河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)。系統(tǒng)由相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)備及系統(tǒng)軟件兩部分構(gòu)成。監(jiān)測(cè)設(shè)備由滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備、水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備、氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備、流速監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與計(jì)算機(jī)控制設(shè)備組成；系統(tǒng)軟件包含基礎(chǔ)信息設(shè)置模塊、信息實(shí)時(shí)采集模塊、信息實(shí)時(shí)分析處理模塊、異常信息實(shí)時(shí)預(yù)警模塊與專家知識(shí)系統(tǒng)模塊；對(duì)系統(tǒng)的組成部分、連接安裝方式及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。系統(tǒng)集成方法包含了完整、集成化的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方法。本發(fā)明系統(tǒng)科學(xué)合理、便于操作，監(jiān)測(cè)方法簡(jiǎn)單實(shí)用，對(duì)河口海岸工程管袋壩裸壩建設(shè)過程中壩體失穩(wěn)的因素進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)分析，最大限度減小壩體失穩(wěn)狀況的發(fā)生。
【專利說明】河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)，采用的技術(shù)主要有Access數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、無接觸監(jiān)測(cè)技術(shù)、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、串口通信技術(shù)和實(shí)時(shí)分析預(yù)警技術(shù)，系統(tǒng)適用于惡劣工程環(huán)境下沿海灘涂河口海岸工程中管袋壩裸壩施工，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工信息，保證施工安全，特別是對(duì)于管袋壩安全性要求較高的壩段施工。

【背景技術(shù)】
[0002]所謂信息化施工，即采集施工信息進(jìn)行分析處理，并用于指導(dǎo)、調(diào)整施工的過程。信息化施工系統(tǒng)主要包括工程信息采集儀器和計(jì)算機(jī)分析應(yīng)用軟件兩個(gè)部分。工程信息采集儀器用于工程信息的采集，并將采集到的信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)分析應(yīng)用軟件對(duì)接收到的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與處理，通過分析結(jié)果對(duì)工程中出現(xiàn)的安全隱患進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，對(duì)施工質(zhì)量給予實(shí)時(shí)評(píng)判，并給出相應(yīng)的結(jié)論與處理措施。目前，工程中運(yùn)用比較普遍的信息化施工系統(tǒng)主要有深基坑開挖信息化施工系統(tǒng)、高速公路隧道信息化施工系統(tǒng)和鐵道建筑工程信息化施工系統(tǒng)等。信息化施工技術(shù)的引入極大地提高了施工效率，降低了施工成本。沿海地帶地質(zhì)條件差，風(fēng)浪大，施工現(xiàn)場(chǎng)儀器布設(shè)困難；同時(shí)由于沿海灘涂河口海岸工程管袋壩失穩(wěn)機(jī)理的復(fù)雜性，尚未有一套適用于管袋壩施工建設(shè)的信息化施工系統(tǒng)。
[0003]受沿海氣候、地質(zhì)條件的影響，沿海灘涂圍墾區(qū)管袋壩裸壩施工往往會(huì)遇到各種工程問題。例如，在海浪淘刷作用下，地質(zhì)條件比較差的壩基被掏空，壩體在自重作用下坍塌；在風(fēng)浪、潮流等荷載作用下，壩體頂層管袋可能會(huì)出現(xiàn)滑塌等失穩(wěn)問題。目前在大多數(shù)圍墾施工現(xiàn)場(chǎng)，工程技術(shù)人員只能依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)管袋壩裸壩施工過程中壩體的穩(wěn)定性進(jìn)行定性的判定。
[0004]針對(duì)以上問題，經(jīng)過研究分析，得到與管袋壩裸壩施工期穩(wěn)定性有關(guān)的基本指標(biāo):壩體沉降、壩基側(cè)向位移、壩基滲流壓力、浪高、波坦、周期、風(fēng)速、潮位、海流流速等；計(jì)算指標(biāo):壩基地基內(nèi)滲流坡降、出口滲流坡降、管袋壩壩體穩(wěn)定因子；當(dāng)以上指標(biāo)超出臨界值時(shí)，管袋壩壩體將出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況。
[0005]利用傳統(tǒng)的采集儀器來采集上述基本指標(biāo)信息理論上可以實(shí)現(xiàn)，實(shí)際操作往往會(huì)面臨許多困難。傳統(tǒng)采集儀器一般利用通信電纜來實(shí)現(xiàn)采集硬件與上位機(jī)軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸，給施工造成很大阻礙，且電纜極易被施工機(jī)械損壞。管袋壩施工場(chǎng)地一般位于潮間帶，距離配電廠房較遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備供電也無法滿足要求。傳統(tǒng)采集儀器多采用接觸式采集方式，即傳感器需要與建筑物貼合，在管袋壩施工現(xiàn)場(chǎng)中布設(shè)難度較大。近些年來，隨著無線傳輸技術(shù)的發(fā)展，硬件設(shè)備之間可以通過無線通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，極大降低了對(duì)通信電纜的依賴。太陽(yáng)能電池板的引入能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的供電要求。以雷達(dá)傳感器等無接觸式傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)接觸式傳感器，能使使采集儀器集成更為緊湊，現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)更加方便。
[0006]采集到的數(shù)據(jù)通過編制的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行處理。Microsoft Visual Basic是一種基于組件且界面良好的編程開發(fā)軟件，功能強(qiáng)大，常用于各種工程應(yīng)用軟件的開發(fā)。Access數(shù)據(jù)庫(kù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析能力，能夠?qū)崿F(xiàn)中小型規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)。本發(fā)明計(jì)算機(jī)分析應(yīng)用軟件主體采用VB(Microsoft Visual Basic)編寫,后臺(tái)數(shù)據(jù)利用Access數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為預(yù)防和減少河口海岸工程管袋壩裸壩施工過程中出現(xiàn)的各種工程問題，本發(fā)明提供了一套完善的河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)。