Результат интеллектуальной деятельности: Способ контроля глиноцементобетонной диафрагмы в грунтовой плотине

Изобретение относится к способам контроля целостности противофильтрационных элементов гидротехнических сооружений с помощью волоконно-оптической контрольно-измерительной аппаратуры и предназначено для определения повреждений в глиноцементобетонных диафрагмах грунтовых плотин.

Известен способ косвенного определения целостности противофильтрационных элементов, например ядер, диафрагм, экранов, путем контроля фильтрационного потока и положения кривой депрессии в теле грунтовых плотин с помощью пьезометров, струнных датчиков порового давления и расходов воды в дренажах грунтовых плотин (П 71-2000. ВНИИГ. Рекомендации по диагностическому контролю фильтрационного режима грунтовых плотин, п. 3.1-3.3, СПб, 2000 г.).

Недостатками аналога является невозможность прямой оценки состояния противофильтрационного элемента, сплошного контроля фильтрационного потока, поэтому контроль осуществляют только локально/дискретно с помощью сети пьезометров или струнных датчиков порового давления.

Кроме этого, к недостаткам, например, способа контроля с помощью струнных датчиков порового давления относятся: низкая амплитуда выходного сигнала струнных датчиков и паразитные параметры кабелей связи (емкость и индуктивность) между считывающими устройствами и датчиками, что ограничивает передачу информации на большие расстояния; с течением времени амплитуда выходного сигнала постоянно снижается, что в итоге приводит к невозможности считывания показаний; существенная зависимость выходных показаний от температуры вынуждает устанавливать вблизи каждого датчика дополнительный температурный датчик для компенсации показаний; при постоянной неизменяющейся нагрузке на датчик могут наблюдаться изменения частоты выходного сигнала, что вносит в результат измерений погрешность; частота выходного сигнала зависит от геометрических размеров струны, которые могут изменяться после воздействия механической силы при возврате в изначальное состояние.

Известен способ применения оптоволоконных технологий для контроля фильтрации на гидротехнических сооружениях путем прокладки волоконно-оптического датчика температуры непрерывно по всей поверхности диафрагмы со стороны нижнего бьефа, с помощью которого ведут контроль за распределением температур по всему продольному сечению плотины, определяют повреждения в диафрагме по принципу естественной конвекции, заключающейся в выносе тепла потоком воды при контакте с волоконно-оптическим датчиком, происходящим при возникновении повреждения в диафрагме, далее регистрируют изменение температурного поля специальным считывающим устройством, например волоконно-оптическим трансивером, который определяет место и величину протечки (А.С. Кузнецов, Е.В. Герасимова, В.В. Дубок, А.Л. Макушин. Применение оптоволоконных технологий для контроля фильтрации на гидротехнических сооружениях. // СПб, Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 2014. Т. 272. С. 79).

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является невозможность расположить волоконно-оптический датчик на поверхности или в достаточной близи глиноцементобетонных диафрагм со стороны нижнего бьефа без повреждения датчика, поскольку глиноцементобетонная диафрагма создается после возведения всей плотины вертикальным буровым способом.

Необходимость расположения волоконно-оптического датчика на поверхности или в непосредственной близи к глиноцементобетонной диафрагме возникает из-за характера фильтрации через повреждение в ней. Фильтрация в хорошо проницаемых грунтах тела плотины имеет вид стекающей по низовой грани глиноцементобетонной диафрагмы струи.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, состоит в определении мест повреждений в глиноцементобетонной диафрагме с точностью до 1 м, количественной оценке объема фильтрации воды через повреждения, снижении сроков и затрат на их обнаружение и устранение.

Для достижения указанного технического результата в способе контроля глиноцементобетонной диафрагмы в грунтовой плотине, включающем прокладку волоконно-оптического датчика температуры вдоль всей площади глиноцементобетонной диафрагмы со стороны нижнего бьефа и его подключение к считывающему волоконно-оптическому трансиверу, определяющему место повреждения и величину протечек через глиноцементобетонную диафрагму в процессе возведения грунтовой плотины по ее высоте, в зоне последующего создания глиноцементобетонной диафрагмы отсыпают водонепроницаемые полки из суглинка с уклоном i в сторону нижнего бьефа и шагом 1,0-3,0 м для направления потока воды в сторону места расположения волоконно-оптического датчика температуры, прокладываемого по краям водонепроницаемых полок.

