CN109142157B - 一种测试土石坝浸润线电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水利工程，尤其涉及一种测试土石坝浸润线电缆；所述测试土石坝浸润线电缆由内之外依次为：内导体层、绝缘层、外导体层以及外套层，所述内导体层为铜制材料，所述绝缘层为聚四氟乙烯，所述外导体层采用铜制开放式结构，所述外套层为绝缘防水材料。利用该电缆进行监测时辐射的电磁波对介质水的敏感性，可准确快速捕捉到水位的变化。本发明能避免传统大坝浸润线监测装置受温度和应力影响较大的情况，可以监测温差较大和存在局部应力的土石坝浸润线，由于护套的保护，本发明能实现长期使用，本发明是一种安全、快速、准确的土石坝浸润线测试装置。

Description

一种测试土石坝浸润线电缆
技术领域
本发明涉及水利工程，尤其涉及一种测试土石坝浸润线电缆。
背景技术
浸润线是土石坝安全的生命线，浸润线的高度直接关系到坝体稳定及安全性状，当浸润线埋深为0m，可产生管涌，是直接导致溃坝的原因。因此，对于浸润线位置的监测是水库安全监测的重要内容之一。浸润线是渗透水流表面与土石坝横断面的交线。其以下土体处于饱和状态，颗粒重量为有效重量，同时受渗流水的渗透力作用，故坝体内浸润线位置的高低及形状对坝体的应力、土料的抗剪强度、坝坡稳定及土料的渗透稳定性影响较大。其位置的确定是土石坝渗流分析及稳定分析的重要内容，如何有效地降低浸润线的位置也是实际工程中的研究课题。
目前通常采用埋设测压管或振弦式压力计的方法，利用水力学中压强与水头的关系，计算仪器埋设点的水头位置，最后推导浸润线的形状及变化规律，但误差较大。影响浸润线测量误差的因素有:传感器安装深度Η的测量误差、渗流水的密度取值误差、重力加速度取值误差以及设备性能(包括温度和气压补偿设备的精度等)。
土体是一个三相***，包括空气，土颗粒和水。空气的介电常数约为1，土体介电常数在3-10范围内，水的介电常数约为80。TDR的原理是根据电磁波在导体的阻抗不匹配处发生反射，从而判断不匹配处的信息，而介质的特征阻抗与导体的几何尺寸及导体间介质的介电常数有关。故在土石坝浸润线监测中，浸润线以下的水土混合物介电常数相比上部非饱和土有明显差异，根据公式反射系数
Figure BDA0001730077490000011
其中Z1为饱和土特征阻抗，Z2为非饱和土特征阻抗，在浸润线位置电磁波将产生明显的反射，根据行程时间法，即可计算浸润线的深度，从而监测浸润线的位置变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测试土石坝浸润线电缆，解决了大坝浸润线测量不准确和操作复杂的问题。
本发明是这样实现的：
一种测试土石坝浸润线电缆，所述测试土石坝浸润线电缆包括内导体层，内导体层外包裹有绝缘层，绝缘层外包裹有外套层，其特征在于，所述绝缘层与外套层之间安装有外导体层，外导体层上或外导体层之间成形有开口，所述外套层为绝缘防水材料制成。开口可允许电磁波辐射出去。可以根据需求决定开口的大小以及数量。外套层为绝缘防水材料，既要使电缆内部不进水，同时需要确保电磁波可无阻碍的辐射出电缆外部。
进一步的改进，所述外导体层材料为铜，所述开口沿测试土石坝浸润线电缆的长度方向延伸；内导体层材料也为铜。
进一步的改进，所述开口为多个。
进一步的改进，所述开口为三个，且均布于测试土石坝浸润线电缆上并沿测试土石坝浸润线电缆长度方向延伸。
进一步的改进，所述外导体层开口处填充有绝缘层。开口处填充聚四氟乙烯(绝缘层)，可确保电缆的强度，使用寿命更长。
进一步的改进，所述绝缘层由聚四氟乙烯制成。
进一步的改进，所述绝缘防水材料为聚全氟乙丙烯。
进一步的改进，所述测试土石坝浸润线电缆竖直埋设。