系統(tǒng)包括系統(tǒng)設(shè)備與系統(tǒng)軟件兩個(gè)部分；系統(tǒng)設(shè)備由滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備、水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備、氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備、流速監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備及計(jì)算機(jī)控制設(shè)備共同組成；系統(tǒng)軟件包含基礎(chǔ)信息設(shè)置模塊、信息實(shí)時(shí)采集模塊、信息實(shí)時(shí)分析處理模塊、異常信息實(shí)時(shí)預(yù)警模塊與專家知識(shí)系統(tǒng)模塊；滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備和水平平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備埋設(shè)于監(jiān)測(cè)斷面壩基中；在管袋壩壩前近海一側(cè)建造監(jiān)測(cè)平臺(tái)，氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備集成安裝于監(jiān)測(cè)平臺(tái)上；在靠近納潮口壩頭或壩線轉(zhuǎn)角處的基床面位置安裝流速監(jiān)測(cè)設(shè)備；計(jì)算機(jī)控制設(shè)備通過無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備、水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備、氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備、流速監(jiān)測(cè)設(shè)備連接。
[0008]滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備和水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備包括滲壓計(jì)傳感器、測(cè)斜儀傳感器和數(shù)據(jù)采集箱；氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備包括無接觸式的氣象站傳感器、雷達(dá)波潮儀傳感器和數(shù)據(jù)采集箱；流速監(jiān)測(cè)設(shè)備包括電磁流速儀和流速儀安裝支架，數(shù)據(jù)采集箱與氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備共用一套；無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備包括無線數(shù)傳電臺(tái)或GPRS無線傳輸模塊；計(jì)算機(jī)控制設(shè)備安裝有管袋壩信息化施工系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。
[0009]從總平面布置上來看，圍墾施工場(chǎng)地多為“ 口 ”字形結(jié)構(gòu)，即利用一段海堤與三段管袋壩共同將圍墾規(guī)劃區(qū)匡圍起來。在不與海堤相接的壩段之上預(yù)留納潮口，形成右部帶有缺口的近似“ 口 ”字形狀。依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)狀況，制定了合適的施工監(jiān)測(cè)斷面布置方案，將整套系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備布置到典型監(jiān)測(cè)斷面位置處。典型監(jiān)測(cè)斷面的選取遵循“重點(diǎn)監(jiān)測(cè)”的原貝U，即針對(duì)容易發(fā)生坍塌破壞的壩段(如壩軸線轉(zhuǎn)折點(diǎn)、地基條件差和水流流速大的壩段)適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)斷面。納潮口壩頭位置受漲落潮往復(fù)水流的影響，水流流速大，壩體容易發(fā)生破壞，故本發(fā)明系統(tǒng)擬將典型監(jiān)測(cè)斷面選取在該位置處。
[0010]系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝于選取的典型監(jiān)測(cè)斷面位置處，詳細(xì)安裝位置為:(I)滲壓計(jì)和測(cè)斜儀通過打孔布設(shè)于壩基內(nèi)部；(2)氣象站、雷達(dá)波潮儀及其數(shù)據(jù)采集箱集成安裝于壩前近海一側(cè)的監(jiān)測(cè)平臺(tái)之上；(3)流速儀通過支架安裝到靠近納潮口壩頭或壩線轉(zhuǎn)角處的基床面位置(流速儀與氣象站、雷達(dá)波潮儀共用一套數(shù)據(jù)采集箱)；(4)滲壓計(jì)和測(cè)斜儀數(shù)據(jù)采集箱共用一套，放置于堤頭支架上；(5)無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備在計(jì)算機(jī)控制設(shè)備和每個(gè)數(shù)據(jù)采集箱上安裝一部；當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)GPRS信號(hào)滿足要求(SIM卡能通過GPRS連接網(wǎng)絡(luò))時(shí)，可以采用GPRS無線傳輸模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，此時(shí)系統(tǒng)控制端理論上可以放置于任何位置(前提是計(jì)算機(jī)能夠連接網(wǎng)絡(luò))，但為方便調(diào)試，系統(tǒng)控制端不宜距離典型監(jiān)測(cè)斷面位置超過1km ;當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)GPRS信號(hào)無法滿足要求(SM卡無法通過GPRS連接網(wǎng)絡(luò))時(shí)，需要采用無線數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸；(6)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備應(yīng)放置于距離典型監(jiān)測(cè)斷面不超過5km(無遮擋環(huán)境)且供電有保證的位置。
[0011]監(jiān)測(cè)設(shè)備通過無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)控制設(shè)備的信息實(shí)時(shí)采集模塊；信息實(shí)時(shí)分析處理模塊結(jié)合信息實(shí)時(shí)采集模塊與基礎(chǔ)信息設(shè)置模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算；異常信息實(shí)時(shí)預(yù)警模塊對(duì)信息實(shí)時(shí)分析處理模塊的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)所得異常通過顯示器以彈窗的方式顯示出來；專家知識(shí)系統(tǒng)模塊結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巡檢信息或異常信息實(shí)時(shí)預(yù)警模塊監(jiān)測(cè)所得異常信息通過搜索專家知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的方式給出專家結(jié)論和輔助性處理措施。
[0012]針對(duì)以上系統(tǒng)功能，本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能所采取的技術(shù)如下:
[0013]一套河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對(duì)管袋壩裸壩施工過程中的典型監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)僅針對(duì)一個(gè)典型監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，系統(tǒng)硬件設(shè)備至少需要包含以下部分:
[0014]—滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備，包含量程為O?0.2MPa振弦式滲壓計(jì)6支，滲壓計(jì)電纜(單支長(zhǎng)度不小于35m)，無線模塊I個(gè)，12V?40W太陽(yáng)能電池板I塊，16通道數(shù)據(jù)采集箱I套，采集箱專用支架I個(gè)；用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壩基部位滲流壓力數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；