Кроме этого, заявленное решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай:

- ширину водонепроницаемой полки принимают равной не менее 2,5-3 раз от ширины глиноцементобетонной диафрагмы для предотвращения возможности повреждения волоконно-оптического датчика температуры при последующем производстве буровых работ по созданию глиноцементобетонной диафрагмы.

Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного выше прототипа являются отсыпка водонепроницаемых полок из суглинка в зоне последующего создания глиноцементобетонной диафрагмы по высоте грунтовой плотины с уклоном i в сторону нижнего бьефа и шагом 1,0-2,0 м, прокладка по краям водонепроницаемых полок волоконно-оптического датчика.

Благодаря наличию этих признаков появляется возможность контролировать такие протечки, как фильтрационный поток, проходящий через повреждения в глиноцементобетонной диафрагме, с помощью волоконно-оптического датчика температуры путем направления потока воды в сторону места расположения датчика. Распределение водонепроницаемых полок по высоте грунтовой плотины выполняет роль вертикального зонирования глиноцементобетонной диафрагмы и позволяет в последующем определять глубину производства работ по ремонту и устранению повреждений в ней.

Заявляемый способ контроля глиноцементобетонной диафрагмы в грунтовой плотине имеет ограничения, связанные, с одной стороны, с отсутствием нормативной базы, регламентирующей необходимость применения способов контроля с помощью волоконно-оптической контрольно-измерительной аппаратуры на гидротехнических сооружениях, а с другой стороны, механическими характеристиками волоконно-оптического датчика - хрупкостью оптического волокна, в связи с чем возникают особые требования к защите датчика температуры и производству работ, например, при укладке датчика недопустимо превышение критического радиуса изгиба.

Предлагаемый способ контроля глиноцементобетонной диафрагмы в грунтовой плотине иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 показан поперечный профиль грунтовой плотины.

На фиг. 2 - продольный профиль грунтовой плотины.

На фиг. 3 - температурная диаграмма развития повреждения в глиноцементобетонной диафрагме грунтовой плотины.

На чертежах показаны водонепроницаемые полки 1 из суглинка, грунтовая плотина 2, глиноцементобетонная диафрагма 3 с уклоном i водонепроницаемых полок 1 в сторону нижнего бьефа 4, непрерывно уложенный волоконно-оптический датчик температуры 5, считывающий волоконно-оптический трансивер 6.

Способ осуществляется следующим образом.

Для определения координаты места повреждения и ее контроля в глиноцементобетонной диафрагме 3 грунтовой плотины 2 используют принцип измерения температуры волоконно-оптического датчика температуры 5 с помощью эффекта комбинационного рассеяния Рамана. При появлении повреждения в глиноцементобетонной диафрагме 3 возникает протечка, которая стекает по ее стенке со стороны нижнего бьефа 4 до уровня расположения ближайшей водонепроницаемой полки 1, выполненной с шагом 1,0-3,0 м по высоте плотины и уклоном i в сторону нижнего бьефа для направления потока воды в сторону места расположения волоконно-оптического датчика температуры 5, уложенного непрерывно по краям водонепроницаемых полок 1. Протекание воды через участок волоконно-оптического датчика 5 приводит к снижению его температуры за счет выноса тепла потоком воды. Считывающий волоконно-оптический трансивер 6 посылает оптический импульс по волоконно-оптическому датчику 5, и в силу изменения температуры получают отраженный сигнал с другими параметрами рассеяния, который регистрируется трансивером 6 и пересчитывается в температуру. Расстояние до места изменения температуры определяют по времени прохода оптического сигнала по волоконно-оптическому датчику 5. Сканируя температуру по всей длине датчика 5, определяют место повреждения с точностью до 1 м, достаточной для большой площади глиноцементобетонной диафрагмы 3.

При производстве буровых работ по созданию глиноцементобетонной диафрагмы ширину водонепроницаемой полки 1 принимают равной 2,5-3 раза от ширины глиноцементобетонной диафрагмы 3 как наиболее оптимальную, которая предотвращает повреждение волоконно-оптического датчика 5 температуры.

Данный способ носит название пассивного метода. При необходимости повышения точности измерения дополнительно прибегают к подогреву волоконно-оптического датчика 5 (активный метод), что дополнительно дает возможность оценить скорость и объем протечки через глиноцементобетонную диафрагму 3.

Таким образом, предлагаемый способ контроля глиноцементобетонной диафрагмы в грунтовой плотине 2 позволяет существенно повысить качество контроля ее фильтрационного режима, определить место повреждения с точностью до 1 м, количество возникающих протечек, снизить сроки и затраты по их обнаружению и устранению.