一种埋地水管渗漏测试系统及方法

本发明涉及安全监测，尤其涉及一种埋地水管渗漏测试系统及方法。

背景技术：

1、随着城镇化推进和城市管网改造，埋地管道和多管合一成为当前管道改造的主要方向。构建新型城市管网，必须进一步加强埋地管道的安全测试技术创新。对于大多数的埋地管道，土体的稳定性是影响埋地管道安全的重要基础，对埋地管道的安全稳定条件起着重要作用。埋地管道在使用过程中，管道内的介质及管道周围的地质条件对管道的损伤是累积增加的。埋地管道在损伤累积中，强度降低、结构发生破坏，会进一步影响管道传输的安全性，诱发管道泄露，影响周围土体的力学性质和稳定的赋存状态。随着时间推移，处于相对软弱的土层在地面构筑物及人为因素扰动的条件下，发生塌陷等地质风险系数增加。因此，研究埋地管道的泄露检测技术和评价方法，准确评估管道泄露的风险，对于管道稳定性和环境风险控制方面具有重要的现实应用价值。

2、目前，对于埋地管道的检测手段主要通过流体识别传感器、流体感应装置等。传统的检测手段需要预埋传感器、探头结构复杂，需要重复安装、可靠性低，很难在不破坏管道周围土体赋存状态的情况下进行泄露检测。

技术实现思路

1、本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种埋地水管渗漏测试系统及方法，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。

2、本发明的一个目的在于提出一种埋地水管渗漏测试系统，包括：

3、箱体，内部具有容纳腔；

4、埋地水管，沿着所述容纳腔的延伸方向布置，且两端均伸出所述箱体，其中，位于所述容纳腔内的埋地水管部分具有与所述容纳腔相连通的漏洞；

5、泵体，其与所述埋地水管的一端相连通，配置为用于向所述埋地水管中泵入水；

6、应变光纤，布置在所述容纳腔内，并与光纤解调仪相耦接，配置为用于感测所述容纳腔内土体的应变；

7、电法监测仪，通过电法仪基站与第一电极组、第二电极组相耦接，所述第一电极组和所述第二电极组对称设置在所述容纳腔在延伸方向的两侧，配置为用于感测土体的电阻率；其中，第一电极组包括沿着深度方向间隔布置的多个第一电极单元，第二电极组包括沿着深度方向间隔布置的多个第二电极单元，所述深度方向与所述延伸方向彼此相互垂直；

8、其中，所述容纳腔内填充有土体，用于填埋位于所述容纳腔内的埋地水管、第一电极组、第二电极组和应变光纤。

9、在本发明一个示例中，还包括：计算机，

10、其一端与所述电法监测仪相耦接，其另一端与所述光纤解调仪相耦接，配置为用于接收所述土体的应变信息和电阻率信息，并基于土体的所述应变信息和所述电阻率信息判断泄露引发土体塌陷的风险。

11、在本发明一个示例中，还包括：dic相机，

12、其设于所述箱体的一侧，并与所述计算机相耦接，配置对箱体内的土体进行实时图像信息采集，并由所述计算机对采集到的图像信息进行处理用于判断埋地水管发生泄露后土体的形变的位置。

13、在本发明一个示例中，所述应变光纤沿着所述埋地水管的延伸方向布置且靠近所述埋地水管设置。

14、在本发明一个示例中，所述应变光纤包括：

15、光纤本体；

16、涂覆在光纤本体外侧壁上的光纤涂覆层；以及

17、包覆在所述光纤涂覆层外侧的光纤包覆层。

18、在本发明一个示例中，还包括：透水滤网，

19、其铺设在所述埋地水管的下端侧，配置为用于将埋地水管的漏洞排出的积水排出箱体。

20、本发明另一个目的在于提出一种如上述所述的埋地水管渗漏测试方法，包括如下步骤：

21、s10：利用并行电法监测仪测试箱体中土体初始状态的电阻率ρ(t)，同时由应变光纤测得初始状态的埋地水管周围土体应变值ε(t)；

22、s20：随着埋地水管泄露的土体表面应变δ(t)，在水管泄露水后获得土体导电性ρ(i)、土体内应变值ε(i)、表面应变δ(i)，建立随埋地水管泄露导致地面塌陷风险与电阻率δρ(t)和应变率δε(t)的函数关系，从而快速判断埋地水管泄露引发土体塌陷的风险。

23、在本发明一个示例中，在所述步骤s10中，土体电阻率ρ(t)与电压u(t)和电流i(t)的关系表达式如下：

24、

25、在本发明一个示例中，在所述步骤s20中，土体的应变率δε(t)由布拉格光栅测量土体轴向应变变化表示，并与应变光纤同时布置温度补偿光纤，测试土体由于含水量不同引发变形的应变率δε(t)的表达式如下：

26、

27、其中，δλ为布拉格光栅区发射光中心波长变量，λ为原布拉格光栅中心反射光的中心波长，lε为光纤材料的应变影响系数，lt为光纤材料的温度影响系数，δt为温度变化量。

28、在本发明一个示例中，在所述步骤s20中，建立随埋地水管泄露导致地面塌陷风险与电阻率δρ(t)和应变率δε(t)的函数关系，其中，基于应变率δε(t)和电阻率δρ(t)变化的埋地水管泄露土体塌陷风险预警函数表达式为：

29、

30、其中，δρ(t)为单位时间内土体电阻率的变化值，δε(t)为单位时间内应变的变化值，si为测量区域的面积单元。

31、下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更加详尽的描述，以便能容易理解本发明的特征和优点。

技术特征：

1.一种埋地水管渗漏测试系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的埋地水管渗漏测试系统，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的埋地水管渗漏测试系统，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的埋地水管渗漏测试系统，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的埋地水管渗漏测试系统，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的埋地水管渗漏测试系统，其特征在于，

7.一种如权利要求1至权利要求6中任意一项所述的埋地水管渗漏测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的埋地水管渗漏测试方法，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的埋地水管渗漏测试方法，其特征在于，

10.根据权利要求7所述的埋地水管渗漏测试方法，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种埋地水管渗漏测试系统及方法，测试系统包括：箱体，内部具有容纳腔；埋地水管，沿着容纳腔的延伸方向布置，且两端均伸出箱体，其中，位于容纳腔内的埋地水管部分具有与容纳腔相连通的漏洞；泵体，其与埋地水管的一端相连通，配置为用于向埋地水管中泵入水；应变光纤，布置在容纳腔内，并与光纤解调仪相耦接，配置为用于感测容纳腔内土体的应变；电法监测仪，通过电法仪基站与第一电极组、第二电极组相耦接，所述第一电极组和所述第二电极组对称设置在所述容纳腔在延伸方向的两侧，配置为用于感测土体的电阻率；其中，容纳腔内填充有土体，用于填埋位于容纳腔内的埋地水管、第一电极组、第二电极组和应变光纤。技术研发人员：刘晓斐,张华杰,周鑫,谭瑞林,王笑然,周美伶,汪开源受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5