[0015]——水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備，包含量程為±15°單軸測(cè)斜儀3支，測(cè)斜儀連接鋼管(長(zhǎng)度依照現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況而定)，測(cè)斜儀專用滾輪2個(gè)，底部滾輪I個(gè)，頂蓋I個(gè)，直徑3毫米鋼絲繩(長(zhǎng)度不小于20m) I捆，內(nèi)徑70mm的ABS測(cè)斜管(長(zhǎng)度依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況而定)，數(shù)據(jù)采集箱、采集箱專用支架、無線模塊、太陽(yáng)能電池板和滲流監(jiān)測(cè)共用同一套設(shè)備；用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壩基水平位移數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；
[0016]——?dú)庀?、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備，包含波潮雷達(dá)傳感器I個(gè)，氣象站I個(gè)，專用數(shù)據(jù)采集箱I套，12V?40W太陽(yáng)能電池板I塊，數(shù)傳電臺(tái)2部，儀器固定支架一套；用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)浪高、波坦、周期、波長(zhǎng)、潮位、風(fēng)速等數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；
[0017]—流速監(jiān)測(cè)設(shè)備，包含測(cè)量范圍0.01?lOm/s電磁式流速儀I部，數(shù)據(jù)采集箱、太陽(yáng)能電池板、數(shù)傳電臺(tái)、儀器固定支架和波浪、潮位、氣象監(jiān)測(cè)共用同一套設(shè)備；用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)典型斷面壩基位置水流流速并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；
[0018]——無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，包含傳輸距離為1km具有收發(fā)功能的無線數(shù)傳電臺(tái)3部，或者GPRS無線傳輸模塊2部；
[0019]——計(jì)算機(jī)控制設(shè)備，包含安裝有管袋壩信息化施工系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)一部；如果無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備采用GPRS無線傳輸模塊則計(jì)算機(jī)需要聯(lián)網(wǎng)；
[0020]系統(tǒng)所采用硬件設(shè)備數(shù)量眾多，如果僅依靠設(shè)備自帶上位機(jī)軟件控制監(jiān)測(cè)設(shè)備，系統(tǒng)集成度較低，工作效率不高，且系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)分析功能將無法實(shí)現(xiàn)。鑒于此，本發(fā)明基于Microsoft Visual Basic和Access數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),并結(jié)合無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與串口通信技術(shù)，從底層通信協(xié)議做開發(fā)，編制出了一套系統(tǒng)的管袋壩信息化施工系統(tǒng)軟件，其特點(diǎn)在于:
[0021]I)基礎(chǔ)信息設(shè)置模塊。設(shè)定與管袋壩信息化施工的有關(guān)基礎(chǔ)信息，如設(shè)定基本指標(biāo)與計(jì)算指標(biāo)臨界值、監(jiān)測(cè)斷面幾何尺寸、充填泥砂和壩基泥砂土力學(xué)參數(shù)、典型監(jiān)測(cè)斷面壩體內(nèi)外水深等參數(shù)；
[0022]2)信息實(shí)時(shí)采集模塊。通過串口通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件對(duì)數(shù)據(jù)采集箱的控制，上位機(jī)軟件按照設(shè)定的時(shí)間間隔定時(shí)向數(shù)據(jù)采集箱發(fā)送采集指令，數(shù)據(jù)采集箱采集到的數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)向計(jì)算機(jī)控制端發(fā)送；
[0023]3)信息實(shí)時(shí)分析處理模塊。包含管袋壩壩基滲流穩(wěn)定性計(jì)算單元、壩基水平位移計(jì)算單元、管袋壩風(fēng)浪作用穩(wěn)定性計(jì)算單元和管袋壩壩基泥沙啟動(dòng)計(jì)算單元4個(gè)部分；
[0024]——對(duì)于壩基滲流穩(wěn)定性計(jì)算單元，需要計(jì)算管袋壩壩基的滲流坡降，計(jì)算公式如下:
[0025]4=0.0()1^^

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[0026]?； -0.001 ---d '"
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[0027]式中，I1為壩基內(nèi)滲流坡降；Pp、Pn為接近同一高程上前后相鄰兩支滲壓計(jì)測(cè)量所得滲流壓力，單位kPa;PB為壩腳位置孔(壩基兩側(cè)孔)中的滲壓計(jì)所測(cè)量到的滲流壓力，單位kPa;P為水密度，P = 1.0X103kg/m3 ;g為重力加速度，g = 9.81m/s2 ;L為壩基底寬半長(zhǎng)，單位m;iv為出口滲流坡降；LBd為從滲壓計(jì)(壩腳位置孔中的滲壓計(jì))到出口滲徑長(zhǎng)度，單位m;Hd為滲流出口處水深，單位m;ZBS滲壓計(jì)(壩腳位置孔中的滲壓計(jì))埋設(shè)深度，單位m。
[0028]—對(duì)于壩基水平位移計(jì)算單元，需要計(jì)算壩基累計(jì)水平位移，計(jì)算公式如下:
[0029]Di = Cl^d2+*** +(Ii, (i = I, 2, 3)
[0030]式中，Di為壩基內(nèi)部第i支測(cè)斜儀處的累計(jì)水平位移，單位mm 為壩基內(nèi)部第i支測(cè)斜儀處的單次測(cè)量水平位移，Cli =GiXL(R1-Ritl),單位Him5Gi為儀器系數(shù)，由率定表給出，單位sin Θ/Volt ;L為單支傳感器組成的測(cè)斜儀長(zhǎng)度,單位mm況為第i支測(cè)斜儀當(dāng)前讀數(shù)，單位Volt ；Ri0為第i支測(cè)斜儀初始讀數(shù)，單位Volt。
[0031]—對(duì)于管袋壩風(fēng)浪作用穩(wěn)定性計(jì)算單元，需要計(jì)算壩體穩(wěn)定因子Fs和臨界浪高H，壩體穩(wěn)定因子Fs計(jì)算公式為:
[0032]當(dāng)1.25彡m彡2時(shí)
F _ 2πΒΜΥ^ L J 2叫_I_
[0033]s~^ThriV-Vz)f3YA.r3 o,2

1.464—— ^- m

I//J UJ KH)
[0034]當(dāng)2<m<2.5 時(shí)
P —1πΒ^ L coih2^_1_
[0035]s— γΗ H [ L ) ^lV-68YDV-83YD V°'93 o”

1.464—— —— ~- m

VH) [Η) [h)
[0036]式中，Ys為管袋容重,單位kN/m3 ;B為管袋沿水流方向長(zhǎng)度,單位m ; μ為管袋間摩擦系數(shù)；Η為波浪浪高，單位m ；T為波周期，單位s ；L為波長(zhǎng)，單位m ；D為堤前水深，單位m ；DC為壩高，單位m ；m為迎浪面邊坡坡比；P為水的密度，P = 1.0X 103kg/m3 ；
[0037]——臨界浪高H計(jì)算公式為:
,μΑ?
[0038]~ 0.75(1+^:)(1-0.5/?)
[0039]其中，M = Pc “ ;式中，k = 0.75為影響系數(shù)；P c為充填材料密度，單位kg/m3 ；


Jr W
P w為水密度，P w = 1.0X103kg/m3 ；m為頂層管袋水面線以上部分面積與其整體面積之比；μ為管袋間摩擦系數(shù)。
[0040]—對(duì)于管袋壩壩基泥沙啟動(dòng)計(jì)算單元，需要計(jì)算管袋壩壩基泥沙啟動(dòng)流速U。，計(jì)算公式如下:
[0041]uc=k{ InllAY d^Tgd + {^shsjsJdrl
V Δ 人 it J Y p IvJ0* Jd
0.5mmd < 0.5mm1.Qmmd < 0.5mm
[0042]其中，d'= d 0.5 mm <d <\ Oinm，Δ =2d 0.5mm <d <\ Omm ；
IOinmd > I Omm2d I ~d' *d > 10/?/?
