专利名称：垃圾填埋场电阻率不规则因子测试及工程安全预警方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于工程安全监测及预警技术领域，尤其涉及一种测试垃圾填埋场电阻率不规则因子的方法及系统。
背景技术：
垃圾卫生填埋作为垃圾的最终处置手段一直占有重要地位，目前仍然是包括中国在内的绝大多数国家垃圾处理的主要方式。卫生填埋虽然采取了防渗、压实、覆盖和收集等环境保护工程措施，但其填埋高差大、产气量多等一些特性，还是对填埋场的安全运行构成潜在威胁。在国外，如土耳其、菲律宾等都出现过垃圾堆体大滑坡而引起沼气大爆炸，掩埋掉整个村庄的惨剧。在国内，2002年重庆凉风垭垃圾填埋场发生了垃圾堆体滑坡，造成重大的人身伤亡和财产损失。国内目前还没有成熟、可靠的垃圾填埋场的安全预警系统。因此，如何对垃圾填埋场进行有效安全预警，是摆在我们面前的一个重要课题。 在垃圾填埋现场土工测试及安全监测方面，目前常用现场测试(钻探及取样、静力触探)、室内试验(包括三轴和直剪试验)、载荷试验及反分析法获取得到试样的抗剪强度；采用现场监测边坡表面位移、侧向位移、渗滤液水位及变化情况来进行填埋场的工程安全监测。尽管这些传统的土工测试及现场监测结果能为垃圾填埋堆体失稳模式的判别及应急抢险措施决策提供重要依据，能为垃圾填埋堆体稳定评价方法的实践检验和安全监测指标的选取提供重要数据，但不可否认这些传统的监测技术还存在以下几点不足(I)方便快捷实时性不够；监测成果与地质、环境、施工等资料结合不紧密，与垃圾堆体的变形微观机理未能有机结合，从而使得监测结果有时难以得到合理解释，导致其监测成果应用水平低，工程风险安全评估预警能力低。(2)传统的监测数据离填埋工程安全预警系统还尚存不少差距，垃圾填埋工程风险评估与工程安全预警系统目前还是一片空白。而目前监测安全预报系统软件虽然开发较多，但尤以大坝为主，且一些预警系统的使用技术含量和技术要求高，使用和维护的成本较大，难以在垃圾填埋工程中推广；一些系统的易用性、可靠性、可扩充性还有待于进一步提高。因此，在填埋工程安全隐患问题日渐显现的当下，急需开发一种简便快捷、连续无损，经济性和实用性较好，成果解读性、可靠性较强的实时监测新技术，随时监测填埋堆体的内在结构变化情况，从而增强垃圾填埋工程风险安全评估预警能力。同时，急需开展填埋堆体工程安全评估、预测预报和预警系统的研究，实现对填埋场渐变性和突发性变形失稳事故的及时、准确预见，为填埋场工程事故隐患的消除以及对工程事故的安全处置提供理论与技术支撑。据文献查新，目前，尚无垃圾填埋场工程风险评估与工程安全预警系统软件的报导。本发明拟引入电阻率不规则因子概念，建立电阻率不规则因子测试系统实时监测垃圾填埋场结构异常情况，从而获得填埋工程风险评估与工程安全预警功能。岩土电阻率是岩土固有特性参数之一。一些学者的研究成果表明，岩土电阻率可很好地反映岩土结构性及其变化情况。近年来，国外有些专家学者开始探索应用电阻率不规则因子技术，监测岩土体的变形过程，揭示其变形过程中的内在结构变化机理。比如，Jackson等将电阻率不规则因子定义为Apt= ( P t_ P J / P d,其中Δ Pt为电阻率不规则因子，P 0> P t分别为初始电阻率和实时电阻率；通过历时18个月电阻率不规则因子的现场测试，监测出路堤中的异常状况。Samouelian等通过测试黄土块在干湿循环产生裂隙过程中，不同方向和深度上的电阻率变化，得到了土块的裂隙发展和发育规律。尽管目前国内外尚未发现电阻率不规则因子应用于垃圾填埋场变形与稳定性监测的研究报道，但上述工作表明，电阻率不规则因子技术具备表征和测定垃圾填埋场变形和稳定性参数的良好研究基础，在垃圾填埋工程实时监测应用中有着较大潜力，这是本发明进行填埋工程风险评估与工程安全预警功能研究的基本出发点。
发明内容
