[发明专利]水工结构体渗流流速分布式光纤监测系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及水工结构体渗流流速分布式光纤监测系统及监测方法，属于水工结构体安全隐患的监测技术。

背景技术

水工结构体渗流是影响工程安全的重要因素，借鉴可靠的监测技术及时发现和获知其渗流部位和状况，越来越引起工程领域的关注和重视，随着分布式光纤传感理论的日臻完善、各类传感器的不断研制，在小型工程上的应用，再到如今水利土木工程中的应用，分布式光纤传感技术的优越性越来越得到体现，工程应用前景越来越广泛，但对于水工结构体渗流监测探索研究阶段，在定量监测的理论和实际工程布设应用上还存在许多问题亟待研究和解决，急切地需要研发一种水工结构体渗流流速分布式光纤监测系统及其配套的测试方法。

随着大型水利工程的建设和水利现代化的要求，分布式光纤传感技术已成功应用于大体积混凝土温度和裂缝监测、边坡监测、面板堆石坝面板裂缝监测等，与此同时，渗流流速监测、检测的方法和手段也取得了长足发展，从传统的电容、电位、电磁等探测到地质雷达探测、GPS红外线成像技术探测，以及光纤光栅监测技术、分布式光纤实时监测技术；渗流监测技术从粗略走向精确，从点式监测走向线性与立体监测，新方法和新技术的应用使渗流监测更趋科学化、标准化和智能化。

电法探测、电容式传感器和光纤光栅温度传感技术属于点式检测，但是点式检测方法对渗漏信息反映不全面，经常发生漏检；电磁法探测和弹性波检测技术属于整体式检测，一旦整体式检测面临地质条件、环境条件、堤身堤基条件稍微复杂，该类方法将有可能失效，难以发挥作用；分布式光纤温度传感技术则属于分布式检测，分布式检测具有分布式测量、抗电磁和高压、长距离、实时监测等诸多优点，但是由于其布设及保护困难，实际工程的应用性不高。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水工结构体渗流流速分布式光纤监测系统及监测方法，具有快速、简单、高效、精确等特点，有力提高了监测水工结构体渗流流速的效果。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种水工结构体渗流流速分布式光纤监测系统，包括传感光缆、主构架和位于主构架两侧的第一构架和第二构架，第一构架与主构架之间和第二构架与主构架之间分别交替填充有混凝土和第一介质，在混凝土和第一介质的下方设有流速信号前置放大器，流速信号前置放大器下方依次设有光纤载台网和流速感应杆，流速感应杆通过导流细管与渗水暂容池连接，渗水暂容池通过溢水通管与外界连通，传感光缆沿着第一构架内壁进入到光纤载台网绕过主构架再一次进入到光纤载台网中，从第二构架的内壁穿出。

作为优选，所述主构架、第一构架和第二构架下方均设有水工结构体渗流构架模块，水工结构体渗流构架模块包含上椎体和内尖锥钢体，所述上椎体上设有底缘螺杆，底缘螺杆通过螺纹与主构架、第一构架和第二构架上的框柱底缘连接。

作为优选，所述上椎体内安装有电机，电机与电转杆连接，电转杆与转轴圆饼连接，转轴圆饼带动旋转连轴转动，旋转连轴与内尖锥钢体固定连接，转轴圆饼与锥台状的外削切护体连接，外削切护体位于内尖锥钢体外。

作为优选，第一构架和第二构架的顶端均设有轴接，轴接通过连杆轴安装在第一构架和第二构架上，轴接上安装有传感光缆通过的圆形接端，主构架的顶端为弧形接端。

一种上述的水工结构体渗流流速分布式光纤监测系统的监测方法，包括以下步骤：

第一步，控制上椎体的方向，打开电机，带动电转杆的高速转动，进而旋转连轴带动了内尖锥钢体的高速转动，与此同时，处于内尖锥钢体周向的外削切护体利用其较高刚度的外缘将内尖锥钢体周向上的土体剥离，内尖锥钢体沿着竖直走向上不断的向下运动；

第二步，依据规定的距离，按照第一步的方法，将水工结构体渗流构架模块安置于第一构架、主构架和第二构架所对应处的地下部分，通过第一构架、主构架和第二构架各自下端面的框柱底缘，将第一构架、主构架和第二构架固定于对应的底缘螺杆上；

第三步，按照从低到高依次顺序配备溢水通管、渗水暂容池、导流细管、流速感应杆、光纤载台网、流速信号前置放大器，将传感光缆沿着光纤载台网进行布置，在轴接上焊接圆形接端，将引出的传感光缆通过圆形接端上的轴接引至外侧，在流速信号前置放大器上端面，且在第一构架与主构架之间交替循环备制混凝土介质与第一介质；

第四步，将传感光缆通过弧形接端引至到光纤载台网中，按照与前一步骤同样的方法，将另一侧的溢水通管、渗水暂容池、导流细管、流速感应杆、光纤载台网、流速信号前置放大器进行布置；