本发明的有益效果是：利用该电缆进行监测时对介质水的敏感性，可准确快速捕捉到水位的变化，由于护套的保护，使得电缆的使用寿命大大增加。电磁波的传播不受外部温度或应力的影响，测试性能比较稳定。除此之外，本发明考虑了大坝长距离监测的需求，利用电磁波在电缆中传播辐射遇到护套外的水体，反射波形会发生变化的特性，摒弃了传统TDR需探针协作测量的弊端，使得传统TDR应用范围由短程拓为长距离，并极大地降低了监测成本。
附图说明
图1是本发明提供的一种测试土石坝浸润线电缆的截面图；
图2是本发明电磁波在电缆中辐射的原理图；
图3是本发明提供的一种测试土石坝浸润线电缆使用示意图。
附图标记：1、内导体层2、绝缘层3、外导体层4、外套层5、TDR测试仪6、固定端7、测试土石坝浸润线电缆8、开口。
具体实施方式
图1示出了一种测试土石坝浸润线电缆，所述测试土石坝浸润线电缆由内之外依次为：内导体层、绝缘层、外导体层以及外套层，所述内导体层为铜制材料，所述绝缘层为聚四氟乙烯，所述外导体层采用开放式结构，开放式的外导体层允许电磁波辐射出去；所述外导体层材料为铜，所述外导体层设有开口，根据需求决定开口的大小以及数量；所述外导体层开口处填充聚四氟乙烯，可确保电缆的强度，使用寿命更长；所述外套层为绝缘防水材料，既要使电缆内部不进水，同时需要确保电磁波可无阻碍的辐射出电缆外部；图3示出了一种测试土石坝浸润线电缆使用示意图，测试土坝浸润线电缆主要针对水利工程中的土石坝，在土石坝建设初期，将测试土石坝浸润线电缆在坝底埋设固定；埋设过程中，保证电缆的竖直放置，这是由于电缆发生反射的位置代表了浸润线的位置，如果电缆在竖直方向上有弯曲，会导致位置判断有误差；随着坝体建设完毕，电缆埋设完成，电缆连接TDR信号发射装置，即可进行使用；利用测试土石坝浸润线电缆以及TDR仪器测量时对介质水的敏感性，可准确快速捕捉到水位的变化，由于护套的保护，使得电缆的使用寿命大大增加。电磁波的传播不受外部温度或应力的影响，测试性能比较稳定。除此之外，本发明考虑了大坝长距离监测的需求，利用电磁波在电缆中传播辐射遇到护套外的水体，反射波形会发生变化的特性，摒弃了传统TDR需探针协作测量的弊端，使得传统TDR应用范围由短程拓为长距离，并极大地降低了测试成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种测试土石坝浸润线的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在土石坝建设初期，将测试土石坝浸润线电缆在坝底埋设固定；埋设过程中，保证测试土石坝浸润线电缆的竖直放置，所述测试土石坝浸润线电缆包括内导体层（1），内导体层（1）外包裹有绝缘层（2），绝缘层（2）外包裹有外套层（4），所述绝缘层（2）与外套层（4）之间安装有外导体层（3），外导体层（3）上或外导体层（3）之间成形有开口（8），所述外套层（4）为绝缘防水材料制成；所述外导体层（3）材料为铜，所述开口（8）沿测试土石坝浸润线电缆的长度方向延伸；内导体层（1）材料也为铜；所述开口（8）为三个，且均布于测试土石坝浸润线电缆上并沿测试土石坝浸润线电缆长度方向延伸；所述外导体层（3）开口处填充有绝缘层（2）；
步骤二、随着坝体建设完毕，测试土石坝浸润线电缆埋设完成，测试土石坝浸润线电缆连接TDR信号发射装置；
步骤三、利用测试土石坝浸润线电缆以及TDR仪器测量时对介质水的敏感性，快速捕捉到水位的变化，电缆发生反射的位置代表了浸润线的位置。
2.根据权利要求1所述的测试土石坝浸润线的方法，其特征在于：所述绝缘层（2）由聚四氟乙烯制成。
3.根据权利要求1所述的测试土石坝浸润线的方法，其特征在于：所述绝缘防水材料为聚全氟乙丙烯。
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