CN116499942A - 一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置和使用方法，包括设于混凝土坝廊道中的渗压监测点混凝土底座，所述渗压监测点混凝土底座上设有监测管，所述监测管顶部设有加压泵和电磁排气阀；本发明可以降低坝基中产生的气体对混凝土坝渗压监测的不利影响，同时保证渗压测点不因排气而导致渗压水头失真。
Description
技术领域
本发明涉及焊接管接头技术领域，具体地指一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置和使用方法。
背景技术
大坝在建成挡水后水将经坝体和地基产生渗流场。在混凝土坝中，由于混凝土透水性极小经坝基的渗流，在坝底与地基接触面会形成有压渗流，对坝体产生向上的扬压力。扬压力的大小将影响大坝与地基接触面的摩擦力大小，从而影响大坝抗滑稳定。
对混凝土坝扬压力的监测是大坝抗滑稳定关注的研究课题。在实际工程中地基中常因不同原因存在气体，在水利工程中混凝土坝地基因水库蓄水后地应力改变导致内部气体释放，部分气体上升汇聚于大坝坝基与地基接触面，导致渗压测点测值上升对监测数据的判断产生干扰并可能对大坝抗滑稳定产生不利影响。
大坝渗压监测的传统方法是通过在坝基封闭的人工钻孔内布置振弦式渗压计的方法直接测量，该技术存在以下不足：
(1)测点内如有气体聚集无法自动排气，长时间气体聚集会导致渗压测点测值异常升高，对局部坝基接触面产生不利影响并干扰监测数据的判断。
(2)现有测点只能人工至测点打开排气阀，灵活性差费时费力，还容易受到人主观因素的影响无法控制测点内聚集的气体是否完全排尽。
(3)现有测点打开排气阀后，有压测点内地基渗流将随气体一起排出，测点将不能测得实际渗压水头。
(4)现有防水排气阀适应水头小于10m，不能满足大中型水利工程中渗压水头普遍大于10m特点，即不能直接应用于现有的渗压监测装置中。
(5)现有的振弦式渗压计需长期浸没于水中，仪器易锈蚀，影响测量精度，且更换程序复杂维护困难，且更换仪器后孔内压力释放造成测点状态前后不一致，导致测点测值出现突变，测值不连续。
(6)现有振弦式仪器进行人工和自动化比较测量时须有特制电子仪器，特制电子仪器昂贵不易携带，比较测量工作繁琐。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置和使用方法，以降低坝基中产生的气体对混凝土坝渗压监测的不利影响，同时保证渗压测点不因排气而导致渗压水头失真。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置，包括设于混凝土坝廊道中的渗压监测点混凝土底座，所述渗压监测点混凝土底座上设有监测管，所述监测管顶部设有加压泵和电磁排气阀。
优选地，所述监测管底部通过金属底座与渗压监测点混凝土底座固定连接，监测管顶部设有金属上盖。
优选地，所述金属上盖上开孔并分别安装加压泵和电磁排气阀。
优选地，所述金属上盖上还设有压力计和超声波水位计。
优选地，所述加压泵、电磁排气阀、压力计和超声波水位计均通过线缆与计算机连接。
优选地，靠近电磁排气阀、加压泵、压力计和超声波水位计的位置还设有备用阀门。
优选地，所述监测管为透明硬质管结构。
另外，本发明还公开上述用于大坝监测的自排气式渗压监测装置的使用方法，它包括如下步骤：
步骤1，渗压监测装置的安装：将渗压监测装置连接在渗压监测点混凝土底座上；
步骤2，装置内水位控制：开启渗压监测装置，根据装置压力计与超声波水位计分别测量监测管内气压和水位变化趋势，通过加压泵和电磁排气阀分别对监测管内加压或泄压，将监测管内水位保持在低于上限水位的区域；
