Способ проведения эксплуатационного мониторинга низконапорных земляных плотин Российский патент 2024 года по МПК E02B7/06 G01N33/24 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для проведения эксплуатационного мониторинга технического состояния защитного покрытия и грунтов низконапорных земляных плотин, выявлению опасных дефектов и повреждений, а также оценке и прогнозированию его технического состояния и дальнейшей пригодности к эксплуатации.

Известно имитационное моделирование устойчивости оградительных дамб на р. Псекупс в условиях статических и сейсмических воздействиях. В данном имитационном моделировании имеет место только расчет устойчивости низового откоса оградительной дамбы. (Имитационное моделирование устойчивости оградительных дамб реки Псекупс в условиях возрастающих статических и сейсмических воздействий / В.А. Волосухин, М.А. Бандурин, И.А. Приходько, И.Д. Евтеева // Международный сельскохозяйственный журнал. - 2022. - №5(389). - С. 459-463. - DOI 10.55186/25876740_2022_65_5_459.)

Известно маршрутное обследование, а именно мониторинг низконапорной земляной плотины инженерной защиты р. Псекупс Нижней Кубани, В процессе работы анализировалась информация, полученная при маршрутном обследовании и сопоставлялась с данными, полученными при георадарном обследовании, результаты выносились на карту фактического материала. Имеет место отсутствие трехмерного моделирования низконапорной земляной плотины. (Бандурин, М.А. Мониторинг низконапорной земляной плотины инженерной защиты реки Псекупс нижней Кубани / М.А. Бандурин, И.А. Приходько, А.С. Романова // Международный сельскохозяйственный журнал. - 2023. - №1(391). - С. 74-79. - DOI 10.55186/25876740_2023_66_1_74.)

Известен способ проведения эксплуатационного мониторинга технического состояния лотковых каналов оросительных систем (патент РФ №2368730), в котором осуществляют исследование железобетонных лотковых каналов приборами неразрушающего контроля на наличие дефектов и повреждений, с применением двух взаимно контролирующих методов: ультразвукового метода и метода ударного импульса и определяют глубину, ширину, длину (геометрические характеристики) и фактическую прочность бетона в местах нахождения дефектов и повреждений. В процессе выполнения устанавливают однородность и прочность железобетона каждого лотка, а также степень, вид и глубину коррозии бетона и арматуры, характер трещин и их ширину. При использовании данного способа появляется возможность обоснование параметров дефектов и повреждений, которые невозможно установить при визуальном осмотре.

Однако, несмотря на достоинства, известного технического решения, оно не используется для проведения эксплуатационного мониторинга технического состояния низконапорных земляных плотин.

Задача изобретения заключается в том, чтобы создать Способ для проведения эксплуатационного мониторинга низконапорных земляных плотин, поскольку они широко используются как элемент инженерной защиты, так использование грунтового основания, как основы при возведении сооружения в десятки раз дешевле, чем железобетон.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, а именно выявление дефектов и повреждений низконапорных земляных плотин, как самого защитного покрытия по верховому откосу плотины, так и состояние грунта, составляющего тело плотины расположенного под ним, на образование разуплотнении и просадки на ранней стадии их образования. Так же обеспечение возможности оценки состояния низконапорной земляной плотины и принятия решения о необходимом виде и объеме ее ремонта, за счет визуализации состояния грунтового основания на наличие просадок, пустот, разуплотнения и посторонних включений, влияющих на техническое состояние низконапорных земляных плотин.

Технический результат достигается тем, что в способе проведения эксплуатационного мониторинга низконапорных земляных плотин, включающем перемещение относительно исследуемой низконапорной земляной плотины с помощью приводных колес устройства со средствами сканирования, получения изображений, регистратора и передачи данных на компьютер для формирование трехмерной модели низконапорной земляной плотины с помощью блока программного обеспечения, согласно изобретению плотину делят на три зоны исследования по обнаружению характерных дефектов и повреждений для каждой зоны, одна из которых занимает площадь на откосе плотины выше линии уреза воды, характеризующаяся образованием оползней откоса плотины и сползанием железобетонной облицовки; другая - занимает площадь части откоса плотины ниже линии уреза воды, которую исследуют на предмет образования пустот и фильтрации воды через тело плотины, а третья зона охватывает грунтовое основание плотины, исследуемая на предмет просадки, при этом в качестве средства сканирования используют антенные устройства для георадара, которые от сканируемой поверхности располагают на одинаковом расстоянии, причем антенные устройства для георадара устанавливают с возможностью охвата каждой зоны и в количестве в соответствии требуемой площадью сканирования и на основе полученных данных формируют трехмерную модель плотины с прилегающим к ней объемом грунтового основания.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что по сравнению с известными техническими решениями обеспечивается возможность технической оценки состояния сразу всей низконапорной земляной плотины в разрезе и прогнозирование оставшегося срока ее эксплуатации, а именно состояние грунтового основания на наличие просадок, пустот, разуплотнения и раковин, по которым можно определить однородность и надежность, степень, вид и глубину, характер трещин и их ширину.