本发明提供了一种测试垃圾填埋场电阻率不规则因子的方法及进行填埋场工程安全的预警系统，旨在克服当下，垃圾填埋现场土工测试及工程安全监测的传统监测技术 的以下几点不足1)方便快捷实时性不够，监测成果与地质、环境、施工资料结合不紧密，与垃圾堆体的变形微观机理未能有机结合，使得监测结果有时难以得到合理解释，导致监测成果应用水平低，工程风险安全评估预警能力低。2)目前，垃圾填埋工程风险评估与工程安全预警系统还是空白。而目前应用于大坝等相关工程的安全预警系统的使用技术含量和技术要求高，使用和维护的成本较大，难以在垃圾填埋工程中推广，其系统的易用性、可靠性及可扩充性较差。本发明的目的在于提供一种测试垃圾填埋场电阻率不规则因子的方法，电阻率不规则因子定义Apt= (pt-P J/p ^，其中Λ ptS电阻率不规则因子，pt、P ^分别为实时球电阻率和初始球电阻率；首先得到水平电阻率P 7)W和垂直电阻率P ei，再将水平电阻率P水平及垂直电阻率P垂直转换为球电阻率P球=(2X P 7ΚΨ +P垂直)/3 ;初始状态下获得的球电阻率为初始球电阻率，实时状态下获得的电阻率为实时球电阻率，将两者代入电阻率不规则因子计算公式得到不规则因子△ Pt。进一步，垃圾填埋场中填埋体的电阻率P可表示为P = (RS)/L= (AV · S)/(IL);式中S为电极面积，单位m2，L为电极间距，单位m，I为电流强度，单位A，R为垃圾填埋场中土体电阻；圾填埋场中土体电阻R采用非平衡电桥测量。进一步，在揭示填埋堆体内部变形、裂缝、渗透破坏、以及填埋堆体滑动破坏所对应的结构异常情况与其电阻率不规则因子的内在关联的基础上，构建相应的填埋堆体变形、裂缝、渗透、滑动破坏与其结构变化相耦合的结构性应力-应变本构模型；对扮於Consolidation Finite Element Method(BCFEM)有限兀程序进行相应部分的修改，将所构建的结构性本构模型编成子程序，并对相应的求解方法进行修改，进行模型的数值计算，进而将模型应用于实际的填埋工程，进行填埋场是否会发生部变形、裂缝、渗透破坏、或滑动破坏的填埋场工程安全预警。本发明的另一目的在于提供一种测试垃圾填埋场电阻率不规则因子及进行填埋工程安全预警的系统，该系统包括用于采集垃圾填埋场所测试土体的水平电阻信号及垂直电阻信号，并对所采集的水平电阻信号及垂直电阻值信号进行输出的数据采集探测器；
与所述数据采集探测器相连接，用于接收所述数据采集探测器输出的水平电阻值信号及垂直电阻值信号，根据非平衡电桥原理计算出垃圾填埋场所测试土体的水平电阻值及垂直电阻值，并对计算出的水平电阻值及垂直电阻值以电信号的形式进行输出的数据采集控制模块；与所述数据采集控制模块相连接，用于接收所述数据采集控制模块输出的水平电阻值及垂直电阻值，根据所测试土体的水平电阻值及垂直电阻值计算获得电阻率不规则因子，并根据电阻率不规则因子反映填埋体的结构性变化进行安全预警的智能控制终端。进一步，所述智能控制终端，是在揭示填埋堆体内部变形、裂缝、渗透破坏、以及填埋堆体滑动破坏所对应的结构异常情况与其电阻率不规则因子的内在关联的基础上，构建相应的填埋堆体变形、裂缝、渗透、滑动破坏与其结构变化相耦合的结构性应力-应变本构模型。对Biot Consolidation Finite Element Method(BCFEM)有限兀程序进行相应部分的修改，将所构建的结构性本构模型编成子程序，并对相应的求解方法进行修改，进行模型的数值计算，进而将模型应用于实际的填埋工程，进行填埋场是否会发生部变形、裂缝、渗透破坏、或滑动破坏的填埋场工程安全预警。
进一步，所述数据采集探测器通过屏蔽线与所述数据采集控制模块相连接，所述数据采集控制模块通过屏蔽线与所述智能控制终端相连接。进一步，所述数据采集探测器包括水平圆环状石墨电极、垂直圆环状石墨电极、十字形测试仪器、温度传感器、贯入器；所述水平圆环状石墨电极安装在十字形测试仪的水平方向的两端，垂直圆环状石墨电极安装在十字形测试仪垂直方向的上下两端位置上，所述温度传感器设置在所述十字形测试仪器的根基处，所述水平圆环状石墨电极、垂直圆环状石墨电极及温度传感器通过屏蔽线与所述数据采集控制模块相连接；所述水平圆环状石墨电极、垂直圆环状石墨电极不同时进行电阻的测量，每10秒轮循一次；所述数据采集控制模块进一步包括交流电源发生器、交直流转换电路、不平衡电桥、多档切换开关、信号调理电路；所述交流电源发生器与所述交直流转换电路相连接，所述交直流转换电路与所述不平衡电桥相连接，所述不平衡电桥分别与所述多档切换开关及信号调理电路相连接，所述不平衡电桥中的三个臂值相等，在所述多档切换开关上设置有10Ω、100Ω、1000Ω、IM Ω的档位，待测土体电阻在所述多档切换开关上设置有1-10 Ω、10-100 Ω、100-1000 Ω、1000-1ΜΩ四个档位。