CN108759769B - 一种采用五边形监测盘的水下土工膜监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用五边形监测盘的水下土工膜监测方法，包括的步骤一：在库底或渠底水域内设置至少三行监测节点，构成监测节点阵列，位于偶数行的首个和尾个监测节点的应力应变检测装置中包括五边形监测盘和与所述五边形监测盘配套的五边形盖，在各个行内的监测节点的应力应变监测装置之间连接有绳索，步骤二：各个行中的监测节点的应力应变监测装置均与本行的控制总线连接，各个行的所述控制总线均与堤坝上设置的控制箱电连接；步骤三：控制中心将最先发出信号或信号峰值大的监测节点的位置坐标初步确定为土工膜形变或破损位置的坐标。本发明的技术方案，满足多方向信号的采集，更有利于库底或渠底渗漏隐患的监测。

Description

一种采用五边形监测盘的水下土工膜监测方法

技术领域

本发明涉及一种采用五边形监测盘的水下土工膜监测方法。

背景技术

土工膜作为一种以高分子聚合物，较大的抗拉强度和延伸率承受水压和适应坝体变形， 因其不透水性广泛应用在水利工程中，以隔断水流的渗漏通道。我国早期将土工膜用于库 底或渠底的垂直铺塑防渗工程，近几年在平原水库等水利工程应用较广泛；在平原水库、面板堆石坝、河渠、围堰等工程中，采用土工膜防渗是一种有效的技术。

通常情况下，若在土工膜下敷设多个监测节点以期获得库底或渠底的状态数据，往往 需要逐个进行控制，造成控制系统复杂化，若采用网络结构，则需要采用总线结构进行数 据传输，一旦某个监测节点损坏不能正常工作，则采集数据就会出现空白，存在监测节点的孤岛，仍然不能完全保证对库底或渠底和土工膜的完好性的监测，若采用绳索将各个监 测节点链起来组成监测节点阵列是个可行的方式，但在监测节点阵列中，不同位置的监测 节点结构会有不同，有的在阵列的边缘，往往只需要与一侧的监测节点用绳索链接，有的 则在阵列的中心，则需要与前、后、左、右、四周的节点进行链接，因此，需要采用多种结构的监测节点以供选用。

目前，在城市建设和部分水利工程中，对于地质条件较差、缺乏理想不透水层的地区 采用土工膜进行防渗多成为首选方案。原因是，土工膜属于柔性材料，对水下地基变形的 适应能力很强，在未遭受外力刺穿、撕裂的情况下，其老化速度能够满足多数水利工程的经济寿命需求，特别适用于多地震地区和岩溶地区作为库底防渗方案。

在实际运用中，土工膜的完整性会面对水下地基变形等考验，水下地基变形一般有两 类情况，一类是膜下地基陷落，造成土工膜部分悬空，膜体的抗拉、抗剪强度较低，另一 类是膜下地基隆起以及气体膨胀导致土工膜局部受力、位移等。总之，水下库底土工膜一旦在地质环境、水土生物、衬垫外力和胀气等作用下受损，其“开裂部位难以确定”这一重大缺陷立即显现出来。由于渗水穿越土工膜后迅速在土体内扩散，即使预埋监测仪器也无法在小范围内确定损伤部位。这一弊端使得膜体开裂初期短暂的抢修时机丧失，使土工膜撕裂和渗透破坏急剧扩展，严重威胁到水利工程的安全。

总之，土工膜一旦产生破坏，会加剧库水渗漏，造成大量水量损失，并影响水库的正 常运营，危及工程安全。因此，必须对土工膜运行采取有效的监测技术。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：针对水下起防渗作用的土工膜意外破损后，如何能做到 迅速发现并精确定位的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种采用五边形监测盘的水下土工膜监测方法，包括的 步骤如下：

步骤一，在库底或渠底水域内设置至少三行监测节点，构成奇数行或偶数行的监测节 点阵列，其中，所述偶数行的各个监测节点分别设置在所述奇数行的各个相邻的两个监测 节点间距区域之间，各个所述监测节点中包括设有的应力应变监测装置，位于偶数行的首个和尾个监测节点的应力应变检测装置中包括五边形监测盘和与所述五边形监测盘配套的 五边形盖，在各个行内的监测节点中的应力应变监测装置之间连接有绳索，相邻行的相邻 监测节点中的应力应变监测装置之间通过绳索连接构成三角形网孔，其中，相邻奇数行中 的首个监测节点中的应力应变监测装置之间也连接绳索，相邻奇数行中的末端监测节点中的应力应变监测装置之间也通过绳索进行连接；

步骤二，监测节点阵列中的各个绳索之间保持张紧并将各个监测节点上设有的应力应 变检测装置固定安装在土工膜朝下的一面上，将土工膜连同朝下一面上的监测节点的应力 应变检测装置一起敷设在水下的库底或渠底表面上，各个行中的监测节点中的应力应变监测装置均与本行的控制总线连接，各个行的所述控制总线均与堤坝上设置的控制箱电连接；

