]图4(a)为土石混合体侵蚀后灰度图；
[0029]图4(b)为图4(a)二值化图。
[0030]图5为本专利技术渗流侵蚀监测系统总体示意图；
[0031]图6为本专利技术系统的喷头及土石混合体夹层放大示意图。
[0032]图7为本专利技术系统的水位升降侵蚀监测示意图。
[0033]图8为本专利技术系统的水位升降侵蚀监测区域示意图。
[0034]图9为本专利技术系统的边坡降雨侵蚀监测示意图。
[0035]图10为本专利技术中的称重装置示意图。
具体实施方式
[0036]如图5所示，一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，该系统包括滑坡模拟装置1、称重装置2、记录与显示系统4、高速摄像机5。所述称重装置2连接称重传感器3，称重传感器3连接记录与显示系统4。
[0037]称重传感器3可采用斯巴拓传感器，传感器原始的输出信号是0～2mv/v左右，正常是需要变送器或者显示器，把这个毫伏信号转换成数字通讯信号RS232，RS485，再通过USB连接电脑。
[0038]记录与显示系统4可采用斯巴拓公司开发的连接电脑采集数据的软件，USB连接电脑即可使用，也可以通过WiFi或蓝牙发送到电脑采集数据。
[0039]所述滑坡模拟装置1包括透明材料，如有机玻璃制作而成的观测壁6，滑坡模拟装置1置于一个带有行走轮的框架7上。滑坡模拟装置1内布置有一个规则的土石混合体夹层8，在土石混合体夹层8的左上方入口位置布置一个喷头9，通过控制喷头9内水的流量和流速，模拟地下水位变化。喷头9置于一个底部为透水石10的开口水箱11内。开口水箱11可蓄水，透水石10透水性好，水由于自身重力变化，不断通过底部的透水石10向下自由渗出，以此模拟自然状态下的地下水位变化。
[0040]土石混合体夹层8下方布置一个用混凝土或者其他材料按照要求制作的相应角度的滑床12，土石混合体夹层8上方布置一个透水混凝土覆盖层13。土石混合体夹层8最低处观测壁上布置有多根导流管14，导流管14通过设置在滑坡模拟装置1外壁的支杆15支撑，支杆15以免导流管14的重量压在称重装置2的支撑架16上以致影响称重精度。对整个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于该系统包括：滑坡模拟装置(1)、称重装置(2)、记录与显示系统(4)；所述滑坡模拟装置(1)内部设有土石混合体夹层(8)，土石混合体夹层(8)一侧上方位置设有喷头(9)，土石混合体夹层(8)上部布置有透水混凝土覆盖层(13)，土石混合体夹层(8)下部布置有滑床(12)，土石混合体夹层(8)最低处设有导流管(14)；所述称重装置(2)包括支座(20)、蓄水桶(19)；称重装置(2)通过设置在支撑架(16)上的收紧环(17)与滑坡模拟装置(1)的导流管(14)连通，支撑架(16)置于称重传感器(3)上，收紧环(17)下方设置滤网袋(18)，滤网袋(18)外部设置蓄水桶(19)，蓄水桶(19)置于支座(20)上；称重传感器(3)连接记录与显示系统(4)，记录与显示系统(4)用于记录土石混合体夹层(8)内孔隙发育过程。2.根据权利要求1所述一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于：该系统还包括高速摄像机(5)，高速摄像机(5)用于对滑坡模拟装置(1)内的土石混合体夹层(8)表面进行监测。3.根据权利要求1所述一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于：所述滑坡模拟装置(1)包括透明材料制作而成的观测壁(6)，滑坡模拟装置(1)置于一个带有行走轮的框架(7)上。4.根据权利要求1所述一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于：所述喷头(9)设置在底部为透水石(10)的开口水箱(11)内。5.根据权利要求4所述一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于：所述喷头(9)连接喷淋系统，喷淋系统能够控制喷头(9)的开关及喷头内水的流量和流速。6.根据权利要求1所述一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于：所述导流管(14)有多根，导流管(14)通过设置在滑坡模拟装置(1)外壁的支杆(15)支撑。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓华锋，黄小芸，叶晨晖，朱文羲，孙旭曙，许晓亮，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：