基於磁法勘探的衝刷監測方法

2023-05-03 02:41:26 1

專利名稱：基於磁法勘探的衝刷監測方法
技術領域：
本發明屬於結構安全監測技術領域，涉及一種基於磁法勘探的土木工程結構衝刷 監測方法。
背景技術：
衝刷是水庫大壩、河道提防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構破壞的重要原因 之一。洪澇災害是我國自然災害中危害最大、損失最嚴重的災害。作為防洪工程體系的重 要組成部分，水庫大壩與河道提防工程的安全狀態直接關係著工程沿線人民的生命財產安 危以及國家經濟發展與社會安定。然而，由於自然、社會以及經濟條件的限制，我國現有水 庫大壩與河道提防工程仍存在壩/提基條件差、築填土料嚴重不足、護根根石坡度不足及 深度不均勻等缺點，在水流特別是洪水衝刷作用下經常會發生地基土或護根根石大量流失 現象，引起水庫大壩與河道防護工程發生滲漏、滑坡以及崩岸等險情，嚴重者導致提壩潰決 事故。此外，水流衝刷作用也嚴重影響著橋梁與海洋平臺等結構的安全性，在過去30年裡， 美國近60%橋梁垮塌事故是由於橋墩衝刷引起的，且每年需要耗費近5000萬美元用於公 路橋梁洪水衝刷損壞的修復與維護。鑑於此，發展可靠的衝刷監測方法及時掌握水庫大壩、 河道提防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構衝刷與安全狀態，已成為結構安全監測領域 亟需解決的重要工程問題之一。目前衝刷監測方法主要有鉛錘測探、人工錐探等接觸式探測技術以及聲納、地質 雷達、直流電阻率等非接觸探測技術，但這些探測技術均存在很大的局限性傳統的鉛錘測 探與人工錐探等接觸式探測技術存在人力物力耗費大、探測結果易受測量人員素質影響等 缺點，特別是水上作業對測量人員的安全造成很大威脅，難以滿足洪水狀態下的衝刷監測 需求；而現代化的聲納、雷達與直流電阻率等非接觸式探測技術雖然安裝測試容易、人力物 力耗費小，但其測試結果難以提取，特別是其測試結果易受水流中淤泥和碎片等影響，難以 滿足洪水災害環境中的穩定測試需求。因此，衝刷監測亟需穩定可靠探測手段。磁法勘探是地球物理調查的重要技術手段，其基本原理是採用磁力儀對含磁性礦 物地質體引起的地磁場異常進行測量，通過分析各類巖、礦石的磁性差異以及地磁場異常 特徵，從而確定含磁性礦物的地質體或探測對象存在的空間位置和幾何形狀。由於磁力儀 測試精度的限制，磁法勘探的應用最初主要局限於礦產資源勘探、油氣田勘查以及地面地 質調查等大型地質體的探測領域。伴隨著磁力儀的更新以及測試精度的提高，特別是質子 磁力儀與光泵磁力儀的面世，磁法勘探技術已經從傳統大型地質物探領域逐漸擴張到未爆 炸炸彈、地雷、水雷、海底沉船以及地下管線探測等工程應用領域，並體現出了操作簡單、測 試精度高、性能穩定可靠、測試結果受淤泥層厚度及洪水影響小等突出優點。上述磁法勘 探技術應用的一個共同特徵是被探測對象的空間位置和幾何形狀是固定不變的，實際探測 中，通過移動磁力儀位置來探測被探測對象所處區域的地磁場異常強度，從而反演確定被 探測對象的空間位置和幾何形狀，尚沒有採用磁法勘探技術探測、確定移動被測對象空間 位置和幾何形狀方面的相關報導；而水庫大壩、河道提防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構衝刷的一個重要特徵是結構基礎地基土或護根根石在水流衝刷作用不斷地流失，即空 間位置發生改變。鑑於此，本發明基於磁法勘探技術基本原理，構建磁法勘探技術測試移動 被測對象空間位置變化的方法，提供一套穩定可靠的衝刷監測技術。

發明內容
本發明的目的在於提供一種具有操作簡單、測試精度高、性能穩定可靠等優點的 基於磁法勘探的衝刷監測方法，解決了洪水災害等惡劣環境中結構衝刷監測手段問題。本發明的技術方案是直接採用鐵磁性物質作為傳感元件埋入天然石塊或混凝土 預製塊封裝製作具有自感知特性的磁法衝刷傳感器，並將上述傳感器與磁力儀複合構建衝 刷監測系統。衝刷監測時，在水庫大壩、河道提防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構基礎 易衝刷區域預先布設或與衝刷防護拋石一起拋擲磁法衝刷傳感器，採用磁力儀探測磁法衝 刷傳感器位置改變信息，實時監測結構基礎衝刷狀態。鐵磁性物質傳感元件採用磁塊或鐵 塊中的一種。本發明的工作原理是布設或拋擲在水庫大壩、河道提防以及橋梁與海洋平臺等 重大工程結構基礎易衝刷區域的磁法衝刷傳感器，其內部埋入的鐵磁性物質傳感元件將會 在磁法衝刷傳感器所處位置處激勵一個地磁場異常，在水流衝刷作用下，隨著磁法衝刷傳 感器的移動，埋入鐵磁性物質傳感元件激勵起的地磁場異常強度將發生改變，通過磁力儀 實時探測地磁場異常強度變化，從而反演得到磁法衝刷傳感器的位置信息。本發明在鐵磁性物質傳感元件埋入天然石塊或混凝土預製塊後，採用環氧樹脂或 水泥砂漿對鐵磁性物質傳感元件進行封裝保護，提高鐵磁性物質傳感元件防水、耐腐及耐 久性能，以適應水庫大壩、河道提防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構粗放式施工以及 洪水災害等惡劣服役環境中長期穩定測試需求。本發明的效果和益處是直接採用鐵磁性物質作為傳感元件與天然石塊或混凝土 預製塊複合製作磁法衝刷傳感器，充分發揮了磁法勘探技術操作簡單、測試精度高、性能穩 定可靠、測試結果受淤泥層厚度及洪水影響小等突出優點，同時兼備了水庫大壩、河道提防 以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構基礎防護拋石的衝刷防護功能，可在廣泛應用於水庫 大壩、河道提防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構衝刷監測與防護之中。