步骤三，当任意一处土工膜发生形变，位于土工膜背面的相应位置的监测节点中的应 力应变监测装置首先感受到应力作用而发出数据信号，同时，与该应力应变监测装置相连 接的绳索受到牵扯，使周边监测节点中的应力应变监测装置也感受到土工膜的形变而发出数据信号，各个所述数据信号都会通过各自所在行的控制总线传输至控制箱中，控制箱中 的控制器将各个数据信号上传至云端服务器，控制中心的中心服务器的内部程序对发出信 号进行时间排序以及将信号与土工膜所受应力峰值的阈值下限比较，舍弃小于阈值下限的 应力峰值信号，记录大于阈值下限的应力峰值信号，阈值下限设为80～140N/125px，其中 N单位为牛顿，PX为像素；

将信号峰值最大或最先发出信号的应力应变监测装置所在监测节点的坐标作为土工膜 形变或破损位置的位置坐标；获悉该坐标信号的技术人员对相应的监测节点及其周围区域 进行排查，即可获得相对精准的土工膜形变或破损位置，为进一步应急处理提供技术支持。

另外，根据本发明实施例可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，面向所述五边形监测盘，五边形监测盘的五个边包括相互 平行的上直边和下直边，与所述上、下直边分别垂直的左直边，右侧边包括上段边和下段 边，所述上段边的一端与上直边的右端部连接，所述下段边的一端与下直边的右端部连接，所述上段边和下段边的各自的另一端相互连接在一起并且上段边和下段边的连接交点远离 所述五边形监测盘的左直边形成外凸，在所述五边形监测盘内的中部设有集线台，所述集 线台上设有接线塞，在靠近所述集线台的上侧和下侧的边缘分别各设置一对螺栓孔，两对 螺栓孔均关于集线台中心对称，所述五边形监测盘中在靠近所述集线台的右侧的边缘设有一个螺栓孔，其中，集线台的右侧的边缘的螺栓孔的径向中心正对所述上段边和下段边的 连接交点形成的顶角且位于该顶角的角平分线的延长线上，而所述集线台的上侧、下侧边 缘各设置的一对螺栓孔的径向中心，处在所述五边形监测盘上、下直边的两端所在的两对 顶角相互交叉连接的对角线上，

五个连接片的一端通过螺栓分别与螺栓孔配合而紧固在集线台上，五个连接片的另一 端分别各自独立连接有应力应变传感器，在每个应力应变传感器的远离所述连接片的另一 端设有紧固孔，压板通过螺栓与紧固孔的配合将绳索的一端压接在应力应变传感器远离所述连接片的另一端上，所述五边形监测盘的侧壁上设有防水塞，五个所述绳索通过防水塞 穿出侧壁与相邻的其他监测节点连接，五个所述应力应变传感器的信号线分别通过所述接线塞与本行内的控制总线电连接。

此外，位于奇数行中的首个所述监测节点的应力应变检测装置中包括扇形监测盘，所 述扇形监测盘和扇形盖配套，在所述扇形盖的两条直边的外侧设置有翻沿，所述翻沿上设 有安装孔，在所述扇形监测盘内与弧线边正对一侧的位置设有集线台，所述集线台上设有接线塞，在集线台靠近扇形监测盘的弧线边的一侧的台面边缘上设有三个螺栓孔，三个连 接片的一端分别通过螺栓与三个螺栓孔配合而紧固在集线台上，三个连接片的另一端分别 各自连接有应力应变传感器，在每个应力应变传感器的远离所述连接片的另一端也设有螺 栓孔，压板通过螺栓与螺栓孔的配合将绳索的一端压接在应力应变传感器远离所述连接片的另一端上，所述扇形监测盘的侧壁上设有防水塞，所述绳索通过防水塞穿出扇形监测盘 与相邻的其他监测节点连接，所述应力应变传感器的信号线分别通过所述接线塞与本行内 的控制总线电连接。

水下土工膜监测方法所采用的系统，包括在库底或渠底内的水域中设置至少三行监测 节点，构成奇数行或偶数行的监测节点阵列，其中，所述偶数行的各个监测节点分别设置 在所述奇数行的各个相邻的两个监测节点间距区域之间，各个所述监测节点中包括设有的应力应变监测装置，在各个行内的监测节点中的应力应变监测装置之间连接有绳索，相邻 行的相邻监测节点中的应力应变监测装置之间通过绳索连接构成三角形网孔，其中，相邻 奇数行中的首个监测节点中的应力应变监测装置之间也连接绳索，相邻奇数行中的末端监 测节点中的应力应变监测装置之间也通过绳索进行连接；所述应力应变监测装置中包括应力应变传感器；

监测节点阵列中的各个绳索之间保持张紧并将监测节点固定安装在土工膜朝下的一面 上，土工膜连同朝下一面上的监测节点一起敷设在水下的库底或渠底表面上，各个行中的 监测节点的应力应变监测装置均与本行的控制总线连接，各个行的所述控制总线均与堤坝上设置的控制箱电连接；所述控制箱与云端服务器通讯，所述云端服务器通过网关与控制 中心的中心服务器通信，所述云端服务器还与移动终端通信。