步骤3，坝基扬压水位的监测：收到计算机测量指令后，超声波水位计向监测管内液面发送声波信号，并接收返回信号得到实时的液面高度，压力计记录采集监测管内气压，利用计算机分别搜集和保存液面高度和监测管内气压数据。以日为单位，重复步骤3；
步骤4，渗压监测数据分析：以天为单位分析渗压监测装置的监测数据，计算扬压水位，并绘制扬压水位过程线；
步骤5，混凝土坝地基渗流安全评价：绘制步骤4中获得的扬压水位过程线，扬压水位过程线可进一步分析混凝土坝地基渗流的安全性：当过程线持续增长，表明该测点附近坝体内可能有渗漏破坏，需进一步分析渗漏的成因，并采取必要的措施进行灌浆补漏；当过程线出现突然下降，表明该测点附近廊道或坝体出现漏水，需探明漏水点并采取必要的措施进行灌浆补漏；当过程线保持周期性变化，表明该测点附近比较安全。
进一步地，所述步骤2中，监测管维持水位保持在低于上限水位的区域的方式如下：当监测管内液位逐渐上升趋近上限水位时，加压泵启动对监测管内上部分气体进行加压，减缓液面上升趋势；当监测管内液面逐渐下降，且监测管内气体压强大于大气压时，电磁排气阀打开进行缓慢排气；当监测管内液面无明显变化趋势且气体压强快速上升时，表明监测管内涌入地基气体，电磁排气阀打开进行排气以维持监测管内气压稳定。
进一步地，所述步骤4中，扬压水位计算公式如下，
式中：h为扬压水位；pa为装置中压强计所测气体压强；p0为大气压强；ρ为水的密度；g为重力加速度；h1为装置内液面至测点底座高度；H0为测点底座高程。
本发明的有益效果：
1.本发明提出了一种渗压监测装置，能够自动分离渗压监测装置中水体和气体，实时监测和分析渗压装置中水体与气体变化过程，自动化程度高，渗压监测装置排除地基气体影响，使测量扬压水位的精度和效率提高，安全性也高。
2.本发明涉及的渗压监测装置的排气方法，能够自动分离渗压监测装置中水体和气体，实时监测和分析渗压装置中水体与气体变化过程，将地基中所产生的过量气体排出测点；排除气体对扬压水位的影响后，获得的扬压水位过程线进一步分析混凝土坝地基渗流的安全性：当过程线持续增长，表明该测点附近可能有渗漏破坏，需进一步分析渗漏的成因，并采取必要的措施进行灌浆补漏；当过程线保持周期性变化，表明该测点附近比较安全。
3.本发明装置在安装时可直接对现有的渗压监测测点进行改造，安装简单，无需重新钻孔，不影响坝体的安全运行。
4.本发明测量元件均不与水面接触，可延缓仪器锈蚀延长元件使用寿命，且更换仪器时通过关闭备用阀门，可避免对仪器内部水压及气压的扰动，提高更换仪器前后测点测值的一致性与连续性。
5.本发明装置进行人工和自动化比较测量时方便快速，人工读数只需用尺测量装置内液面至装置底座高度和装置上压力计读数即可计算扬压水位，并与计算机获得的数据比较。
6、本发明可以降低坝基中产生的气体对混凝土坝渗压监测的不利影响，同时保证渗压测点不因排气而导致渗压水头失真。
附图说明
图1为一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置和使用方法的结构示意图；
图2为第一种扬压水位过程线的示意图；
图3为第二种扬压水位过程线的示意图；
图4为第三种扬压水位过程线的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置，包括设于混凝土坝1廊道中的渗压监测点混凝土底座2，所述渗压监测点混凝土底座2上设有监测管9，所述监测管9顶部设有加压泵3和电磁排气阀4。
优选地，所述监测管9底部通过金属底座8与渗压监测点混凝土底座2固定连接，监测管9顶部设有金属上盖10。
优选地，所述金属上盖10上开孔并分别安装加压泵3和电磁排气阀4。
优选地，所述金属上盖10上还设有压力计6和超声波水位计7。通过压力计6可以检测监测管9内压力，通过超声波水位计7可以检测监测管9内液位，通过压力数据和液位数据自动控制加压和排气过程。