附圖1是本發明的磁法衝刷傳感器結構示意圖。圖中1天然石塊或混凝土預製塊；2鐵磁性物質；3水泥砂漿或環氧樹脂。附圖2是本發明的基於磁法勘探的衝刷監測方法實施示意圖。圖中(a)正視圖；(b)俯視圖。
具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。磁法衝刷傳感器結構構造如圖1所示，該傳感器包括1天然石塊或混凝土預製塊； 2鐵磁性物質以及3水泥砂漿或環氧樹脂。磁法衝刷傳感器各部件之間的連接與製作方 法為首先根據具體測試距離和精度需求，確定天然石塊或混凝土預製塊以及埋入鐵磁性物質的形狀和大小，鐵磁性物質是磁塊或鐵塊中的一種；之後，製作天然石塊或混凝土預製 塊，並在天然石塊或混凝土預製塊表面開表面開口大，內部開口小的階梯型槽，混凝土預製 塊也可以採用磨具預先澆築成形階梯型槽，同時將階梯型打磨粗糙；然後，將鐵磁性物質放 入階梯型槽最底部，並採用改型丙烯酸酯膠粘劑(AB膠)固定其位置；最後，採用環氧樹脂 或水泥砂漿對鐵磁性物質進行密封保護，環氧樹脂或水泥砂漿填滿整個階梯槽。針對橋梁基礎衝刷監測問題，圖2給出了基於磁法勘探的衝刷監測方法的實施 例，其具體布設與測試方法是首先，根據橋梁基礎衝刷特徵，確定橋梁基礎易衝刷區域，並在易衝刷區域內沿橋 梁基礎縱向及水平面內預先布設或與橋梁基礎護根拋石一起拋擲磁法衝刷傳感器，如圖 2(a)和(b)所示。磁法衝刷傳感器的具體布設位置和數量，根據實際測試需求確定。橋梁基礎遭受水流衝刷作用時，磁法衝刷傳感器的位置將會隨著橋梁基礎地基土 或護根拋石的流失而變化，從而引起埋入鐵磁性物質激勵的地磁場異常強度發生改變。衝 刷監測時，採用磁力儀實時探測地磁場異常強度變化量△ Ti,確定各預先布設或拋擲的磁 法衝刷傳感器的位置改變量AR:
權利要求
1.基於磁法勘探的衝刷監測方法，其特徵在於直接採用鐵磁性物質(2)作為傳感元 件埋入天然石塊或混凝土預製塊(1)封裝製作具有自感知特性的磁法衝刷傳感器，並將上 述傳感器與磁力儀複合構建衝刷監測系統；衝刷監測時，在結構基礎易衝刷區域預先布設 或與衝刷防護拋石一起拋擲磁法衝刷傳感器，採用磁力儀探測磁法衝刷傳感器的位置改變 信息，實時監測結構基礎衝刷狀態。
2.根據權利要求1所述的基於磁法勘探的衝刷監測方法，其特徵是所述鐵磁性物質 O)，為鐵塊或磁塊中的一種，其形狀和大小根據具體工程測試距離和測試精度需求確定。
3.根據權利要求1所述的基於磁法勘探的衝刷監測方法，其特徵是所述磁法衝刷傳 感器布設或拋擲位置與結構易衝刷區域對應，其數量由具體工程的測試要求確定。
4.根據權利要求1所述的基於磁法勘探的衝刷監測方法，其特徵是採用磁法衝刷傳 感器位置監測信息，評價結構基礎衝刷及安全狀態。
全文摘要
基於磁法勘探的衝刷監測方法，屬於結構安全監測技術領域。其特徵是直接採用鐵磁性物質作為傳感元件埋入天然石塊或混凝土預製塊封裝製作具有自感知特性的磁法衝刷傳感器，並將上述傳感器與磁力儀複合構建衝刷監測系統。衝刷監測時，在結構基礎易衝刷區域預先布設或與防護拋石一起拋擲磁法衝刷傳感器，採用磁力儀探測磁法衝刷傳感器位置改變信息，實時監測結構基礎衝刷狀態。本發明的效果和益處是克服了淤泥層厚度及洪水等惡劣環境因素對結構衝刷監測的影響，且具有操作簡單、測試精度高、性能穩定等突出優點，可廣泛應用於水庫大壩、河道堤防以及橋梁與海洋平臺等重大工程結構衝刷監測與防護之中。
文檔編號E02B1/00GK102071661SQ20101062369
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者何建平, 周智, 歐進萍, 黃明華 申請人:大連理工大學