所述控制箱中包括设有的控制器，还包括与控制器连接的无线发射模块，无线发射模 块通过无线路由器与云端服务器通讯。所述控制器为PLC控制器，所述绳索为不锈钢丝绳。

本技术方案的工作原理是，在采用敷设土工膜对水下工程进行防渗处理的具体应用中， 针对土工膜的膜体在地基变化以及外力等作用下容易受损，严重时将导致库底或渠底渗漏 等事故发生的实际情况，采取在土工膜朝下的一面上安装多个监测节点，并将相邻监测节点之间通过绳索连接起来构成网孔网络结构，当水下的土工膜受力发生形变乃至破损的初 期，最近的监测节点的应力应变监测装置受到途经形变区域相应绳索的牵引而产生警示信 号，同时与该应力应变监测装置相连接的其他绳索也受到牵扯，使周边的应力应变监测装 置也会或多或少的感受到土工膜的形变信号，各个信号通过控制总线先后上传至云端服务器，再经云端服务器与控制中心的服务器通信，控制中心的服务器通过内部程序对获得信 号，按照时间先后，峰值大小进行判断，将最先发出警示信号或峰值较大的监测节点的位 置坐标初步确定为土工膜破损位置的坐标，相关决策部门人员对该监测节点及其周围区域 进行排查，即可获得相对精准的土工膜破损位置，为及时处理争取了时间，满足相关部门人员的需要；这里，设立的绳索在参与构建监测节点阵列网孔并起到应力信号联动作用的 同时还起到加强筋的作用，可以增强水下土工膜抗拉能力，变相提高土工膜抵御外力避免 破损的能力，从而实现最好的应力监测方式：就是使土工膜永远不受或少受应力作用的良 好效果。不利的情况是当水下的土工膜受应力发生形变乃至破损的初期，由于绳索导致有可能获取的应力数据信号值较小，这可以通过在后期的控制中心服务器的程序中，降低监 测信号阈值下限的方式，弥补因绳索导致监测灵敏度降低的问题，通常情况下，土工膜的 应力抗拉强度为≥250N/125px，这里采取阈值下限设为80～140N/125px，人为降低阈值， 在不增加现有设备的情况下，提高接收土工膜所受应力信号的灵敏度。从而保障对土工膜 受应力发生形变乃至破损的初期就可以及时响应。

当水下土工膜下的某处地基隆起或有气体积聚时，在重重水压以及其他外力的作用下， 土工膜同样会变形甚至破裂，距离该位置的最近的应力应变检测装置感受到形变信号，同 时与该应力应变检测装置相连接的绳索也受到牵扯，使周边的应力应变检测装置也会或多或少的感受到土工膜的形变信号，这些信号都会通过各自所在行的控制总线与控制箱中的 控制器连接，控制器上传至云端服务器，直至控制中心的服务器，中心服务器的内部程序 进行判断和比较，解算出最先到达以及峰值最大的土工膜形变信号作为故障点坐标值，相 关决策部门人员对该监测节点及其周围区域进行排查，即可获得相对精准的土工膜破损位置，为及时处理争取了时间，满足相关部门人员的需要。

相关决策人员也可以通过移动终端直接访问云端服务器，实时掌握水下土工膜的变形 状态信息，做到在第一时间即可进行预判，获得膜体开裂初期宝贵的抢修时机，努力将风 险降到最小，防止事故的扩大，

本发明的工作原理成熟、可靠，在不需要增加太多投入的前提下，实现对水下土工膜 形变或破损位置的定位，相比现有漫无目标的判断方式，本技术方案，对渗漏点的判定位 置更为精准，位于偶数行的首个和尾个监测节点的应力应变检测装置中包括五边形监测盘和与所述五边形监测盘配套的五边形盖，满足多方向信号的采集，更有利于库底或渠底渗 漏隐患的监测，并且大大减少人力物力的投入，具有较大的经济效益和应用前景。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显 和容易理解，