进一步，所述十字形测试仪器采用有机玻璃管制造而成，所述十字形测试仪器接头处的防水密封采用504胶和玻璃胶。进一步，所述贯入器是对已建垃圾填埋场才启用。其主要功能是对已建填埋场的填埋体进行钻孔(小孔)，钻到所述十字形测试仪预埋深度处，后运用贯入器配套的测点安装筒，将所述十字形测试仪送入安装到填埋体中指定位置处。所述贯入器由外筒和测点安装筒、滑动套筒、四开锥筒构成，外筒和测点安装筒均由10节组成，每节长I米，相互间可通过螺纹固定连接，外表面标有刻度，外筒上还设置有打击帽，打击帽外围两端焊接有两个耳环，两个耳环间设置有一不锈钢链，外筒的下端设置有钢材制成的活瓣式四开锥筒。
进一步，所述智能控制终端进一步用于在揭示填埋堆体内部变形、裂缝、渗透破坏、以及填埋堆体滑动破坏所对应的结构异常情况与其电阻率不规则因子的内在关联的基础上，构建相应的填埋堆体变形、裂缝、渗透、滑动破坏与其结构变化相耦合的结构性应力-应变本构模型；对 Biot Consolidation Finite Element Method(BCFEM)有限兀程序进行相应部分的修改，将所构建的结构性本构模型编成子程序，并对相应的求解方法进行修改，进行模型的数值计算，进而将模型应用于实际的填埋工程，进行填埋场是否会发生部变形、裂缝、渗透破坏、或滑动破坏的填埋场工程安全预警。进一步，所述数据采集探测器上的温度传感器实现了智能控制终端对温度进行补偿，18°C时土体的电阻率P18= PtX (1+α Χ(Τ-18))，其中P 18为18°C时土的电阻率；P τ为温度电阻率；Τ为温度；α为试验常数，采用O. 0250C '本发明提供的垃圾填埋场电阻率不规则因子测试及工程安全预警方法与系统，数据采集探测器采集垃圾填埋场所测试填埋体的水平电阻信号及垂直电阻信号，数据采集控制模块根据非平衡电桥原理计算出垃圾填埋场所测试填埋体的水平电阻值及垂直电阻值， 智能控制终端根据所测试填埋体的水平电阻值及垂直电阻值计算获得电阻率不规则因子，进而实时监测填埋堆体在施工、运营、维护期整个过程中的内在结构变化情况，从而为垃圾填埋场堆体的沉降、渗漏、滑坡等工程安全隐患提供可靠预警。该系统能贯穿于填埋工程建设运行始终，具有操作简便快捷、连续无损、成果可靠、成本低廉、易于推广等优点，且填补了填埋工程风险评估与工程安全预警的空白，具有较强的推广与应用价值。
图I是本发明提供的测试垃圾填埋场电阻率不规则因子的系统结构框图；图2是本发明实施例提供的数据采集探测器的正视图；图3是本发明实施例提供的数据采集探测器的俯视图；图4是本发明实施例提供的不平衡电桥的原理接线图。图中11、数据采集探测器；111、水平圆环状石墨电极；112、垂直圆环状石墨电极；113、十字形测试仪器；114、温度传感器；115、测点安装筒；116外筒；117滑动套筒；118四开锥筒；119铰链；12、数据采集控制模块；121、交流电源发生器；122、交直流转换电路；123、不平衡电桥；124、多档切换开关；125、信号调理电路；13、智能控制终端；14、屏蔽线。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。本发明的目的在于提供一种测试垃圾填埋场电阻率不规则因子的方法，电阻率不规则因子定义Apt= (Pt-P JziPtl，其中Λ ptS电阻率不规则因子，pt、P ^分别为初始球电阻率和实时球电阻率。在本发明实施例中，首先得到水平电阻率P 和垂直电阻率P βΛ,再将水平电阻率P水平及垂直电阻率P垂直转换为球电阻率P球=(2X P水平+ P垂直)/3，初始状态下获得的球电阻率为初始球电阻率，实时状态下获得的电阻率为实时球电阻率，将两者代入电阻率不规则因子计算公式得到不规则因子△ Pt。