优选地，所述加压泵3、电磁排气阀4、压力计6和超声波水位计7均通过线缆5与计算机12连接。
优选地，靠近电磁排气阀4、加压泵3、压力计6和超声波水位计7的位置还设有备用阀门11。当电磁排气阀4、加压泵3、压力计6和超声波水位计7等部件出现故障时，可以通过关闭相应的备用阀门11，然后更换新的部件。
优选地，所述监测管9为透明硬质管结构。将监测管9采用这种透明硬质管结构，方便在某些实际情况下的人工检查过程，直接观察其内部液位情况。
本发明提出的渗压监测装置，能够自动分离渗压监测装置中水体和气体，实时监测和分析渗压监测装置中水体与气体变化过程，并能将地基中所产生的过量气体排出测点。排除气体对扬压水位的影响后，获得的扬压水位过程线进一步分析混凝土坝地基渗流的安全性：当过程线持续增长，表明该测点附近坝体内可能有渗漏破坏，需进一步分析渗漏的成因，并采取必要的措施进行灌浆补漏；当过程线出现突然下降，表明该测点附近廊道或坝体出现漏水，需探明漏水点并采取必要的措施进行灌浆补漏；当过程线保持周期性变化，表明该测点附近比较安全。
另外，本发明还公开上述用于大坝监测的自排气式渗压监测装置的使用方法，它包括如下步骤：
步骤1，渗压监测装置的安装：将渗压监测装置连接在渗压监测点混凝土底座2上；
步骤2，装置内水位控制：开启渗压监测装置，根据装置压力计6与超声波水位计7分别测量监测管9内气压和水位变化趋势，通过加压泵3和电磁排气阀4分别对监测管9内加压或泄压，将监测管9内水位保持在低于上限水位的区域；
步骤3，坝基扬压水位的监测：收到计算机12测量指令后，超声波水位计7向监测管9内液面发送声波信号，并接收返回信号得到实时的液面高度，压力计6记录采集监测管9内气压，利用计算机12分别搜集和保存液面高度和监测管9内气压数据。以日为单位，重复步骤3；
步骤4，渗压监测数据分析：以天为单位分析渗压监测装置的监测数据，计算扬压水位，并绘制扬压水位过程线；
步骤5，混凝土坝地基渗流安全评价：绘制步骤4中获得的扬压水位过程线，扬压水位过程线可进一步分析混凝土坝地基渗流的安全性：当过程线持续增长，表明该测点附近坝体内可能有渗漏破坏，需进一步分析渗漏的成因，并采取必要的措施进行灌浆补漏(如图2所示)；当过程线出现突然下降，表明该测点附近廊道或坝体出现漏水，需探明漏水点并采取必要的措施进行灌浆补漏(如图3所示)；当过程线保持周期性变化，表明该测点附近比较安全(如图4所示)。
进一步地，所述步骤2中，监测管9维持水位保持在低于上限水位的区域的方式如下：当监测管9内液位逐渐上升趋近上限水位时，加压泵3启动对监测管9内上部分气体进行加压，减缓液面上升趋势；当监测管9内液面逐渐下降，且监测管9内气体压强大于大气压时，电磁排气阀4打开进行缓慢排气；当监测管9内液面无明显变化趋势且气体压强快速上升时，表明监测管9内涌入地基气体，电磁排气阀4打开进行排气以维持监测管9内气压稳定。
进一步地，所述步骤4中，扬压水位计算公式如下，
式中：h为扬压水位；pa为装置中压强计所测气体压强；p0为大气压强；ρ为水的密度；g为重力加速度；h1为装置内液面至测点底座高度；H0为测点底座高程。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置，包括设于混凝土坝(1)廊道中的渗压监测点混凝土底座(2)，其特征在于：所述渗压监测点混凝土底座(2)上设有监测管(9)，所述监测管(9)顶部设有加压泵(3)和电磁排气阀(4)。
2.根据权利要求1所述的一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置，其特征在于：所述监测管(9)底部通过金属底座(8)与渗压监测点混凝土底座(2)固定连接，监测管(9)顶部设有金属上盖(10)。