图1是一种采用五边形监测盘的水下土工膜监测方法的流程示意图；

图2是监测节点阵列中位于奇数行中的首个所述监测节点的扇形监测盘结构示意图；

图3是图2的扇形监测盘侧视示意图；

图4是监测节点阵列中位于首行或位于未行内部的中段监测节点的方形监测盘结构示 意图；

图5是图4的方形监测盘结构侧视示意图；

图6是监测节点阵列中位于偶数行的首个和尾个监测节点的五边形监测盘示意图；

图7是图6的五边形监测盘侧视示意图；

图8是监测节点阵列中除首行和未行以外，且在行内除首个和尾个监测节点的中间监 测节点的正六边形监测盘示意图；

图9是图8的正六边形监测盘侧视示意图；

图10是图8带地锚的正六边形监测盘侧视示意图；

图11是一种水下土工膜应力应变监测系统的示意图；

图12是接线塞局部放大结构示意图；

图13是绳索限位装置示意图；

图14是图13中的棘轮与绳索配合示意图；

其中:1.水库底或渠底，2.监测节点，3.绳索，4.控制总线，5.无线路由器，6.云端服务器，7.移动终端，8.中心服务器，9.网关，10.控制箱，11.土工膜，12.扇形监测盘， 13.翻沿，14.应力应变传感器，15.防水塞，16.螺栓，17.压板，18.连接片，19.集线台， 20.接线塞，21.扇形盖，22.方形监测盘，23.方形盖，24.五边形监测盘，25.五边形盖,26. 信号线，27.气囊，28.凸起柱,29.联通管，30.上安装座，31.棘轮，32.下安装座，33.径 向缺口，34.锥形体，35.横扭杆，36.棘轮主轴，37.下凹槽，38.上凹槽管，39.侧壁镂空 孔.40.正六边形监测盘，41.正六边形盖，42.固定锚。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下面结合附图进一步说明；

本监测方法及系统可被应用在水库底或渠底1，在对水库的库底或渠道的渠底中敷设 的土工膜11的应力监测中，图1至图14中提供了一种采用五边形监测盘的水下土工膜监 测方法，包括的步骤如下：

步骤一包括，在库底或渠底水域内设置至少三行监测节点2，构成奇数行或偶数行的 监测节点阵列，其中，所述偶数行的各个监测节点2分别设置在所述奇数行的各个相邻的 两个监测节点2间距区域之间，各个所述监测节点2中包括设有的应力应变检测装置，位于偶数行的首个和尾个监测节点的应力应变检测装置中包括五边形监测盘和与所述五边形 监测盘配套的五边形盖，在各个行内的监测节点2中的应力应变检测装置之间连接有绳索 3，相邻行的相邻监测节点2中的应力应变检测装置之间通过绳索3连接构成三角形网孔， 其中，相邻奇数行中的首个监测节点2中的应力应变检测装置之间也连接绳索3，相邻奇 数行中的末端监测节点2的应力应变检测装置之间也通过绳索3进行连接；

步骤二包括，监测节点阵列中的各个绳索3之间保持张紧并将各个监测节点2上设有 的应力应变检测装置固定安装在土工膜11朝下的一面上，将土工膜11连同安装在朝下一 面的监测节点2的应力应变检测装置一起敷设在水库底或渠底表面上，各个行中监测节点 2的应力应变检测装置均与本行的控制总线4连接，各个行的所述控制总线4均与堤坝上设置的控制箱10电连接；

步骤三包括，当任意一处土工膜11发生形变，位于土工膜11背面的相应位置的监测 节点2中的应力应变检测装置受到应力作用而发出数据信号，同时，与该应力应变检测装 置相连接的绳索3也受到牵扯，使周边的应力应变检测装置也会感受到土工膜11的形变而发出数据信号，各个所述数据信号都会通过各自所在行的控制总线4传输至控制箱10中，控制箱10中的控制器将各个数据信号上传至云端服务器6，控制中心的中心服务器8的内部程序进行判断和比较，对数据信号发出时间排序以及将数据信号与土工膜所受应力峰值的阈值下限比较，舍弃小于阈值下限的应力峰值信号，记录大于阈值下限的应力峰值信号，阈值下限可设为80或100或140N/125px，N为牛顿，PX为土工膜的像素；将最先发出数 据信号或者数据信号峰值最大的监测节点2的位置坐标初步确定为土工膜11形变或破损的 位置坐标，获悉该坐标信号的技术人员对相应的监测节点2及其周围区域进行排查，即可 获得相对精准的土工膜11形变或破损位置，为进一步应急处理提供技术支持。

图11中的C处所示,在监测节点阵列中，如图6、7中所示，位于偶数行的首个和尾个监测节点的应力应变检测装置中包括五边形监测盘24和与所述五边形监测盘24配套的五边形盖25，面向所述五边形监测盘24，在水平方向，两条相互平行的上端边和下端边分别位于所述五边形盖25的上侧和下侧，且上端边和下端边的外侧各自设置有翻沿13，在所 述翻沿13上设有安装孔，五边形监测盘24的五个边包括相互平行的上直边和下直边，与 所述上、下直边分别垂直的左直边，右侧边包括上段边和下段边，所述上段边的一端与上 直边的右端部连接，所述下段边的一端与下直边的右端部连接，所述上段边和下段边的各 自的另一端相互连接在一起并且上段边和下段边的连接交点远离五边形监测盘24的左直 边形成外凸，上段边和下段边之间存在大于零而小于180度的夹角，在所述五边形监测盘 24内的中部设有集线台19，所述集线台19上设有接线塞20，在靠近所述集线台19的上 侧和下侧的边缘分别各设置一对螺栓孔，两对螺栓孔均关于集线台19对称，所述五边形监 测盘中在靠近所述集线台的右侧的边缘设有一个螺栓孔，为满足偶数行的首个和末个监测 节点的五边形监测盘的方向需要，可以将五边形监测盘通过翻转180度使用即可；其中， 集线台的右侧的边缘的螺栓孔的径向中心正对所述上段边和下段边的连接交点形成的顶角 且位于该顶角的角平分线的延长线上，而所述集线台19的上侧、下侧边缘各设置的一对螺 栓孔的径向中心，处在所述五边形监测盘24上、下直边的两端所在的两对顶角的相互交叉连接的对角线上。螺栓孔的径向中心处于交叉的对角线上，这样方便连接在应力应变传感 器14上的绳索无需折弯即可顺着顶角处穿出。有利于提高传感器对应力感知的灵敏性。五 边形盖包括在水平方向，两条相互平行的上端边和下端边分别位于所述五边形盖的上侧和 下侧，且上端边和下端边的外侧各自设置有翻沿，在所述翻沿上设有安装孔。