[0043]式中為泥沙狀態(tài)參數(shù)，一般取V = 0.32 ；h為水深，單位m ；d為泥沙粒徑，單位mm ；(!* = 1mm ；g = 9.81m/s2為重力加速度；Δ為床面糙率高度，單位mm ； δ為薄膜水厚度參數(shù)，一般取S = 2.31X10_5cm;Ps為泥沙密度，單位kg/m3;P為水密度，P =
1.0X 103kg/m3 ； Y ^床面泥沙干容重,單位kN/m3 ； y 0*為泥沙顆粒的穩(wěn)定干容重,單位kN/m3； ε0為綜合粘結(jié)力參數(shù)，對(duì)于一般泥土 ε ^ = 1.75cm3/s2,對(duì)于粘土，最大可達(dá)17.5cm3/s2。
[0044]3)異常信息實(shí)時(shí)預(yù)警模塊。與信息實(shí)時(shí)分析處理模塊對(duì)應(yīng)，包含管袋壩壩基滲流穩(wěn)定判別單元、壩基水平向變形穩(wěn)定判別單元、管袋壩風(fēng)浪作用穩(wěn)定判別單元和管袋壩壩基泥沙沖刷穩(wěn)定判別單元4個(gè)部分；
[0045]—對(duì)于管袋壩壩基滲流穩(wěn)定判別單元，分析判別壩基內(nèi)滲流坡降、出口滲流坡降與壩基內(nèi)滲流坡降臨界值、出口滲流坡降值的大??；當(dāng)壩基內(nèi)滲流坡降或出口滲流坡降計(jì)算值超出其相應(yīng)臨界值時(shí)，壩基有可能出現(xiàn)滲透破壞；
[0046]—對(duì)于壩基水平向變形穩(wěn)定判別單元，分析判別壩基累計(jì)水平位移與壩基累計(jì)水平位移臨界值的大?。划?dāng)壩基累計(jì)水平位移超出其臨界值時(shí)，管袋壩壩體可能會(huì)發(fā)生側(cè)向傾覆；
[0047]—對(duì)于管袋壩風(fēng)浪作用穩(wěn)定判別單元，分析判別的指標(biāo)有3個(gè)，壩體穩(wěn)定因子、浪高及風(fēng)速；當(dāng)壩體穩(wěn)定因子Fs < I或浪高大于臨界浪高或風(fēng)速大于臨界風(fēng)速時(shí)，頂層管袋可能會(huì)出現(xiàn)滑塌等失穩(wěn)問題；
[0048]——對(duì)于管袋壩壩基泥沙沖刷穩(wěn)定判別單元，分析判別壩基位置海流流速與泥沙臨界啟動(dòng)流速的大??；當(dāng)海流流速大于泥沙臨界啟動(dòng)流速時(shí)，壩基位置表層泥沙會(huì)被海流沖刷流失，繼續(xù)沖刷可能造成管袋壩壩腳基底坍塌。
[0049]4)專家知識(shí)系統(tǒng)模塊。針對(duì)河口海岸工程管袋壩施工建設(shè)中容易出現(xiàn)的問題，通過查閱文獻(xiàn)或訪問專家的方式，獲取該問題產(chǎn)生的原因及工程中常用處理措施，信息分類并建立專家知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)指標(biāo)超出臨界值或人工巡查出現(xiàn)異常時(shí)，技術(shù)人員可以利用專家知識(shí)系統(tǒng)模塊對(duì)專家知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行搜索，從而得到相關(guān)問題具體的結(jié)論和處理措施。
[0050]結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用，給出了一套完善的實(shí)施方法，步驟如下:
[0051]I)選取典型監(jiān)測(cè)斷面
[0052]依據(jù)施工平面布置圖，按照“重點(diǎn)監(jiān)測(cè)”的原則，在管袋壩施工現(xiàn)場(chǎng)壩體之上選取合適的典型監(jiān)測(cè)斷面。在實(shí)際操作時(shí)，還需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的情況來最終確定典型監(jiān)測(cè)斷面的位置，保證監(jiān)測(cè)設(shè)備布設(shè)、維護(hù)方便，監(jiān)測(cè)結(jié)果具有代表性。
[0053]2)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)設(shè)備布設(shè)方案
[0054]典型監(jiān)測(cè)斷面選取完成后，需要結(jié)合壩體斷面圖設(shè)計(jì)合理的監(jiān)測(cè)設(shè)備布設(shè)方案。監(jiān)測(cè)儀器主要有滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備，水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備，氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備與流速監(jiān)測(cè)設(shè)備4個(gè)部分，針對(duì)每一種監(jiān)測(cè)設(shè)備，設(shè)計(jì)出合理的安裝布設(shè)方案，保證安裝穩(wěn)固，監(jiān)測(cè)結(jié)果科學(xué)有效。
[0055]對(duì)于滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備，滲壓計(jì)需要埋設(shè)在典型監(jiān)測(cè)斷面下的壩基中。滲壓計(jì)分3縱排布置，兩側(cè)壩腳各一排，壩軸線中心位置一排，每排布設(shè)2支滲壓計(jì)。滲壓計(jì)埋深依據(jù)典型監(jiān)測(cè)斷面位置壩基土體鉆探勘測(cè)結(jié)果來確定，滲壓計(jì)應(yīng)全部埋設(shè)于砂土或粉砂土層中。若壩基土體不含砂土、粉砂土層，則滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備可不必埋設(shè)。
[0056]水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備中的測(cè)斜管埋設(shè)于靠近壩腳的壩基中。壩腳有兩個(gè):迎浪面一側(cè)壩腳和規(guī)劃圍墾區(qū)內(nèi)部一側(cè)壩腳。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí)，一般選取坡比較陡的一側(cè)。測(cè)斜管底至少應(yīng)插入到穩(wěn)固土層中l(wèi)m，3支測(cè)斜儀在測(cè)斜管中等間隔放置。
[0057]氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備與流速監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)際為一體，雷達(dá)波潮儀、氣象站需要安裝于典型監(jiān)測(cè)斷面附近的監(jiān)測(cè)平臺(tái)之上。電磁流速儀通過放置于監(jiān)測(cè)平臺(tái)附近灘面上的支架進(jìn)行安裝，安裝高度需要保證在最低潮位時(shí)流速儀仍然在水中。
[0058]3)安裝與配置設(shè)備
[0059]布設(shè)方案設(shè)計(jì)完成之后，即可在典型監(jiān)測(cè)斷面處布設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)備。監(jiān)測(cè)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)安裝方式如下:
[0060]—滲壓計(jì)埋設(shè)方式。在壩頂正中和壩身兩側(cè)靠近壩腳的位置打孔(共3個(gè)孔)，孔直徑不小于5cm，孔深應(yīng)保證穿過壩身并深入到壩基至少3m。每個(gè)孔中放置2支滲壓計(jì)，下部滲壓計(jì)接觸或接近孔底放置，上部滲壓計(jì)距離地基表面約50cm放置。滲壓計(jì)和數(shù)據(jù)采集箱之間通過電纜連接。數(shù)據(jù)采集箱控制滲壓計(jì)進(jìn)行滲流壓力數(shù)據(jù)的采集，采集到的數(shù)據(jù)臨時(shí)儲(chǔ)存到采集箱中。數(shù)據(jù)采集箱和滲壓計(jì)由太陽(yáng)能電池板供電；
