[发明专利]用于胀缩性土环境的地下水在线监测与预警系统及方法

说明书

本发明属于地下水监测技术领域，公开了一种用于胀缩性土环境的地下水在线监测与预警系统及方法，所述用于胀缩性土环境的地下水在线监测与预警系统包括：水位监测模块、土体位移监测模块、中央控制模块、预警模块、疏排水模块、更新显示模块。本发明提供的用于胀缩性土环境的地下水在线监测与预警方法，通过水位传感器测定胀缩性土及下部含水层水位变化，同时在胀缩性土的底部界面设定位移传感器，监测土体位移变形，设定阈值警报器，一旦水位高度达到临界值，或位移开始变化到某设定临界值，就发出警报，通过自动抽取地下水，进行疏排水，解决水位上涨问题。

技术领域

本发明属于地下水监测技术领域，尤其涉及一种用于胀缩性土环境的地下水在线监测与预警系统及方法。

背景技术

胀缩性土遇到水后会膨胀变形，影响工程建筑的稳定性。尤其在如高速铁路、高速公路、南水北调等重大线性工程的胀缩性土分布区，胀缩性土的工程稳定性严重制约着工程的安全运营。现有的施工方法多从地表至地基处理所涉及的深度范围进行了土体换填或快速封闭等施工措施，防止胀缩性土受降水影响，但在某些地区胀缩性土底部含水层的地下水位，受压采和外调水源补给影响在持续上涨，一旦大量水分扩散上升至胀缩性土分布层位，会导致胀缩性土遇水膨胀，使上部的构筑物受损，严重影响重大工程的安全运营。

现有的用于大型工程的地下水监测设备多是埋在土体中的渗压计，考察内外压是否平衡，但只单纯考虑了孔隙水压力。胀缩性土具有水敏感性和急剧变形特征，由于毛细上升作用，在饱和水位上至膨胀土之前，水分会优先扩散至胀缩性土层位，同时由于含水层的渗透性能及胀缩性土毛细吸力的差异，饱和水位与胀缩性土距离相同条件下的水分迁移量不同，因此需要根据土体的粒径及渗透系数确定的最大毛细上升高度划定较为精确的临界水位值。同时为了保证安全，同时设定土体变形的临界值，及时疏排地下水。

这种水分敏感的胀缩性土环境地下水监测预警系统尚未见报道。因此，亟需一种基于水位及土体位移双控的胀缩性土环境地下水在线监测与预警系统。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于胀缩性土环境的地下水在线监测与预警系统及方法。

本发明是这样实现的，一种用于胀缩性土环境的地下水在线监测与预警系统，所述用于胀缩性土环境的地下水在线监测与预警系统包括：

水位监测模块、土体位移监测模块、中央控制模块、预警模块、疏排水模块、更新显示模块。

水位监测模块，与中央控制模块连接，用于水位传感器测定胀缩性土及下部含水层中水位变化信息；

其中水位传感器通过施工的小孔径监测井安装在水底及水面之上各一个，通过测定水压与气压差折算水位高度；可以是自主设计的传感器也可以是Diver等产品。

土体位移监测模块，与中央控制模块连接，用于通过设定的位移传感器监测土体位移变形情况；

其中土体位移传感器安装在胀缩性土体层底一个以及胀缩性土体中间一个或多个；用以监测不同部位的土体变形量；可以是自主设计的传感器也购置具有连续传输数据的位移传感器产品。当任意一个土体位移传感器监测到的变形量超过预警值即触发警报。

中央控制模块，与水位监测模块、土体位移监测模块、预警模块、疏排水模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述用于胀缩性土环境的地下水在线监测与预警系统各个模块的正常运行；

预警模块，与中央控制模块连接，用于通过设定的阈值警报器对异常水位计位移情况进行预警通知；

设定水位阈值警报器，一旦水位上升至水位临界值h，或土体位移变化临界值β，就发出警报。

其中水位临界值h的测算是：水位距胀缩性土底层的距离一旦小于胀缩性土毛细上升最大高度(乘以安全系数后的高度)，就发出警报。