五个连接片18的一端通过螺栓16分别与螺栓孔配合而紧固在集线台19上，五个连接 片18的另一端分别各自独立连接有应力应变传感器14，在每个应力应变传感器14的远离 所述连接片18的另一端设有紧固孔，压板17通过螺栓16与紧固孔的配合将绳索的一端压 接在应力应变传感器14远离所述连接片18的另一端上，所述五边形监测盘24的侧壁上设 有防水塞15，五个所述绳索通过防水塞15穿出侧壁与相邻的其他监测节点连接，五个所述应力应变传感器14的信号线26分别通过所述接线塞20与本行内的控制总线4电连接。

另外，图11中的B处所示,在监测节点阵列中，如图4、5中所示，所述方形监测盘 22上配套有方形盖23，所述方形盖23的左、右两边之间的上、下两条直边的外侧设置有 翻沿13，所述翻沿13上设有安装孔，面向所述方形监测盘22，包括在所述方形监测盘22 内关于左、右两边对称的对称中心轴线上且靠近偏上侧的所述直边位置设有集线台19，所 述集线台19上设有接线塞20，在所述集线台19上设有以所述方形监测盘22内的左、右 两边的对称中心轴线为对称轴的两对螺栓孔，两对连接片18的一端通过螺栓16分别与该 两对螺栓孔配合且紧固在集线台19上，两对连接片18的另一端分别各自独立连接两对应 力应变传感器14，其中的一对应力应变传感器14的轴向轴线的连线共线，且与所述方形 监测盘22的左、右两边之间的上、下两条直边相平行，另外一对应力应变传感器14的轴 向轴线关于所述方形监测盘22内的左、右两边的对称中心轴线对称呈八字型，在每个应力 应变传感器14的远离所述连接片18的另一端也设有螺栓孔，压板17通过螺栓16与该螺 栓孔的配合将绳索3的一端压接在应力应变传感器14远离所述连接片18的另一端上，所 述方形监测盘22的侧壁上设有防水塞15，所述绳索3通过防水塞15穿出方形监测盘22 与相邻的其他监测节点2的应力应变检测装置连接，所述应力应变传感器14的信号线26 分别通过所述接线塞20与本行内的控制总线4电连接。

图11中的A处所示,位于奇数行中的首个所述监测节点2的应力应变检测装置中包括 扇形监测盘12，如图2、3中所示，所述扇形监测盘12和扇形盖21配套，在所述扇形盖 21的两条直边的外侧设置有翻沿13，所述翻沿13上设有安装孔，这样可以利用翻沿13上 的安装孔，通过缝制或铆接等方式将扇形监测盘12连接在土工膜11上的朝下一面上，即 土工膜11的背面。在所述扇形监测盘12内与弧线边正对一侧的位置设有集线台19，所述 集线台19上设有接线塞20，在集线台19靠近扇形监测盘12的弧线边的一侧的台面边缘 上设有三个螺栓孔，三个连接片18的一端分别通过螺栓16与三个螺栓孔配合而紧固在集 线台19上，三个连接片18的另一端分别各自连接有应力应变传感器14，在每个应力应变 传感器14的远离所述连接片18的另一端也设有螺栓孔，压板17通过螺栓16与螺栓孔的 配合将绳索3的一端压接在应力应变传感器14远离所述连接片18的另一端上，所述扇形 监测盘12的侧壁上设有防水塞15，所述绳索3通过防水塞15穿出扇形监测盘12与相邻 的其他监测节点2中的应力应变检测装置连接，所述应力应变传感器14的信号线26分别 通过所述接线塞20与本行内的控制总线4电连接。

图11中，展示了一种水下土工膜监测系统，包括在水库底或渠底1内的水域中设置至 少三行监测节点2，构成奇数行或偶数行的监测节点阵列，其中，所述偶数行的各个监测节点2分别设置在所述奇数行的各个相邻的两个监测节点2间距区域之间，各个所述监测节点2中包括设有的应力应变检测装置，在各个行内的监测节点2中的应力应变检测装置 之间连接有绳索3，相邻行的相邻监测节点2中的应力应变检测装置之间通过绳索3连接 构成三角形网孔，其中，相邻奇数行中的首个监测节点2中的应力应变检测装置之间也连接绳索3，相邻奇数行中的末端监测节点2的应力应变检测装置之间也通过绳索3进行连 接；