在本发明实施例中，垃圾填埋场中试样的电阻率P可表示为P = (RS)/L =(AV · S)/(IL)；式中S为电极面积，单位m2，L为电极间距，单位m，I为电流强度，单位A，R为垃圾填埋场中土体电阻。在本发明实施例中，垃圾填埋场中土体电阻R采用非平衡电桥测量。在揭示填埋堆体内部变形、裂缝、渗透破坏、以及填埋堆体滑动破坏所对应的结构异常情况与其电阻率不规则因子的内在关联的基础上，构建相应的填埋堆体变形、裂缝、渗透、滑动破坏与其结构变化相稱合的结构性应力-应变本构模型；对Biot ConsolidationFinite Element Method(BCFEM)有限元程序进行相应部分的修改,将所构建的结构性本构模型编成子程序，并对相应的求解方法进行修改，进行模型的数值计算，进而将模型应用于实际的填埋工程，进行填埋场是否会发生部变形、裂缝、渗透破坏、或滑动破坏的填埋场工 程安全预警。图I示出了本发明实施例提供的测试垃圾填埋场电阻率不规则因子的系统的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。该系统包括用于采集垃圾填埋场所测试土体的水平电阻信号及垂直电阻信号，并对所采集的水平电阻信号及垂直电阻值信号进行输出的数据采集探测器11 ；与数据采集探测器11相连接，用于接收数据采集探测器11输出的水平电阻值信号及垂直电阻值信号，根据非平衡电桥原理计算出垃圾填埋场所测试土体的水平电阻值及垂直电阻值，并对计算出的水平电阻值及垂直电阻值以电信号的形式进行输出的数据采集控制I吴块12 ；与数据采集控制模块12相连接，用于接收数据采集控制模块12输出的水平电阻值及垂直电阻值，根据所测试土体的水平电阻值及垂直电阻值计算获得电阻率不规则因子，并根据电阻率不规则因子反映填埋堆体的结构变化情况进行安全预警的智能控制终端13。智能控制终端13进一步用于在揭示填埋堆体内部变形、裂缝、渗透破坏、以及填埋堆体滑动破坏所对应的结构异常情况与其电阻率不规则因子的内在关联的基础上，构建相应的填埋堆体变形、裂缝、渗透、滑动破坏与其结构变化相耦合的结构性应力-应变本构模型；对 Biot Consolidation Finite Element Method(BCFEM)有限兀程序进行相应部分的修改，将所构建的结构性本构模型编成子程序，并对相应的求解方法进行修改，进行模型的数值计算，进而将模型应用于实际的填埋工程，进行填埋场是否会发生部变形、裂缝、渗透破坏、或滑动破坏的填埋场工程安全预警。在本发明实施例中，数据采集探测器11通过屏蔽线14与数据采集控制模块12相连接，数据采集控制模块12通过屏蔽线14与智能控制终端13相连接。如图2及图3所示，在本发明实施例中，数据采集探测器11包括水平圆环状石墨电极111、垂直圆环状石墨电极112、十字形测试仪器113、温度传感器114 ;贯入器(由测点安装筒115、外筒116、滑动套筒117、四开锥筒118、铰链119所组成)；水平圆环状石墨电极111及垂直圆环状石墨电极112安装在十字形测试仪器113的顶端位置上，温度传感器114设置在十字形测试仪器113的根基处，水平圆环状石墨电极111、垂直圆环状石墨电极112及温度传感器114通过屏蔽线14与数据采集控制模块12相连接；水平圆环状石墨电极111、垂直圆环状石墨电极112不同时进行电阻的测量，每10秒轮循一次；数据采集控制模块12进一步包括交流电源发生器121、交直流转换电路122、不平衡电桥123、多档切换开关124、信号调理电路125 ；交流电源发生器121与交直流转换电路122相连接，交直流转换电路122与不平衡电桥123相连接，不平衡电桥123分别与多档切换开关124及信号调理电路125相连接，不平衡电桥123中的三个臂值相等，在多档切换开关124上设置有10Ω、100Ω、1000Ω、IM Ω的档位，待测土体电阻在多档切换开关124上设置有1-10 Ω、10-100 Ω、100-1000 Ω、1000-1ΜΩ四个档位。