3.根据权利要求2所述的一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置，其特征在于：所述金属上盖(10)上开孔并分别安装加压泵(3)和电磁排气阀(4)。
4.根据权利要求2所述的一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置，其特征在于：所述金属上盖(10)上还设有压力计(6)和超声波水位计(7)。
5.根据权利要求4所述的一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置，其特征在于：所述加压泵(3)、电磁排气阀(4)、压力计(6)和超声波水位计(7)均通过线缆(5)与计算机(12)连接。
6.根据权利要求4所述的一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置，其特征在于：靠近电磁排气阀(4)、加压泵(3)、压力计(6)和超声波水位计(7)的位置还设有备用阀门(11)。
7.根据权利要求1所述的一种用于大坝监测的自排气式渗压监测装置，其特征在于：所述监测管(9)为透明硬质管结构。
8.一种权利要求1至7任一项所述用于大坝监测的自排气式渗压监测装置的使用方法，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤1，渗压监测装置的安装：将渗压监测装置连接在渗压监测点混凝土底座(2)上；
步骤2，装置内水位控制：开启渗压监测装置，根据装置压力计(6)与超声波水位计(7)分别测量监测管(9)内气压和水位变化趋势，通过加压泵(3)和电磁排气阀(4)分别对监测管(9)内加压或泄压，将监测管(9)内水位保持在低于上限水位的区域；
步骤3，坝基扬压水位的监测：收到计算机(12)测量指令后，超声波水位计(7)向监测管(9)内液面发送声波信号，并接收返回信号得到实时的液面高度，压力计(6)记录采集监测管(9)内气压，利用计算机(12)分别搜集和保存液面高度和监测管(9)内气压数据。以日为单位，重复步骤3；
步骤4，渗压监测数据分析：以天为单位分析渗压监测装置的监测数据，计算扬压水位，并绘制扬压水位过程线；
步骤5，混凝土坝地基渗流安全评价：绘制步骤4中获得的扬压水位过程线，扬压水位过程线可进一步分析混凝土坝地基渗流的安全性：当过程线持续增长，表明该测点附近坝体内可能有渗漏破坏，需进一步分析渗漏的成因，并采取必要的措施进行灌浆补漏；当过程线出现突然下降，表明该测点附近廊道或坝体出现漏水，需探明漏水点并采取必要的措施进行灌浆补漏；当过程线保持周期性变化，表明该测点附近比较安全。
9.根据权利要求8所述用于大坝监测的自排气式渗压监测装置的使用方法，其特征在于：
所述步骤2中，监测管(9)维持水位保持在低于上限水位的区域的方式如下：当监测管(9)内液位逐渐上升趋近上限水位时，加压泵(3)启动对监测管(9)内上部分气体进行加压，减缓液面上升趋势；当监测管(9)内液面逐渐下降，且监测管(9)内气体压强大于大气压时，电磁排气阀(4)打开进行缓慢排气；当监测管(9)内液面无明显变化趋势且气体压强快速上升时，表明监测管(9)内涌入地基气体，电磁排气阀(4)打开进行排气以维持监测管(9)内气压稳定。
10.根据权利要求8所述用于大坝监测的自排气式渗压监测装置的使用方法，其特征在于：
所述步骤4中，扬压水位计算公式如下，
式中：h为扬压水位；pa为装置中压强计所测气体压强；p0为大气压强；ρ为水的密度；g为重力加速度；h1为装置内液面至测点底座高度；H0为测点底座高程。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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