监测节点阵列中的各个绳索3之间保持张紧并将监测节点2固定安装在土工膜11朝下 的一面上，土工膜11连同朝下一面上的监测节点2一起敷设在水下的水库底或渠底1表面 上，各个行中的监测节点2的应力应变检测装置均与本行的控制总线4连接，各个行的所 述控制总线4均与堤坝上设置的控制箱10电连接；所述控制箱10与云端服务器6通讯，所述云端服务器6通过网关9与控制中心的中心服务器8通信，所述云端服务器6还与移 动终端7通信。

所述控制箱10中包括设有的控制器，还包括与控制器连接的无线发射模块，无线发射 模块通过无线路由器5与云端服务器6通讯。

所述控制器为PLC控制器，所述绳索3为不锈钢丝绳。

PLC控制器安装在控制箱10中，与电源、启动开关、指示灯等相应外围电气配件电连 接均属于本领域技术人员常规技术，因此不再赘述。

最后，图11中的D处所示,在监测节点阵列中，如图8、9中所示，除首行和未行以外，且在行内除首个和尾个监测节点的中间监测节点包括正六边形监测盘40和与所述正六边形监测盘40配套的正六边形盖41，面向所述正六边形监测盘40，在水平方向，两条相互 平行的直边分别位于所述正六边形盖41的上侧和下侧，且两条所述直边的外侧各自设置有翻沿13，在所述翻沿13上设有安装孔，所述正六边形监测盘40的六个顶角为三对关于盘 内的对称中心对称的对称顶角，在所述正六边形监测盘40内的对称中心处设有集线台19， 所述集线台19上设有接线塞20，在靠近所述集线台19的上侧和下侧以及左侧和右侧的边 缘设置六个螺栓孔，六个螺栓孔构成关于盘内的对称中心对称的三对，每对螺栓孔的径向 中心分别对应位于正六边形监测盘40的三对对称顶角之间的对角线在集线台19上的投影上，

六个连接片18的一端分别通过螺栓16与螺栓孔配合而紧固在集线台19上，六个连接 片18的另一端分别各自独立连接有应力应变传感器14，在每个应力应变传感器14的远离 所述连接片18的另一端设有紧固孔，压板17通过螺栓16与紧固孔的配合将绳索的一端压 接在应力应变传感器14远离所述连接片18的另一端上，所述正六边形监测盘40的侧壁上 设有防水塞15，六个所述绳索通过防水塞15穿出侧壁与相邻的其他监测节点连接，六个所述应力应变传感器14的信号线26分别通过所述接线塞20与本行内的控制总线4电连接。

如图10中所示，正六边形监测盘还可以设有固定锚42，因为正六边形监测盘往往设 置在整个土工膜11的中部区域，相比土工膜11的边缘区域，位移量小，因此可以利用固定锚42相对保持定位，固定锚42可以抓在水底的泥中，使各个正六边形监测盘相对固定 在水底，也就相当于人为建立多个原点坐标，当土工膜11有破损或形变时，绳索对节点内 的应力应变传感器14实施力道，中心服务器8根据传输来的数据信号，直接获得这些固定 的正六边形监测盘原点的相对坐标并作为参照点，相比遍历整个水底区域的找寻破损或形变位置，相当于将水底区域化整为零，可以用较少的程序运行更为迅速的获得土工膜11的破损或形变位置。

图12中，提供一种接线塞20，所述接线塞20分别设置在扇形监测盘12、方形监测盘22、五边形监测盘24、正六边形监测盘40的盘体中的集线台19位置，所述接线塞20包 括由盘体内穿出的中空管以及与中空管露出盘体一端连接的法兰盘，在所述中空管内壁上 安装多个凸起柱28，所述凸起柱28位于中空管的径向方向上，多个所述凸起柱28沿所述 中空管的轴向方向排布，在所述中空管露出盘体外部的管口位置以及管内凸起柱28之间设 有若干气囊27，所述气囊27之间通过联通管29联通，信号线26穿过所述气囊27和凸起柱28的间隙伸到盘体外，以方形监测盘22为例，当方形监测盘22连同土工膜11安装在 水下后，在水压力的作用下，位于盘体外部的管口处的气囊27被压缩，由于气囊27之间 通过联通管29相互联通，管口外的气囊27被压缩后，位于接线塞20的中空管内的气囊 27膨胀，进一步包裹在经接线塞20通过的信号线26的周圈，在气囊27的包围下，信号 线26途径管径内交错设置的凸起柱28而变得更加逶迤曲折，这样，气囊27和凸起柱28 配合增加了管内的曲折程度，一方面保障监测盘内防水密封效果，另一方面，由于凸起柱 28为质柔的橡胶材质，当方形监测盘22中的应力应变传感器14受到应力作用，发生微弱位移时，信号线26可以在中空管内自由伸缩，避免信号线26与内部的应力应变传感器14 的接线端因受力过大而断掉，致使无法传送应力信号的情况发生，这样大大提高了监测盘 工作的可靠性。

