【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道突涌水试验，尤其涉及隧道突涌水视频监测模型试验系统及方法。
技术介绍
1、隧道工程作为铁路和公路等基础设施建设的咽喉工程，其建设过程具有较高的风险性。当出现地形地势复杂，受复杂地质环境、施工干扰及外界环境影响时，隧道建设过程常遭遇因断层破碎带、岩溶等引发的突涌水灾害，存在造成重大损失以及人员伤亡的风险。
2、传统监控量测技术主要以人工点监测为主，难以实现广域的实时监测。尤其是复杂环境隧道，人工监测风险高，监测数据时效性差，难以对突水灾害的防控进行科学的指导。目前国内前沿的隧道突涌水监测手段有基于机器视觉的监测技术，该技术利用隧道内布设的相机采集实时影像并传输，可远程分析预测预警，科学有效的实现灾害的防控。
3、专利技术人发现，该视觉识别技术在国内隧道中的使用并不成熟，实际工程中突涌水隧道中影像采集具有环境局限性，对于突涌水视觉分析技术的优化而言，效果欠佳；并且突涌水隧道内的影像采集成本较高、难度较大。
4、因此，现有技术中存在隧道突涌水相关的模拟装置相关的研究，例如：
5、公告号为：cn 115508118 a、名称为一种富水隧道的涌水突水试验系统的中国专利技术专利申请，其中将多个隧道涌水突水进水管1-2沿箱体1-1的高度设置于箱体1-1上，多个侧边渗水出水管1-9沿箱体1-1的高度设置于箱体1-1上，多个渗水组件依照箱体1-1的高度分层设置，渗水组件与隧道涌水突水进水管1-2一一对应，通过水力加载装置对断层不同富水情况进行定量控制，同时调整不同的降雨强度，模拟不
6、上述试验模拟装置的隧道涌水突水进水管、渗水管等均设置于围岩侧边的位置，顶部用来模拟降水的影响，这种模拟装置能够模拟围岩侧边渗水的影响，但却不能很好的适用于以掌子面突涌水为主的隧道突涌水场景中；同时，该试验模拟装置考虑的影响因素主要集中在水压、降水量和侧边渗水量，在进行数据采集时，需要挖开隧道1-4外围材料，同步进行数据收集和监测，观察和分析突涌水过程规律，其本质上还是利用人工进行观察和监测。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了隧道突涌水视频监测模型试验系统及方法，通过掌子面水管以及泥沙、阀门的控制，模拟隧道突涌水发展的三项关键指标：涌水点的数目、突涌水的水量以及突涌水的水质，对隧道掌子面突涌水变化情况充分模拟，通过摄像机拍摄的视频影像更加全面、贴近隧道实际情况，为机器视觉视频监测技术的后期分析提供大量隧道突涌水素材，保障隧道施工安全。
2、为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
3、本专利技术第一方面提供了隧道突涌水视频监测模型试验系统。
4、隧道突涌水视频监测模型试验系统，包括隧道模型和涌水控制系统，所述隧道模型包括模拟围岩，所述模拟围岩中部设置有模拟隧道，所述模拟隧道包括模拟掌子面、模拟侧边和模拟底面，所述模拟掌子面上设置有多个输水管，所述输水管穿过模拟围岩延伸至模拟围岩外部；所述涌水控制系统包括水箱，所述水箱用于存储水和泥沙，多个所述输水管分别与水箱相连接，所述输水管上还设置有阀门和流量表。
5、可选的，所述模拟掌子面上设置有多个涌水孔，所述涌水孔的位置与输水管一一对应设置，所述输水管与涌水孔相连通。
6、可选的，多个所述输水管沿掌子面的表面均匀分布。
7、可选的，所述模拟掌子面上还设置有喷口，所述喷口连接喷管，所述喷管穿过模拟围岩外部，所述喷管用于通入粉尘和/或水雾，连接外在粉尘供给系统和/或水雾供给系统。
8、可选的，还包括涌水收集系统，所述涌水收集系统包括排水孔，所述排水孔设置于模拟底面上，所述排水孔通过排水管连接泥沙沉淀池。
9、可选的，还包括录摄系统，所述录摄系统包括视频相机和隧道补光灯，所述隧道补光灯设置于模拟掌子面上，所述视频相机架设于模拟围岩外侧，正对于模拟隧道的位置。
10、可选的，所述泥沙沉淀池上设置有总泄水口，所述总泄水口上设置有滤网。
11、可选的，所述水箱连接外在水供给系统。
12、可选的，还包括控制装置，所述视频相机、阀门和流量表分别与控制装置相连接。
13、本专利技术第二方面提供了隧道突涌水视频监测模型试验方法。
14、基于第一方面所述隧道突涌水视频监测模型试验系统的试验方法，包括以下步骤：
15、制作并布设好隧道突涌水视频监测模型试验系统；
16、保持阀门关闭，使水箱中保持恒定的水量，根据需要的工况通过喷口喷入粉尘和/水雾，模拟粉尘和/或水雾环境；
17、依据需要模拟的突涌水参数变化的工况，控制阀门进行涌水模拟：
18、若模拟涌水孔的新增情况，则打开对应输水管的阀门；若模拟突涌水量的增加或减小，则增大或减小阀门的打开程度；若模拟水质的变化，则在水箱中加入定量的泥沙；
19、采用视频相机保持录摄；
20、工况模拟结束，影像采集完成后，处理采集的泥沙以及水资源。
21、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