在本发明实施例中，十字形测试仪器113采用有机玻璃管制造而成，十字形测试仪器113接头处的防水密封采用504胶和玻璃胶。在本发明实施例中，数据采集探测器11上的温度传感器114实现了智能控制终端13对温度进行补偿，18°C时土体的电阻率P18= PtX (1+α X (T-18))，其中P18为18°C时土的电阻率；P τ为温度电阻率；T为温度；α为试验常数，采用O. 0250C '在本发明实施例中，贯入器是对已建垃圾填埋场才启用。其主要功能是对已建填埋场的填埋体进行钻孔(小孔)，钻到所述十字形测试仪预埋深度处，后运用贯入器配套的测点安装筒，将所述十字形测试仪送入安装到填埋场中指定位置处。贯入器由外筒116、测点安装筒115、滑动套筒117、四开锥筒118、铰链119所组成，外筒116、测点安装筒115均由10节组成，每节长I米，相互间可通过螺纹固定连接，测点安装筒外表面标有刻度，外筒上还设置有打击帽，打击帽外围两端焊接有两个耳环，两个耳环间设置有一不锈钢链，外筒的下端设置有钢材制成的活瓣式锥筒尖。下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。技术指标电阻率测量精度O. 5% F. S ;测量垃圾填埋场现场不同断面和多测点的电阻率不规则因子，并实时分析和保存数据；温度传感器114测量范围为-20°C _50°C，精度误差±0.5% F. S ;四档桥路，每档桥臂电阻10 Ω、100 Ω、1000 Ω、IM Ω，通过多层多档旋转开关手动切换；水平圆环状石墨电极111、垂直圆环状石墨电极112不同时测量，每10秒轮循一次；不平衡电桥123的工作电压交流6. 5V。测试原理电阻率不规则因子定义Λ Pt= (P t-p C1)/P C1，其中Λ Pt为电阻率不规则因子，Pt、P ^分别为实时球电阻率和初始球电阻率。测试后首先得到水平电阻率P水平和垂直电阻率P垂直，再将其转换为球电阻率P ￥= (2X P *￥ + p ei)/3。将初始球电阻率和实时球电阻率代入不规则因子计算公式得到不规则因子。试样的电阻率P可表示为P = (RS)/L= (AV· S)/(IL)，式中S为电极面积(m2)，L为电极间距(m)，I为电流强度(A)，电阻率P = (RS)/L，必需先求得电阻R。在现实中，欲求得微弱的电阻变化，一般通过电桥电路来实现。东南大学研制的ESEU-I型土电阻率测定仪是通过调节电桥平衡后，利用电桥平衡公式来求得土体的电阻。但是调节电桥平衡需要手动操作，不利于自动采集，采用非平衡电桥来测量土体的电阻值，原理如图4所示。其中Rx为被测土体或垃圾体的电阻，E为供桥电压，可以是直流，也可以是交流，本发明实施例采用交流供桥，利用大功率交流电源发生器121，产生50HZ的工频正弦波。若Uout古O时，电桥处于不平衡状态，则由公式
R. R3 一 RfR(Rx R3) + R2)已知电阻R1、R2、R3，通过数据采集卡测得E、U。ut，在智能控制终端13中即可实时计算出Rx的值。若测量出的E、Uwt值过小，为便于测量，可通过AD8221芯片搭建的放大电路放大固定倍数k后再测量。在智能控制终端13中计算时除以k值，便可得到原值，K值通过实·际测量后，得到电压变化范围后再决定。值得注意的是，若供桥电压为交流，则公式中的电阻R需改成阻抗Z，所以为了精确测量，桥臂电阻&、1 2、1 3为高精度(千分之一或万分之一)、超低温漂无感纯电阻。经过multisim仿真,若二电极间存在电容或电感,则对测量结果会有影响。电容越小，电感值越大，对结果影响越大。现实测试时试样的电感量可忽略，对电极间的电容量可进行修正，或者选取更合适的测量方式。在实际桥路中，一般取R1' R2、R3为相同电阻值，可令R1 = R2 = R3 = R，则有=U =