По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена аналогичная заявляемой совокупность признаков, позволяющая получить технический результат, который ранее не достигался известными средствами, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого предложения.

Предлагаемый способ работоспособен и может быть использован для технологических процессов с целью эксплуатационного мониторинга технического состояния низконапорных земляных плотин, что соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 - изображена низконапорная земляная плотина в аксонометрической проекции; на фиг. 2 - тоже, вид с верху; на фиг. 3 - скриншот трехмерной модели низконапорной земляной плотины.

На скриншоте показаны фильтрационные процессы в теле плотины, где синяя окраска показывает нахождение воды, а постепенный переход к зеленной окраске ее отсутствие.

Для реализации заявленного способа используют установку, которая имеет раму 1 состоящую из двух частей соединенных с помощью шарниров 2. На одной из частей расположены колесо 3, обрабатывающий модуль 4, датчик движения 5 и движитель 6 с гидроприводом 7, на другой - антенные устройства для георадара 8, которые от сканируемой поверхности располагают на одинаковом расстоянии с помощью дополнительного колеса 6 с гидроприводом 7, путем повторения рельефа земляной низконапорной плотины, так как видеоимпульс излучается и принимается в направлении грунта, требуется экранированность от помех и отражений со стороны объектов, находящихся в воздухе, поэтому обеспечивается высокая разрешающая способность антенных устройств для георадара 8. Антенные устройства для георадара 8 расположены с возможностью охвата каждой зоны исследования и в количестве в соответствии с требуемой площадью охвата георадарного сканирования, на одинаковом расстоянии друг от друга, причем самая нижняя антенна 9 исследует только зону три.

Способ проведения эксплуатационного мониторинга низконапорных земляных плотин осуществляют следующим образом. На гребень и верховой откос низконапорной земляной плотины устанавливают установку для проведения эксплуатационного мониторинга. Одну из частей установки с колесом 3, обрабатывающим модулем 4, датчиком движения 5 и дополнительным колесом 6 с гидроприводом 7 устанавливают на гребне плотны, а другую часть с антенными устройствами для георадара 8 и 9 опускают на откос плотины, так чтобы антенные устройства для георадара 8 охватывали все зоны и на одинаковом минимальном расстоянии от сканируемой поверхности 3-5 см. На обрабатывающий модуль 4 подается питание, подтверждается готовность всех систем к работе. При помощи колес 3 и 6 рама 1 перемещается по гребню и откосу. Данные с датчика движения 5 и антенных устройств для георадара 8 поступают в обрабатывающий модуль 4, причем самая нижняя антенна 9 исследует зону три.

В результате сканирования полученные данные отраженных сигналов от неоднородностей и объектов в толще грунтового основания низконапорной земляной плотины поступают в блок памяти компьютера для формирования трехмерной модели низконапорной земляной плотины с помощью блока программного обеспечения.

Всем процессом осуществления сканирования с маркировкой управляет компьютер с помощью соответствующей программы сбора и хранения информации. По трехмерной модели низконапорной земляной плотины определяют техническое состояние плотины по зонам, на наличие просадок, пустот, разуплотнения и посторонних включений.

Антенное устройство для георадара может быть выполнено в виде антенны по патенту на полезную модель №97217, 2010 г., поскольку оно разборное и может сканировать различные поверхности: плоские, угловые, выпуклые и вогнутые. Оно позволяет получать непрерывный разрез исследуемой среды и записывать его в файл для дальнейшей обработки, анализа и документирования.