22、本专利技术提供了一种隧道突涌水视频监测模型试验系统及方法，将输水管设置于模拟掌子面上，在输水管上设置阀门和流量表，并在水箱中存储水和泥沙，可以通过对掌子面输水管以及阀门、泥沙的控制，模拟隧道突涌水发展的三项关键指标：涌水点的数目、突涌水的水量以及突涌水的水质，对隧道掌子面突涌水变化情况充分模拟，通过摄像机拍摄的视频影像更加全面、贴近隧道实际情况，为机器视觉视频监测技术的后期分析提供大量隧道突涌水素材，大大提高机器视觉视频监测技术的分析预测效果，保障隧道施工安全。
23、针对实际工程中突涌水隧道中影像采集具有危险性、并且环境局限，对于突涌水视觉分析技术的优化而言，效果欠佳的问题，本专利技术可模拟复杂隧道突涌水环境，便于充分发掘涌水点数目、突涌水的水量和突涌水的水质与隧道突涌水发展趋势之间的内在联系，丰富了突涌水视觉分析的素材，为基于机器视觉的视频监测技术的优化，以及在国内隧道的适应性方面提供了很大的帮助。
24、本专利技术可以通过泥沙沉淀池以及排水口，收集试验中排出的泥沙以及水资源供以再利用，降低环境污染与资源浪费。
25、本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，包括隧道模型和涌水控制系统，所述隧道模型包括模拟围岩，所述模拟围岩中部设置有模拟隧道，所述模拟隧道包括模拟掌子面、模拟侧边和模拟底面，所述模拟掌子面上设置有多个输水管，所述输水管穿过模拟围岩延伸至模拟围岩外部；所述涌水控制系统包括水箱，所述水箱用于存储水和泥沙，多个所述输水管分别与水箱相连接，所述输水管上还设置有阀门和流量表。
2.如权利要求1所述的隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，所述模拟掌子面上设置有多个涌水孔，所述涌水孔的位置与输水管一一对应设置，所述输水管与涌水孔相连通。
3.如权利要求1所述的隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，多个所述输水管沿掌子面的表面均匀分布。
4.如权利要求1所述的隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，所述模拟掌子面上还设置有喷口，所述喷口连接喷管，所述喷管穿过模拟围岩外部，所述喷管用于通入粉尘和/或水雾，连接外在粉尘供给系统和/或水雾供给系统。
5.如权利要求1所述的隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，还包括涌水收集系
6.如权利要求1所述的隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，还包括录摄系统，所述录摄系统包括视频相机和隧道补光灯，所述隧道补光灯设置于模拟掌子面上，所述视频相机架设于模拟围岩外侧，正对于模拟隧道的位置。
7.如权利要求5所述的隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，所述泥沙沉淀池上设置有总泄水口，所述总泄水口上设置有滤网。
8.如权利要求1所述的隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，所述水箱连接外在水供给系统。
9.如权利要求6所述的隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，还包括控制装置，所述视频相机、阀门和流量表分别与控制装置相连接。
10.基于权利要求1-9任一项所述隧道突涌水视频监测模型试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，包括隧道模型和涌水控制系统，所述隧道模型包括模拟围岩，所述模拟围岩中部设置有模拟隧道，所述模拟隧道包括模拟掌子面、模拟侧边和模拟底面，所述模拟掌子面上设置有多个输水管，所述输水管穿过模拟围岩延伸至模拟围岩外部；所述涌水控制系统包括水箱，所述水箱用于存储水和泥沙，多个所述输水管分别与水箱相连接，所述输水管上还设置有阀门和流量表。
2.如权利要求1所述的隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，所述模拟掌子面上设置有多个涌水孔，所述涌水孔的位置与输水管一一对应设置，所述输水管与涌水孔相连通。
3.如权利要求1所述的隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，多个所述输水管沿掌子面的表面均匀分布。
4.如权利要求1所述的隧道突涌水视频监测模型试验系统，其特征在于，所述模拟掌子面上还设置有喷口，所述喷口连接喷管，所述喷管穿过模拟围岩外部，所述喷管用于通入粉尘和/或水雾，连接外在粉尘供给系统和/或水雾供给系统。
【专利技术属性】
技术研发人员：成帅，刘晓宇，字继权，惠世前，杨元红，吴青瑜，梁志强，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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