[0061]—測(cè)斜儀安裝方式。在壩基一側(cè)(具體哪一側(cè)需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況而定，理論上選取打孔方便且坡較陡的一側(cè))靠近壩腳約Im的位置打孔并埋設(shè)測(cè)斜管，測(cè)斜管至少要插到地基較為堅(jiān)硬的土層內(nèi)部lm。測(cè)斜儀之間通過連接鋼管連接，3只測(cè)斜儀在測(cè)斜管內(nèi)部等長(zhǎng)均勻布置，但應(yīng)保證最上部測(cè)斜儀距離地基表面約50cm。測(cè)斜儀和數(shù)據(jù)采集箱之間通過電纜連接。測(cè)斜儀與滲壓計(jì)共用一套數(shù)據(jù)采集箱；
[0062]—?dú)庀笳炯安ǔ眱x安裝方式。在壩體近海一側(cè)設(shè)立監(jiān)測(cè)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)保證在較大風(fēng)浪作用下不被海水淹沒或傾覆。氣象站、數(shù)據(jù)采集箱、無線數(shù)傳電臺(tái)和太陽(yáng)能電池板全部放置于監(jiān)測(cè)平臺(tái)上并加以固定；波潮儀傳感器固定于支架延伸出的鋼管上；數(shù)據(jù)采集箱與傳感器由一塊太陽(yáng)能電池板供電；
[0063]——流速儀安裝方式。在靠近納潮口壩頭或壩線轉(zhuǎn)角處的基床面位置放置高約50cm的三角鋼架，鋼架頂部以塊石壓重，保證鋼架在海流作用下的穩(wěn)定性。流速儀利用錨固部件固定于鋼架中心焊接的垂向鋼管上，其高度可上下調(diào)節(jié)；流速儀工作時(shí)距離底部灘面高度不能低于20cm，以防止傳感器被泥沙覆蓋；流速儀數(shù)據(jù)采集箱與氣象站、波潮儀共用一套，因此流速儀支架距離監(jiān)測(cè)平臺(tái)一般不超過20m ；
[0064]—計(jì)算機(jī)控制端配置方式。如果典型監(jiān)測(cè)斷面處監(jiān)測(cè)設(shè)備采用的是GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸方式，計(jì)算機(jī)需要保證能夠連接網(wǎng)絡(luò)；如果監(jiān)測(cè)設(shè)備采用的是無限數(shù)傳電臺(tái)，則計(jì)算機(jī)端也需要安裝一臺(tái)無線數(shù)傳電臺(tái)用于數(shù)據(jù)的接收。
[0065]4)連接設(shè)備
[0066]設(shè)備的連接包括兩大部分:傳感器與數(shù)據(jù)采集箱之間的連接、數(shù)據(jù)采集箱與計(jì)算機(jī)之間的連接。數(shù)據(jù)采集箱是用于直接控制傳感器的設(shè)備，目前尚未有成熟的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集箱與傳感器之間的無線連接，因此，數(shù)據(jù)采集箱與傳感器之間都通過電纜連接。連接方式如下:
[0067]滲壓計(jì)與測(cè)斜儀都通過電纜與專用數(shù)據(jù)采集箱連接，該數(shù)據(jù)采集箱能夠?qū)崿F(xiàn)頻率信號(hào)(滲壓計(jì))與電壓信號(hào)(測(cè)斜儀)的采集，同時(shí)能夠設(shè)置數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔，采集到的數(shù)據(jù)能夠儲(chǔ)存在采集箱中；數(shù)據(jù)采集箱連接太陽(yáng)能電池板。雷達(dá)波潮儀、氣象站與電磁流速儀通過電纜與另外一套專用數(shù)據(jù)采集箱連接，該數(shù)據(jù)采集箱功能與連接滲壓計(jì)的數(shù)據(jù)采集箱大致相同，增加了脈沖信號(hào)(流速儀)的采集功能；該數(shù)據(jù)采集箱也需太陽(yáng)能電池板供電。
[0068]兩套數(shù)據(jù)采集箱與計(jì)算機(jī)之間通過無線通信方式建立連接，無線通信方式的建立主要是依靠GPRS無線傳輸模塊或無線數(shù)傳電臺(tái)。采用GPRS無線傳輸模塊時(shí)，只需要在數(shù)據(jù)采集箱上連接一部無線GPRS模塊，計(jì)算機(jī)端需要保證能夠連接Internet網(wǎng)絡(luò)；采用無線電臺(tái)時(shí)，計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集箱上都需要連接一部無線數(shù)傳電臺(tái)。
[0069]5)基礎(chǔ)信息設(shè)置
[0070]—查閱工程設(shè)計(jì)資料，通過現(xiàn)場(chǎng)勘查的方式并結(jié)合施工技術(shù)人員施工經(jīng)驗(yàn)綜合確定浪高、風(fēng)速、潮位、壩基滲流坡降、壩基水平位移的臨界值；
[0071]—利用量尺對(duì)典型監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量項(xiàng)目包含壩頂寬度、壩底寬度、壩高、充填管袋長(zhǎng)度、迎浪面坡比、壩體兩側(cè)基底高程；
[0072]—采集監(jiān)測(cè)斷面處充填泥砂和壩基部位泥砂并進(jìn)行土工試驗(yàn)，確定充填泥砂密度、壩基部位泥砂顆分；
[0073]——采集管袋袋體材料，制作成小型管袋(1cmX 1cm)并利用現(xiàn)場(chǎng)充填料充填，待固結(jié)2h后在實(shí)驗(yàn)室中通過拉伸力學(xué)實(shí)驗(yàn)確定袋體之間的摩擦系數(shù)；
[0074]以上信息采集完成后，將其輸入到信息化施工系統(tǒng)軟件中保存，完成基礎(chǔ)信息設(shè)置。
[0075]6)開始監(jiān)測(cè)
[0076]打開監(jiān)測(cè)設(shè)備自帶上位機(jī)軟件,設(shè)定采集頻率(30min、60min和180min可選)、串口通信方式(串口屬性:9600，8，1，NONE)和數(shù)據(jù)傳輸方式(GPRS、無線數(shù)傳電臺(tái)可選)，并測(cè)試采集以檢查連通性。測(cè)試完成之后，即可進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)流程如下:
[0077]計(jì)算機(jī)端發(fā)出采集指令，通過網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)傳電臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)采集箱進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)采集箱得到采集指令后，開始控制儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。
[0078]滲壓計(jì)由數(shù)據(jù)采集箱進(jìn)行控制，開始采集后向數(shù)據(jù)采集箱反饋采集到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集箱將采集到的滲流壓力數(shù)據(jù)暫時(shí)儲(chǔ)存起來，得到計(jì)算機(jī)端的數(shù)據(jù)讀取指令后通過無線模塊向計(jì)算機(jī)傳遞采集到的滲流壓力數(shù)據(jù)；測(cè)斜儀所采用的控制方法與滲壓計(jì)相同；