Пример конкретного осуществления заявляемого способа. Для подтверждения эффективности заявляемого способа проводились производственные исследования на инженерной защите учхоза «Кубань» Кубанского аграрного университета. Срок эксплуатации данного сооружения более 30 лет. В качестве экспериментального участка был выбран фрагмент низконапорной земляной плотины, составляющей инженерную защиту Нижней Кубани. Для упрощения управления, сначала устройство поместили на плотину и произвели исследование 2,5 км по длине сооружения Полученные данные в результате сканирования поступали на компьютер, обрабатывались и визуализировались на экране монитора.

Преимущество предложенного способа перед известными заключается в том, что предлагаемый способ проведения эксплуатационного мониторинга низконапорных земляных плотин является более быстро выполнимым и достоверным по сравнению с известными, так как проводится исследование по всему поперечному профилю земляной плотины на наличие дефектов, повреждений. В совокупности все это позволяет достоверно, быстро и качественно произвести оценку технического состояния низконапорных земляных плотин.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для проведения эксплуатационного мониторинга технического состояния защитного покрытия и грунтов низконапорных земляных плотин, выявления опасных дефектов и повреждений, а также оценки и прогнозирования его технического состояния и дальнейшей пригодности к эксплуатации. Для выявления дефектов и повреждений как самого защитного покрытия по верховому откосу, так и состояния грунта, составляющего тело плотины расположенного под ним, на образование разуплотнений и просадки на ранней стадии их образования и обеспечение возможности оценки состояния низконапорной земляной плотины и принятия решения о необходимом виде и объеме ее ремонта, за счет визуализации состояния грунтового основания на наличие просадок, пустот, разуплотнения и посторонних включений, влияющих на техническое состояние низконапорных земляных плотин, в способе проведения эксплуатационного мониторинга низконапорных земляных плотин, включающем перемещение относительно исследуемой низконапорной земляной плотины с помощью приводных колес устройства со средствами сканирования, получения изображений, регистратора и передачи данных на компьютер для формирования трехмерной модели низконапорной земляной плотины с помощью блока программного обеспечения, согласно изобретению плотину разделяют на три зоны исследования по обнаружению характерных дефектов и повреждений для каждой зоны, одна из которых занимает площадь на откосе плотины выше линии уреза воды, характеризующаяся образованием оползней откоса плотины и сползанием железобетонной облицовки; другая - занимает площадь части откоса плотины ниже линии уреза воды, которую исследуют на предмет образования пустот и фильтрации воды через тело плотины, а третья зона - охватывает грунтовое основание плотины, исследуемая на предмет просадки. В качестве средства сканирования используют плоские антенные устройства для георадара, которые от сканируемой поверхности располагают на одинаковом расстоянии. Антенные устройства для георадара устанавливают с возможностью охвата каждой зоны и в количестве в соответствии с требуемой площадью сканирования. На основе полученных данных формируют трехмерную модель плотины с прилегающим к ней объемом грунтового основания. Преимущество предложенного способа перед известными заключается в том, что предлагаемый способ проведения эксплуатационного мониторинга низконапорных земляных плотин является более быстро выполнимым и достоверным по сравнению с известными, так как проводится исследование по всему поперечному профилю земляной плотины на наличие дефектов, повреждений. В совокупности все это позволяет достоверно, быстро и качественно произвести оценку технического состояния низконапорных земляных плотин. 3 ил.

Способ проведения эксплуатационного мониторинга низконапорных земляных плотин, включающий перемещение относительно исследуемой низконапорной земляной плотины с помощью приводных колес устройства со средствами сканирования, получения изображений, регистратора и передачи данных на компьютер для формирования трехмерной модели низконапорной земляной плотины с помощью блока программного обеспечения, отличающийся тем, что плотину делят на три зоны исследования по обнаружению характерных дефектов и повреждений для каждой зоны, одна из которых занимает площадь на откосе плотины выше линии уреза воды, характеризующаяся образованием оползней откоса плотины и сползанием железобетонной облицовки; другая - занимает площадь части откоса плотины ниже линии уреза воды, которую исследуют на предмет образования пустот и фильтрации воды через тело плотины, а третья зона охватывает грунтовое основание плотины, исследуемая на предмет просадки, при этом в качестве средства сканирования используют плоские антенные устройства для георадара, которые от сканируемой поверхности располагают на одинаковом расстоянии, причем антенные устройства для георадара устанавливают с возможностью охвата каждой зоны и в количестве в соответствии с требуемой площадью сканирования и на основе полученных данных формируют трехмерную модель плотины с прилегающим к ней объемом грунтового основания.