O.5XEX ((R-Rx)/(R+Rx))。令E、R为常数，U、Rx为变量，则U与Rx为反比例函数关系。为更好地测量不同阻值的样品，将Rx分为1-10 Ω、10-100 Ω、100-1000 Ω、1000-1ΜΩ四档，臂值R分别为10 Ω、100 Ω、1000 Ω、IM Ω。通过多层多档旋转开关手动切换。在该系统中，十字形测试仪器113为永久埋设型，垂直测试电极及水平测试电极为防腐蚀的圆环状石墨材料，具有较好的耐腐蚀性，十字形测试仪器113采用有机玻璃管制作，可起到绝缘和防腐作用，由于温度对土体的电阻率有很大影响，十字形测试仪器113装有耐腐蚀的温度传感器114。并在智能控制终端13中对温度进行补偿，18°C时土体的电阻率p18= PtX (1+α X(T_18))，其中P 18为18°C时土的电阻率；P τ为温度电阻率；Τ为温度；α为试验常数，约为O. 025°C -1，十字形测试仪器113的接头处防水密封用504胶和玻璃胶，测得垃圾土的电阻后，由智能控制终端13计算出电阻率和电阻率不规则因子，做好接地和屏蔽，防止干扰信号对测量结果产生影响，水平圆环状石墨电极111、垂直圆环状石墨电极112不同时测量，每10秒轮循一次。为了方便将十字形测试仪埋入到已建垃圾场中指定位置，制作贯入器。I.贯入器由外筒116、测点安装筒115、滑动套筒117、四开锥筒118、铰链119所构成，外筒116和测点安装筒115均由10节组成，每节长I米，相互间可通过螺纹联接，测点安装筒115外表面标有刻度。2.制作一打击帽，方便挖掘机将贯入仪外筒116打入和拔出土中。打击帽外围两端焊接2个耳环，耳环间套一不锈钢链。挖掘机可通过不锈钢链将外筒提起。3.贯入器下端活瓣式四开锥筒118用304不锈钢材料制成，具有一定的强度，在外筒打入时不会损坏和变形。
将十字形测试仪埋入到已建垃圾场中指定位置的方式通过贯入器将十字形测试仪埋入到指定深度。I.先将贯入仪外筒由挖掘机打入到垃圾土下指定深度。贯入仪下端为活瓣式四开锥筒118，打入时活瓣式四开锥筒118在土体的压力下闭合，形成锥尖状，易于打入。2.外筒上方套一打击帽。挖掘机作用在打击帽上，在每打入一节外筒，将打击帽卸下，套上另一节外筒，装上打击帽，直至外筒底部四开锥筒118筒尖到达指定深度为止。3.将外筒向上拔出一小段距离(O. 3-0. 5米左右)。打击帽外围两端焊接2个耳环，耳环间套一不锈钢链。挖掘机通过不锈钢链将外筒提起一定的高度。4.取下打击帽，将贯入器测点安装筒115从外筒内部伸下，将贯入仪下端活瓣式锥筒尖张开。
5.取出贯入器测点安装筒115，下端插上十字形测试仪，将十字形测试仪通过测点安装筒115放入到指定的深度(外表面的刻度读出具体深度)。6.将电阻率测试仪的线缆端头绕在贯入器测点安装筒115上端，外筒上端套上打击帽(测点安装筒115要比外筒稍低些)，通过挖掘机将贯入器外筒拔出，再拔出贯入器测点安装筒115。操作步骤I.将数据采集控制模块12的电源插上，启动电源开关，桥臂电阻选择开关置于10 Ω 档，2.待温度传感器114所采集的温度显示稳定后，观察当前“水平U”的值，若为负值，说明土样的电阻大于10 Ω，应顺时针转动一档，增加桥臂电阻；此时，若“水平U”为负值，继续增档；若为正值，则可切换到测试垂直档；若“垂直U”为正值，则切换到水平档可进行下步试验；若“垂直U”为负值，应再增档，直至正值；调档后，应再次切换水平垂直档，直至“水平U”和“垂直U”均为正值，并最后切换至水平档开始下步试验。3.智能控制终端13上设置档位至当前档位，修改文件保存名，点击“开始测量”，则自动测量当前的电阻率值。4.试验过程中会有不规则时程图、压缩变形时程图、报警信息等显示，相关试验数据会自动保存。该垃圾填埋场电阻率不规则因子测试及工程安全预警方法与系统可用于实时监测垃圾填埋场施工、运营、维护期垃圾堆体的电阻率不规则因子变化，进而探讨填埋堆体在施工、运营、维护期整个过程中填埋体内在结构变化情况，从而为垃圾填埋场堆体的滑坡、沉降、渗漏等工程安全隐患提供可靠预警。该系统能贯穿于填埋工程建设运行始终，具有操作简便快捷、连续无损、成果可靠、成本低廉、易于推广等特点，具有以下优势在填埋堆体施工、运营、维护期整个过程中能方便快捷实时地监测岩土堆体电阻率不规则因子情况，且其监测的电阻率不规则因子与填埋堆体滑坡、变形、渗透破坏等内在结构机理能有机结合。另外，在监测数据的基础上，建立了填埋堆体工程安全评估预警系统，从而填补了填埋工程风险评估与工程安全预警系统的空白。