[0079]電磁流速儀、氣象傳感器和雷達(dá)傳感器和由數(shù)據(jù)采集箱進(jìn)行控制，開始采集后電磁流速儀采集水流流速信息，氣象傳感器內(nèi)部元件對(duì)氣象信息做出反饋，雷達(dá)傳感器發(fā)射雷達(dá)波對(duì)監(jiān)測(cè)水面進(jìn)行掃略，最終得到實(shí)時(shí)的水流流速、風(fēng)速、浪高、波坦、周期、潮位等基本指標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過電纜傳遞回?cái)?shù)據(jù)采集箱，數(shù)據(jù)采集箱得到計(jì)算機(jī)端的讀取指令后通過無線數(shù)傳電臺(tái)向計(jì)算機(jī)端傳遞采集到的基本指標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0080]由滲壓計(jì)采集到的滲流壓力數(shù)據(jù)并結(jié)合實(shí)時(shí)的潮位、壩基地質(zhì)狀況信息，通過計(jì)算機(jī)端的滲流分析計(jì)算程序，可以得到壩基實(shí)時(shí)的滲流坡降信息。通過比對(duì)壩基各個(gè)部位的滲流坡降與臨界滲流坡降的大小，可以判別出壩基可能發(fā)生滲流破壞的位置，以便及時(shí)采取保護(hù)措施；其中滲流坡降的集成分析方法如下:
[0081]由測(cè)斜儀采集到的壩基水平位移數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集箱的無線模塊傳遞到計(jì)算機(jī)端，通過計(jì)算機(jī)端的水平位移計(jì)算程序，可以得到壩基水平位移累計(jì)數(shù)值。通過比對(duì)壩基累計(jì)單日水平位移、累計(jì)三日水平位移與其相應(yīng)的臨界值，可以判別壩體是否會(huì)因?yàn)榫植克轿灰七^大而發(fā)生失穩(wěn)；
[0082]由電磁流速儀采集到的水流流速數(shù)據(jù)，氣象站采集到的風(fēng)速、溫度等氣象信息數(shù)據(jù)以及由雷達(dá)傳感器采集到的浪高、潮位數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集箱傳遞到計(jì)算機(jī)端，通過計(jì)算機(jī)端的浪高、潮位計(jì)算程序，結(jié)合壩體的斷面參數(shù)，得到計(jì)算指標(biāo)一管袋壩壩體穩(wěn)定因子，比對(duì)浪高、潮位、風(fēng)速、海流流速、穩(wěn)定因子數(shù)據(jù)與其臨界值，可以判別壩體在波浪作用下的穩(wěn)定性。
[0083]本發(fā)明系統(tǒng)科學(xué)合理、便于操作，監(jiān)測(cè)方法簡(jiǎn)單實(shí)用，從各個(gè)方面對(duì)管袋壩裸壩建設(shè)過程中壩體失穩(wěn)的原因進(jìn)行分析，最大限度減小壩體失穩(wěn)狀況的發(fā)生。本發(fā)明系統(tǒng)采用無接觸式的監(jiān)測(cè)方法更能適應(yīng)沿海復(fù)雜多變的氣候條件，減小潮水和波浪對(duì)監(jiān)測(cè)儀器的影響，提高了監(jiān)測(cè)結(jié)果的精確性。采用太陽(yáng)能電池板對(duì)儀器供電，減少施工供電電纜的布設(shè)，提高了現(xiàn)場(chǎng)施工的安全性。系統(tǒng)需求設(shè)定參數(shù)簡(jiǎn)單易獲取，減少了系統(tǒng)運(yùn)行前各種繁瑣的參數(shù)設(shè)定。系統(tǒng)采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，解決了各種儀器的集成綜合采集問題。本發(fā)明所涉及的儀器布設(shè)方案特別適用于沿海復(fù)雜地質(zhì)、氣象條件下的管袋壩裸壩施工監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有施工監(jiān)測(cè)方法中針對(duì)管袋壩監(jiān)測(cè)方法的缺失，所涉及的一套完整的參數(shù)處理與分析方案對(duì)于監(jiān)測(cè)的基本指標(biāo)和計(jì)算指標(biāo)給出圖形化的結(jié)果顯示，簡(jiǎn)單明了。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0084]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)主要硬件組成及連接示意圖
[0085]圖2是本發(fā)明系統(tǒng)施工監(jiān)測(cè)平面布置示意圖
[0086]圖3是本發(fā)明系統(tǒng)儀器典型監(jiān)測(cè)斷面布置示意圖
[0087]圖4是本發(fā)明系統(tǒng)工作流程示意圖
[0088]圖3中:1、計(jì)算機(jī)控制端；2、無線數(shù)傳電臺(tái)；3、無線模塊；4、數(shù)據(jù)采集箱；5、測(cè)斜儀；6、滲壓計(jì)；7、滲壓計(jì)電纜；8、測(cè)斜儀電纜；9、電磁流速儀；10、流速儀電纜；11、無線數(shù)傳電臺(tái)；12、氣象站傳感器；13、雷達(dá)傳感器；14、數(shù)據(jù)采集箱

【具體實(shí)施方式】
[0089]下面結(jié)合附圖對(duì)系統(tǒng)的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的說明，實(shí)施步驟如下:
[0090]I)選取典型監(jiān)測(cè)斷面
[0091]從圖2施工總平面布置圖可以看出，該圍墾施工場(chǎng)地為典型的“ 口”字形結(jié)構(gòu)，西側(cè)為一段海堤，北側(cè)為已圍墾區(qū)隔堤，東部與南部為需要建造的管袋壩，在東部壩體中部預(yù)留納潮口。在施工建設(shè)期間，納潮口位置受漲落潮往復(fù)水流的影響，水流流速較大，壩基容易被水流掏空；預(yù)留納潮口，管袋未堆疊成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，頂層管袋受海浪拍打易被掀翻；納潮口尺寸相對(duì)圍墾區(qū)面積非常有限，漲落潮壩內(nèi)外易形成過大的水位差，壩基發(fā)生滲流破壞的可能性較大。綜合以上考慮，將典型監(jiān)測(cè)斷面選取在圖2所示的納潮口堤頭位置。
[0092]以上典型監(jiān)測(cè)斷面是根據(jù)圖2中所示的施工總平面布置方式進(jìn)行選取的，河口海岸工程施工總平面布置方式是多種多樣的，在實(shí)際選取的時(shí)候需要結(jié)合具體工程實(shí)際，同時(shí)可以參照以上所述的選取原則。
[0093]2)單個(gè)典型監(jiān)測(cè)斷面監(jiān)測(cè)設(shè)備及計(jì)算機(jī)控制設(shè)備硬件需求
[0094]—滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備。包含量程為O?0.2MPa振弦式滲壓計(jì)6支，滲壓計(jì)電纜(單支長(zhǎng)度不小于35m)，無線模塊I個(gè)，12V?40W太陽(yáng)能電池板I塊，16通道數(shù)據(jù)采集箱I套，采集箱專用支架I個(gè)；用于實(shí)時(shí)采集壩基部位滲流壓力數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；
[0095]——水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備。包含量程為±15°單軸測(cè)斜儀3支，測(cè)斜儀連接鋼管(長(zhǎng)度依照現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況而定)，測(cè)斜儀專用滾輪2個(gè)，底部滾輪I個(gè)，頂蓋I個(gè)，直徑3毫米鋼絲繩(長(zhǎng)度不小于20m) I捆，內(nèi)徑70mm的ABS測(cè)斜管(長(zhǎng)度依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況而定)，數(shù)據(jù)采集箱、采集箱專用支架、無線模塊、太陽(yáng)能電池板和滲流監(jiān)測(cè)共用同一套設(shè)備；用于實(shí)時(shí)采集壩基水平位移數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；