图13、14中，提供一种绳索限位装置，为保障监测阵列中的绳索在应力作用下，有效 位移，不因附着物的羁绊发生偏离，可以在绳索途经的水库底或渠底的地面设置绳索限位 装置，绳索限位装置包括上安装座30，所述上安装座30的左、右两个侧边设置翻沿13，所述翻沿13上设有安装孔，在所述上安装座30的下底面设有上凹槽管38，所述上凹槽管 38通过并平行所述上安装座30的左、右对称中心轴线，所述上凹槽管38为下方开口的凹 槽管，在上凹槽管38的中段一侧上设有侧壁镂空孔39，所述上安装座30与位于正下方的 下安装座32配合连接，所述下安装座32上与所述上凹槽管38对应位置设有下凹槽37， 在所述下凹槽37对应上凹槽管38的侧壁镂空孔39位置设有棘轮31，所述棘轮31通过棘 轮主轴36与下安装座32正下方的锥形体34配合，所述锥形体34包括上部平面和下部的锥形钻，锥形钻的侧壁上设有螺旋纹，起到使用中钻头作用，省时省力，在所述上部平面 的径向中心位置设有沿下部的锥形钻的轴向轴线方向的沉孔，位于所述锥形钻上且靠近上 部平面的两个相对侧壁上设有径向缺口33，所述径向缺口33和所述沉孔之间联通，所述棘轮主轴36与所述沉孔配合，所述棘轮主轴36的下端与下方的横扭杆35的中部连接，所 述横扭杆35的两个端部位于所述径向缺口33内，当把绳索扣合在上安装座30和下安装座 32的下凹槽37和上凹槽管38中，并将锥形体34植入水库底或渠底的泥内，当绳索在受 到应力作用发生位移时，会触动棘轮31转动，棘轮31是单向轮，只会朝一个方向转动， 在棘轮31的带动下，棘轮主轴36带动径向缺口33内的横扭杆35转动并将力矩作用在锥 形体34上，导致锥形体34下部的锥形钻往泥内钻，因应力作用在绳索上的位移有限，因此锥形钻也不会发生太大的进给，仅使绳索组成的节点阵列连同其上敷设的土工膜11紧密 贴合在水库底或渠底上，避免土工膜11自身位移；即便土工膜11下方有气体时，在绳索 以及锥形体34作用下，土工膜11仍然会贴敷在水库底或渠底上，相当于将气体均摊在土 工膜11的下方较大区域内，避免土工膜11局部鼓包，也就延缓或避免了气体积聚在土工 膜11较小的一点上，导致局部受力而破损，在绳索和绳索限位装置的作用下，土工膜11具备较强的抗拉效果和较牢靠的“抓地”效果，从两个方面减少水下土工膜11的意外破损。 此外，棘轮主轴36与下安装座32之间还可以设置扭矩传感器，与应力应变传感器处理类 似，将扭矩传感器的信号线同样通过相应的数据总线接至控制箱内以及信号上传网络送至 中心服务器8，成为对水下土工膜应力监测的补充，从而建立起应力监测新的途径。

这里，当绳索受另一个方向的相反的应力拉动时，绳索反方向运动，单向运动的棘轮 31将不参与运动，从而保障了锥形钻只向水库底或渠底的底部钻洞，避免整个绳索限位装 置从水库底或渠底的泥里被旋出来；

通过绳索限位装置可以保障绳索的不打绞的状态，同时凹槽结构还能清除附着在绳索 上的泥或其他附着物，使土工膜连同绳索可以满足水库底或渠底或者部分有起伏的水底工 况的敷设。此外，虽然各个绳索对各个盘体已经有束缚，盘体本身不会有较大的位移，但若将绳索限位装置连接在扇形盘12或方形监测盘22或五边形监测盘24或正六边形监测盘 40的盘体的下方并扎入泥中，在不影响应力监测的情况下实现对盘体位移幅度的限制，进 一步减少或避免应力应变中盘体对土工膜本体的牵拽幅度，这样，整个系统将获得更为可 靠的运行保障。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描 述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明 书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种采用五边形监测盘的水下土工膜监测方法，其特征在于，包括的步骤如下：

步骤一，在库底或渠底水域内设置至少三行监测节点，构成奇数行或偶数行的监测节点阵列，其中，所述偶数行的各个监测节点分别设置在所述奇数行的各个相邻的两个监测节点间距区域之间，各个所述监测节点中包括设有的应力应变监测装置，位于偶数行的首个和尾个监测节点的应力应变检测装置中包括五边形监测盘和与所述五边形监测盘配套的五边形盖，在各个行内的监测节点中的应力应变监测装置之间连接有绳索，相邻行的相邻监测节点中的应力应变监测装置之间通过绳索连接构成三角形网孔，其中，相邻奇数行中的首个监测节点中的应力应变监测装置之间也连接绳索，相邻奇数行中的末端监测节点中的应力应变监测装置之间也通过绳索进行连接；