该系统既可用于新建垃圾填埋场，又可适用于已建的垃圾填埋场，并且可推广应用于其他岩土堆体工程安全监测，是岩土堆体工程安全预警领域新的突破，电阻率不规则因子能够有效反映岩土体的结构性及其变化，具备表征和测定结构性扰动变量的良好研究基础，通过测量垃圾填埋场现场填埋体的电阻率不规则因子，可建立填埋体滑坡、变形、渗透破坏等破坏模型，进而为垃圾填埋场的工程安全提供可靠的预警系统。本发明实施例提供的垃圾填埋场电阻率不规则因子及工程安全预警测试系统，数据采集探测器11采集垃圾填埋场所测试填埋体的水平电阻信号及垂直电阻信号，数据采集控制模块12根据非平衡电桥原理计算出垃圾填埋场所测试填埋体的水平电阻值及垂直电阻值，智能控制终端13根据所测试填埋体的水平电阻值及垂直电阻值计算获得电阻率不规则因子，根据所获得的电阻率不规则因子变化情况，进而实时监测填埋堆体在施工、运营、维护期整个过程中的内在结构变化情况，从而进行垃圾填埋场工程安全预警。该系统能贯穿于填埋工程建设运行始终，具有操作简便快捷、连续无损、成果可靠、成本低廉、易于推广等优点，且填补了填埋工程风险评估与工程安全预警的空白，具有较强的推广与应用价值。 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种垃圾填埋场电阻率不规则因子测试及工程安全预警方法，其特征在于，电阻率不规则因子定义Apt= (P ^Pc1VPc1，其中Λ PtS电阻率不规则因子，pt、P ^分别为实时球电阻率和初始球电阻率；首先得到水平电阻率P 7)W和垂直电阻率P ei，再将水平电阻率P水平及垂直电阻率P垂直转换为球电阻率P球=(2X P 7ΚΨ +P垂直)/3 ;初始状态下获得的球电阻率为初始球电阻率，实时状态下获得的电阻率为实时球电阻率，将两者代入电阻率不规则因子计算公式得到不规则因子△ Pt。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，垃圾填埋场中填埋体的电阻率P可表示为P = (RS)/L= (Δν · S)/(IL);式中S为电极面积,单位m2, L为电极间距,单位m, I为电流强度，单位A，R为垃圾填埋场中土体电阻；垃圾填埋场中土体电阻R采用非平衡电桥测量。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在揭示填埋堆体内部变形、裂缝、渗透破坏、以及填埋堆体滑动破坏所对应的结构异常情况与其电阻率不规则因子的内在关联的基础上，构建相应的填埋堆体变形、裂缝、渗透、滑动破坏与其结构变化相耦合的结构性应力-应变本构模型； 对Biot Consolidation Finite Element Method(BCFEM)有限兀程序进行相应部分的修改，将所构建的结构性本构模型编成子程序，并对相应的求解方法进行修改，进行模型的数值计算，进而将模型应用于实际的填埋工程，进行填埋场是否会发生部变形、裂缝、渗透破坏、或滑动破坏的填埋场工程安全预警。
4.一种垃圾填埋场电阻率不规则因子测试及工程安全预警系统，其特征在于，该系统包括 用于采集垃圾填埋场所测试填埋体的水平电阻信号及垂直电阻信号，并对所采集的水平电阻信号及垂直电阻值信号进行输出的数据采集探测器； 与所述数据采集探测器相连接，用于接收所述数据采集探测器输出的水平电阻值信号及垂直电阻值信号，根据非平衡电桥原理计算出垃圾填埋场所测试填埋体的水平电阻值及垂直电阻值，并对计算出的水平电阻值及垂直电阻值以电信号的形式进行输出的数据采集控制模块； 与所述数据采集控制模块相连接，用于接收所述数据采集控制模块输出的水平电阻值及垂直电阻值，根据所测试土体的水平电阻值及垂直电阻值计算获得电阻率不规则因子，并根据电阻率不规则因子变化情况反映垃圾填埋体的结构性变化情况，从而进行填埋工程的安全预警的智能控制终端。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据采集探测器通过屏蔽线与所述数据采集控制模块相连接，所述数据采集控制模块通过屏蔽线与所述智能控制终端相连接。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据采集探测器进一步包括水平圆环状 石墨电极、垂直圆环状石墨电极、十字形测试仪器、贯入器、温度传感器； 所述水平圆环状石墨电极安装在十字形测试仪的水平方向的两端，垂直圆环状石墨电极安装在十字形测试仪垂直方向的上下两端，所述温度传感器设置在所述十字形测试仪器的根基处，所述水平圆环状石墨电极、垂直圆环状石墨电极及温度传感器通过屏蔽线与所述数据采集控制模块相连接； 所述贯入器是对已建垃圾填埋场才启用。其主要功能是对已建填埋场的填埋体进行钻孔，钻到所述十字形测试仪预埋深度处，后运用贯入器配套的测点安装筒，将所述十字形测试仪送入安装到填埋体中指定位置处。