[0096]——?dú)庀?、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備。包含波潮雷達(dá)傳感器I個(gè)，氣象站I個(gè)，專用數(shù)據(jù)采集箱I套，12V?40W太陽(yáng)能電池板I塊，數(shù)傳電臺(tái)2部，儀器固定支架一套；用于實(shí)時(shí)采集浪高、周期、波長(zhǎng)、潮位、風(fēng)速等數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；
[0097]——流速監(jiān)測(cè)設(shè)備。包含測(cè)量范圍0.01?lOm/s電磁式流速儀I部，數(shù)據(jù)采集箱、太陽(yáng)能電池板、數(shù)傳電臺(tái)、儀器固定支架和波浪、潮位、氣象監(jiān)測(cè)共用同一套設(shè)備；用于實(shí)時(shí)采集典型斷面壩基位置水流流速并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；
[0098]——計(jì)算機(jī)控制設(shè)備。包含安裝有“管袋壩信息化施工系統(tǒng)”軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)，接收范圍為1km的無線數(shù)傳電臺(tái)一部。
[0099]3)安裝與配置設(shè)備
[0100]典型監(jiān)測(cè)斷面位置監(jiān)測(cè)設(shè)備按照?qǐng)D3的方式安裝，需要安裝的部件主要有滲壓計(jì)、測(cè)斜儀、氣象站、波潮儀和流速儀。以下均按照?qǐng)D3中對(duì)應(yīng)的儀器標(biāo)號(hào)進(jìn)行說明。安裝方式如下:
[0101]—滲壓計(jì)埋設(shè)方式。在壩頂正中和壩身兩側(cè)靠近壩腳的位置打孔(共3個(gè)孔，孔的位置參照?qǐng)D3中標(biāo)號(hào)6的滲壓計(jì)布置方式)，孔直徑不小于5cm，孔深應(yīng)保證穿過壩身并深入到壩基至少3m。每個(gè)孔中放置2支滲壓計(jì)，下部滲壓計(jì)接觸或接近孔底放置，上部滲壓計(jì)距離地基表面約50cm放置。滲壓計(jì)6和數(shù)據(jù)采集箱4之間通過電纜7連接。數(shù)據(jù)采集箱4控制滲壓計(jì)6進(jìn)行滲流壓力數(shù)據(jù)的采集，采集到的數(shù)據(jù)臨時(shí)儲(chǔ)存到采集箱4中。數(shù)據(jù)采集箱4和滲壓計(jì)6由太陽(yáng)能電池板供電；
[0102]—測(cè)斜儀安裝方式。在壩基一側(cè)(具體哪一側(cè)需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況而定，理論上選取打孔方便且坡較陡的一側(cè))靠近壩腳約Im的位置打孔并埋設(shè)測(cè)斜管，測(cè)斜管至少要插到地基較為堅(jiān)硬的土層內(nèi)部lm。測(cè)斜儀之間通過連接鋼管連接，3只測(cè)斜儀在測(cè)斜管內(nèi)部等長(zhǎng)均勻布置，但應(yīng)保證最上部測(cè)斜儀距離地基表面約50cm。測(cè)斜儀5和數(shù)據(jù)采集箱4之間通過電纜8連接。測(cè)斜儀5與滲壓計(jì)6共用一套數(shù)據(jù)采集箱4 ；
[0103]—?dú)庀笳?、波潮儀及流速儀安裝方式。在壩體近海一側(cè)設(shè)立監(jiān)測(cè)平臺(tái)(如圖3所示)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)保證在較大風(fēng)浪作用下不被海水淹沒或傾覆。氣象站12、數(shù)據(jù)采集箱14、無線數(shù)傳電臺(tái)11和太陽(yáng)能電池板全部放置于監(jiān)測(cè)平臺(tái)上并加以固定；平臺(tái)表面延伸出一根懸臂鋼管(或桁架)，雷達(dá)波潮儀13固定于懸臂鋼管頂端；在延伸出的懸臂鋼管(或桁架)中部固定以垂直向下并延伸到海水中的鋼管(整個(gè)延伸出去的鋼管形如“T”)，流速儀9即固定于該鋼管的底部位置；數(shù)據(jù)采集箱14同傳感器(氣象站、雷達(dá)波潮儀與電磁流速儀)通過電纜連接，控制傳感器進(jìn)行氣象、浪潮及流速數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集箱14與傳感器(氣象站、雷達(dá)波潮儀與電磁流速儀)由一塊太陽(yáng)能電池板供電；
[0104]—計(jì)算機(jī)配置方式。如果典型監(jiān)測(cè)斷面處監(jiān)測(cè)設(shè)備采用的是GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸方式，計(jì)算機(jī)端I需要保證能夠連接網(wǎng)絡(luò)；如果監(jiān)測(cè)設(shè)備采用的是無限數(shù)傳電臺(tái)，則計(jì)算機(jī)端I需要安裝一臺(tái)無線數(shù)傳電臺(tái)2用于數(shù)據(jù)的接收。
[0105]4)連接設(shè)備
[0106]設(shè)備的連接方式如圖1所示，具體的設(shè)備按照?qǐng)D3中典型監(jiān)測(cè)斷面處的儀器標(biāo)號(hào)進(jìn)行說明。連接方式如下:
[0107]對(duì)于計(jì)算機(jī)端1，連接方式為:計(jì)算機(jī)I與無線設(shè)備連接，無線設(shè)備有兩種，一種是無線上網(wǎng)設(shè)備(聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)線或無線網(wǎng)卡設(shè)備)，另外一種是無線電臺(tái)2，用于實(shí)時(shí)接收儀器采集到的信息；
[0108]對(duì)于滲流、水平位移和流速監(jiān)測(cè)設(shè)備，連接方式為:滲壓計(jì)6、測(cè)斜儀5與數(shù)據(jù)采集箱4連接，同時(shí)將太陽(yáng)能電池板、無線模塊3與數(shù)據(jù)采集箱4連接；
[0109]對(duì)于氣象、浪潮及海流流速監(jiān)測(cè)設(shè)備，其連接方式如下:氣象站12、雷達(dá)波潮儀13、電磁流速儀9與數(shù)據(jù)采集箱14連接，同時(shí)將太陽(yáng)能電池板、無線數(shù)傳電臺(tái)11與數(shù)據(jù)采集箱14連接。
[0110]5)基礎(chǔ)信息設(shè)置
[0111]—查閱工程設(shè)計(jì)資料，通過現(xiàn)場(chǎng)勘查的方式并結(jié)合施工技術(shù)人員施工經(jīng)驗(yàn)綜合確定浪高、風(fēng)速、潮位、壩基滲流坡降、壩基水平位移的臨界值；
[0112]——利用量尺對(duì)圖2中的典型監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量項(xiàng)目包含壩頂寬度、壩底寬度、壩高、充填管袋長(zhǎng)度、迎浪面坡比、壩體兩側(cè)基底高程；
[0113]—采集監(jiān)測(cè)斷面處充填泥砂和壩基部位泥砂并進(jìn)行土工試驗(yàn)，確定充填泥砂密度、壩基部位泥砂顆分；
[0114]-采集管袋袋體材料，制作成小型管袋(1cmXlOcm)并利用現(xiàn)場(chǎng)充填料充填，
待固結(jié)2h后在實(shí)驗(yàn)室中通過拉伸力學(xué)實(shí)驗(yàn)確定袋體之間的摩擦系數(shù)；
