[发明专利]一种厚层地下冰退化监测系统及控制评价方法

说明书

一种厚层地下冰退化监测系统及控制评价方法。其中系统包括剪切波发生器、若干个检波器、设置孔、无线控制器和后台服务器；本发明提供的厚层地下冰退化监测系统及控制评价方法具有如下优点：1)实施方便。钻孔后布设采集设备属于常规施工工艺，易于现场实施。2)动态采集。可根据采集计划远程遥控现场进行测试，实现测试数据的实时采集，实时分析。3)结果可靠性高。利用剪切波在不同介质间的传播特征，测试厚层地下冰上下冰层的位置变化，从而判断出厚层地下冰的退化程度。

技术领域

本发明属于冻土技术领域，特别是涉及一种厚层地下冰退化监测系统及控制评价方法。

背景技术

厚层地下冰是多年冻土地区常见的自然地理现象，其特点在于冰透镜体呈层状，平行分布于地表下部，其产生原因主要是由于气温的不均衡波动和外来水分补给，先在深层形成冰透镜体并逐渐加厚，随后的几年气候变冷，深层冰未融化，在其上部还形成了新的分凝冰层。类似于三明治一样，冰土间隔分布在厚层地下冰之间。

冰层的存在改变了局部的土基工作能力，尤其是冻融循环过程中冰层的加厚和减薄显著改变了土基的工作性能。当上部有铁路、公路穿过时，会造成不同程度的冻胀和融沉现象。为了防止出现上述问题，常规的做法是钻孔监测地温，从而掌握温度对土基的影响，该方法好处在于结果直观，数据可靠，适用于不同类型的冻土地质情况，尤其是对活动土层的判断结果准确。缺点在于布点数量和监测范围均有限，因此仅能对局部、典型、重点区域进行监测，而无法实现更大范围的监测。

因此，为加强对多年冻土土基工作性能的掌握，从更大范围内实现对土基工作性能的监测和评价，提出新的测试思路和方法就显得非常有意义。

综上，结合分层冰这一特殊的自然地理现象，提出监测分层冰退化的方法和实施技术手段，无疑具有理论研究价值和工程实践价值。但目前尚缺少相应的系统及方法。`

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种厚层地下冰退化监测系统及控制评价方法。

为了达到上述目的，本发明提供的厚层地下冰退化监测系统包括剪切波发生器、若干个检波器、设置孔、无线控制器和后台服务器；其中设置孔是从地面向下垂直形成的孔洞，下端位于上冰层和下冰层之间，至少有两个，两个或多个设置孔间隔设置，其中一个为发生器设置孔，其余为检波器设置孔；剪切波发生器设置于发生器设置孔的下部，且靠近上冰层处；若干个检波器同时设置于一个检波器设置孔内且分别位于上冰层上方、上冰层处以及上冰层和下冰层之间；剪切波发生器和若干个检波器通过数据线与无线控制器连接；无线控制器与后台服务器通过4G网络进行信息传递；后台服务器为设置在控制中心内的计算机。

所述的发生器设置孔和检波器设置孔间的距离为1-100米。

所述的厚层地下冰退化监测系统还包括与无线控制器相连接的太阳能供电装置。

本发明提供的厚层地下冰退化监测系统的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

1)系统空闲的S1阶段：在此阶段中，无线控制器处于低点待命阶段；

2)判断是否启动检测程序的S2阶段：在此阶段中，无线控制器检测是否接收到后台服务器发出的开始检测的命令，如果判断结果为“是”，则进入S3阶段；否则返回S1阶段；

3)开始检测的S3阶段：在此阶段中，无线控制器开始系统自检，为剪切波发生器和若干个检波器通电，然后进入S4阶段；

4)判断自检是否正常的S4阶段：在此阶段中，根据S3阶段的自检结果判断本系统工作是否正常，如果判断结果为“是”，则进入S5阶段，否则进入S6阶段；

5)开始检测的S5阶段：在此阶段中，无线控制器控制剪切波发生器开始工作而产生水平向振动，同时启动若干个检波器接收该振动所激发的波形在厚层地下冰夹层间传播的测试数据，并将2分钟内记录的测试数据传输给无线控制器，然后进入S7阶段；