面向所述五边形监测盘，五边形监测盘的五个边包括相互平行的上直边和下直边，与所述上、下直边分别垂直的左直边，右侧边包括上段边和下段边，所述上段边的一端与上直边的右端部连接，所述下段边的一端与下直边的右端部连接，所述上段边和下段边的各自的另一端相互连接在一起并且上段边和下段边的连接交点远离所述五边形监测盘的左直边形成外凸，在所述五边形监测盘内的中部设有集线台，所述集线台上设有接线塞，在靠近所述集线台的上侧和下侧的边缘分别各设置一对螺栓孔，两对螺栓孔均关于集线台中心对称，所述五边形监测盘中在靠近所述集线台的右侧的边缘设有一个螺栓孔，其中，集线台的右侧的边缘的螺栓孔的径向中心正对所述上段边和下段边的连接交点形成的顶角且位于该顶角的角平分线的延长线上，而所述集线台的上侧、下侧边缘各设置的一对螺栓孔的径向中心，处在所述五边形监测盘上、下直边的两端所在的两对顶角相互交叉连接的对角线上，五个连接片的一端通过螺栓分别与螺栓孔配合而紧固在集线台上，五个连接片的另一端分别各自独立连接有应力应变传感器，在每个应力应变传感器的远离所述连接片的另一端设有紧固孔，压板通过螺栓与紧固孔的配合将绳索的一端压接在应力应变传感器远离所述连接片的另一端上，所述五边形监测盘的侧壁上设有防水塞，五个所述绳索通过防水塞穿出侧壁与相邻的其他监测节点连接，五个所述应力应变传感器的信号线分别通过所述接线塞与本行内的控制总线电连接；

所述接线塞设置在五边形监测盘的盘体中的集线台位置；所述接线塞包括由盘体内穿出的中空管以及与中空管露出盘体一端连接的法兰盘，在所述中空管内壁上安装多个凸起柱，所述凸起柱位于中空管的径向方向上，多个所述凸起柱沿所述中空管的轴向方向排布，在所述中空管露出盘体外部的管口位置以及管内凸起柱之间设有若干气囊，所述气囊之间通过联通管联通，信号线穿过所述气囊和凸起柱的间隙伸到盘体外；

在绳索途经的水库底或渠底的地面设置绳索限位装置，绳索限位装置包括上安装座，所述上安装座的左、右两个侧边设置翻沿，所述翻沿上设有安装孔，在所述上安装座的下底面设有上凹槽管，所述上凹槽管通过并平行所述上安装座的左、右对称中心轴线，所述上凹槽管为下方开口的凹槽管，在上凹槽管的中段一侧上设有侧壁镂空孔，所述上安装座与位于正下方的下安装座配合连接，所述下安装座上与所述上凹槽管对应位置设有下凹槽，在所述下凹槽对应上凹槽管的侧壁镂空孔位置设有棘轮，所述棘轮通过棘轮主轴与下安装座正下方的锥形体配合，所述锥形体包括上部平面和下部的锥形钻，锥形钻的侧壁上设有螺旋纹，在所述上部平面的径向中心位置设有沿下部的锥形钻的轴向轴线方向的沉孔，位于所述锥形钻上且靠近上部平面的两个相对侧壁上设有径向缺口，所述径向缺口和所述沉孔之间联通，所述棘轮主轴与所述沉孔配合，所述棘轮主轴的下端与下方的横扭杆的中部连接，所述横扭杆的两个端部位于所述径向缺口内；

步骤二，监测节点阵列中的各个绳索之间保持张紧并将各个监测节点上设有的应力应变检测装置固定安装在土工膜朝下的一面上，将土工膜连同朝下一面上的监测节点的应力应变检测装置一起敷设在水下的库底或渠底表面上，各个行中的监测节点中的应力应变监测装置均与本行的控制总线连接，各个行的所述控制总线均与堤坝上设置的控制箱电连接；

步骤三，当任意一处土工膜发生形变，位于土工膜背面的相应位置的监测节点中的应力应变监测装置首先感受到应力作用而发出数据信号，同时，与该应力应变监测装置相连接的绳索受到牵扯，使周边监测节点中的应力应变监测装置也感受到土工膜的形变而发出数据信号，各个所述数据信号都会通过各自所在行的控制总线传输至控制箱中，控制箱中的控制器将各个数据信号上传至云端服务器，控制中心的中心服务器的内部程序对发出信号进行时间排序以及将信号与土工膜所受应力峰值的阈值下限比较，舍弃小于阈值下限的应力峰值信号，记录大于阈值下限的应力峰值信号，阈值下限设为80～140N/125px，其中N单位为牛顿，px为像素；将信号峰值最大或最先发出信号的应力应变监测装置所在监测节点的坐标作为土工膜形变或破损位置的位置坐标；获悉该坐标信号的技术人员对相应的监测节点及其周围区域进行排查，即可获得相对精准的土工膜形变或破损位置，为进一步应急处理提供技术支持。

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