所述水平圆环状石墨电极、垂直圆环状石墨电极不同时进行电阻的测量，每10秒轮循一次; 所述数据采集控制模块进一步包括交流电源发生器、交直流转换电路、不平衡电桥、多档切换开关、信号调理电路； 所述交流电源发生器与所述交直流转换电路相连接，所述交直流转换电路与所述不平衡电桥相连接，所述不平衡电桥分别与所述多档切换开关及信号调理电路相连接，所述不平衡电桥中的三个臂值相等，在所述多档切换开关上设置有10Ω、100Ω、1000Ω、IM Ω的档位，待测土体电阻在所述多档切换开关上设置有1-10 Ω、10-100 Ω、100-1000 Ω、1000-1ΜΩ四个档位。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述十字形测试仪器采用有机玻璃管制造而成，所述十字形测试仪接头处的防水密封采用504胶和玻璃胶。
8.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据采集探测器上的温度传感器实现了智能控制终端对温度进行补偿，18°C时土体的电阻率P18= PtX (l+α X(T-IS))，其中P 18为18°C时土的电阻率；P X为温度电阻率；T为温度；α为试验常数,采用O. 0250C '
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述贯入器由外筒、测点安装筒、滑动套筒、四开锥筒构成，外筒和测点安装筒均由10节组成，每节长I米，相互间通过螺纹固定连接，测点安装筒外表面标有刻度，外筒上还设置有打击帽，打击帽外围两端焊接有两个耳环，两个耳环间设置有一不锈钢链，外筒的下端设置有钢材制成的活瓣式锥筒尖。
10.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述智能控制终端进一步用于在揭示填埋堆体内部变形、裂缝、渗透破坏、以及填埋堆体滑动破坏所对应的结构异常情况与其电阻率不规则因子的内在关联的基础上，构建相应的填埋堆体变形、裂缝、渗透、滑动破坏与其结构变化相稱合的结构性应力-应变本构模型；对Biot Consolidation Finite ElementMethod(BCFEM)有限元程序进行相应部分的修改，将所构建的结构性本构模型编成子程序，并对相应的求解方法进行修改，进行模型的数值计算，进而将模型应用于实际的填埋工程，进行填埋场是否会发生部变形、裂缝、渗透破坏、或滑动破坏的填埋场工程安全预警。
全文摘要
本发明公开了一种垃圾填埋场电阻率不规则因子测试及工程安全预警方法与系统，在垃圾填埋堆体施工、运营、维护期的整个过程中，数据采集探测器采集垃圾填埋场所测试填埋体的水平电阻信号及垂直电阻信号，数据采集控制模块根据非平衡电桥原理计算出垃圾填埋场所测试填埋体的水平电阻值及垂直电阻值，智能控制终端根据所测试填埋体的水平电阻值及垂直电阻值计算获得电阻率不规则因子，进而实时监测填埋堆体在施工、运营、维护期整个过程中的内在结构变化情况，从而进行垃圾填埋场工程安全预警。该系统能贯穿于填埋工程建设运行始终，具有操作简便快捷、连续无损、成果可靠、成本低廉、易于推广等优点，且填补了填埋工程风险评估与工程安全预警的空白，具有较强的推广与应用价值。
文档编号G01R27/02GK102944748SQ20121045524
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者于小娟, 施建勇, 秦建香, 苏瑛, 张荣兰, 钱俊 申请人:盐城工学院