[0115]以上信息采集完成后，將其輸入到信息化施工系統(tǒng)軟件中保存，完成基礎(chǔ)信息設(shè)置。
[0116]6)開始監(jiān)測(cè)
[0117]打開監(jiān)測(cè)設(shè)備自帶上位機(jī)軟件,設(shè)定采集頻率(30min、60min和180min可選)、串口通信方式(串口屬性:9600，8，1，NONE)和數(shù)據(jù)傳輸方式(GPRS、無線數(shù)傳電臺(tái)可選)，并測(cè)試采集以檢查連通性。測(cè)試完成之后，即可進(jìn)行監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過程全自動(dòng)，工作流程如圖4所示。監(jiān)測(cè)流程如下:
[0118]計(jì)算機(jī)端I發(fā)出采集指令，通過網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)傳電臺(tái)2對(duì)數(shù)據(jù)采集箱4、12進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)采集箱4、12得到采集指令后，開始控制儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。
[0119]滲壓計(jì)5由數(shù)據(jù)采集箱4進(jìn)行控制，開始采集后向數(shù)據(jù)采集箱4反饋采集到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集箱4將采集到的滲流壓力數(shù)據(jù)暫時(shí)儲(chǔ)存起來，得到計(jì)算機(jī)端I的數(shù)據(jù)讀取指令后通過無線模塊3向計(jì)算機(jī)傳遞采集到的滲流壓力數(shù)據(jù)；測(cè)斜儀所采用的控制方法與滲壓計(jì)相同；
[0120]電磁流速儀9、氣象傳感器12和雷達(dá)傳感器13和由數(shù)據(jù)采集箱14進(jìn)行控制，開始采集后電磁流速儀9采集水流流速信息，氣象傳感器12內(nèi)部元件對(duì)氣象信息做出反饋，雷達(dá)傳感器13發(fā)射雷達(dá)波對(duì)監(jiān)測(cè)水面進(jìn)行掃略，最終得到實(shí)時(shí)的水流流速、風(fēng)速、浪高、波坦、周期、潮位等基本指標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過電纜傳遞回?cái)?shù)據(jù)采集箱14，數(shù)據(jù)采集箱14得到計(jì)算機(jī)端的讀取指令后通過無線數(shù)傳電臺(tái)11向計(jì)算機(jī)端I傳遞采集到的基本指標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0121]由滲壓計(jì)5采集到的滲流壓力數(shù)據(jù)并結(jié)合實(shí)時(shí)的潮位、壩基地質(zhì)狀況信息，通過計(jì)算機(jī)端I的滲流分析計(jì)算程序，可以得到壩基實(shí)時(shí)的滲流坡降信息。通過比對(duì)壩基各個(gè)部位的滲流坡降與臨界滲流坡降的大小，可以判別出壩基可能發(fā)生滲流破壞的位置，以便及時(shí)采取保護(hù)措施。
【權(quán)利要求】
1.一種河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)，包括系統(tǒng)設(shè)備與系統(tǒng)軟件兩個(gè)部分；系統(tǒng)設(shè)備由滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備、水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備、氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備、流速監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備及計(jì)算機(jī)控制設(shè)備共同組成；系統(tǒng)軟件包含基礎(chǔ)信息設(shè)置模塊、信息實(shí)時(shí)采集模塊、信息實(shí)時(shí)分析處理模塊、異常信息實(shí)時(shí)預(yù)警模塊與專家知識(shí)系統(tǒng)模塊；其特征在于:所述滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備和水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備埋設(shè)于監(jiān)測(cè)斷面壩基中；在管袋壩壩前近海一側(cè)建造監(jiān)測(cè)平臺(tái)，氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備集成安裝于監(jiān)測(cè)平臺(tái)上；在靠近納潮口壩頭或壩線轉(zhuǎn)角處的基床面位置安裝流速監(jiān)測(cè)設(shè)備；計(jì)算機(jī)控制設(shè)備通過無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備、水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備、氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備、流速監(jiān)測(cè)設(shè)備連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)，其特征在于:所述滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備和水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備包括滲壓計(jì)傳感器、測(cè)斜儀傳感器和數(shù)據(jù)采集箱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)，其特征在于:所述氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備包括無接觸式的氣象站傳感器、雷達(dá)波潮儀傳感器和數(shù)據(jù)采集箱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)，其特征在于:所述流速監(jiān)測(cè)設(shè)備包括電磁流速儀和流速儀安裝支架，數(shù)據(jù)采集箱與氣象、浪潮監(jiān)測(cè)設(shè)備共用一套。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)，其特征在于:所述無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備包括無線數(shù)傳電臺(tái)或無線傳輸模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河口海岸工程管袋壩信息化施工系統(tǒng)，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)控制設(shè)備安裝有管袋壩信息化施工系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。
【文檔編號(hào)】E02B1/00GK104131527SQ201410324557
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】束一鳴, 劉欣欣, 吳海民, 顧克 , 滿小磊 申請(qǐng)人:河海大學(xué)