輸電桿塔基礎(chǔ)的災(zāi)變監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)

王年孝

（中山供電局，廣東 中山528400）

0 引言

輸電桿塔基礎(chǔ)是輸電線路的重要組成部分，受到輸電線路走廊氣候和地形地貌多樣性、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件差異性、巖土體類型變化性以及地下水復(fù)雜性的影響，桿塔基礎(chǔ)容易產(chǎn)生不良風(fēng)雨荷載作用下的災(zāi)變損傷及環(huán)境巖土工程問題，甚至發(fā)生倒塔事故。本文針對中山地區(qū)氣候與地質(zhì)特點，采用多學(xué)科交叉方法，采用現(xiàn)代電子和通信技術(shù)，建立塔基滑坡遠程監(jiān)測系統(tǒng)，有效提高了中山輸電線路基礎(chǔ)體對強風(fēng)雨極端氣候條件的處置能力，實現(xiàn)了強風(fēng)雨荷載作用下輸電塔桿基礎(chǔ)的安全監(jiān)控與預(yù)警，為輸電線路長期安全運行和應(yīng)對極端氣候災(zāi)害風(fēng)險提供了參考，有利于為救災(zāi)搶險制定技術(shù)方案。

1 中山地區(qū)強風(fēng)雨特征與典型滑坡工程地質(zhì)特征研究

收集中山地區(qū)地質(zhì)條件、氣象資料及降雨誘發(fā)邊坡地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)資料，建立如圖1所示輸電線路桿塔基礎(chǔ)地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫，為輸電線路桿塔分析誘發(fā)滑坡的降雨量、持續(xù)時間、降雨日、降水強度及其時空分布，研究降雨特征與統(tǒng)計臨界降雨強度的時空相關(guān)性提供支撐；以中山地區(qū)滑坡分布規(guī)律為基礎(chǔ)，針對中山地區(qū)不同降雨強度特征滑坡選取典型滑坡，研究滑坡體的地質(zhì)成因、結(jié)構(gòu)特性和環(huán)境效應(yīng)。

圖1 輸電線路桿塔基礎(chǔ)地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫

2 強風(fēng)雨荷載作用下輸電塔—線體系的災(zāi)變特點和規(guī)律分析方法

通過強風(fēng)荷載、強降雨荷載的實測，進行輸電塔—線體系強風(fēng)雨荷載的統(tǒng)計特點及規(guī)律研究，建立上部輸電塔—線體系的風(fēng)雨激勵動力分析模型，根據(jù)不同強度風(fēng)雨荷載作用下塔—線體系穩(wěn)定性特點和規(guī)律，得出塔—線體系應(yīng)力分布特點和規(guī)律，最終得出輸電桿塔災(zāi)變損傷模式。以降雨特征與統(tǒng)計臨界降雨強度及滲流特性為基礎(chǔ)，建立典型塔基滑坡巖土體飽和與非飽和非穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型，分析不同降雨過程下典型塔基滑坡體內(nèi)滲流場分布特征與演變規(guī)律；以巖土體力學(xué)特性和滲透特性研究為基礎(chǔ)，建立降雨條件下塔基滑坡巖土體滲流—應(yīng)力耦合分析模型，分析降雨條件下典型塔基滑坡巖土體的變形特征及其演變規(guī)律。針對典型塔基滑坡，通過試驗研究、反演分析、工程類比方法，系統(tǒng)研究飽和與非飽和條件下巖土體非線性力學(xué)與滲透特性，特別是在非飽和條件下的降雨入滲參數(shù)、土水特征曲線和強度準(zhǔn)則。以滲流—應(yīng)力耦合分析模型為基礎(chǔ)，對不同降雨強度、降雨時程、巖土體力學(xué)和滲透特性進行組合，研究典型塔基滑坡體內(nèi)應(yīng)力、變形和孔隙水壓的分布規(guī)律，通過塑性區(qū)的分布特征與演變規(guī)律探討降雨條件下典型塔基滑坡可能的失穩(wěn)機理。

3 強風(fēng)雨荷載下中山塔基滑坡災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場勘查與失穩(wěn)機理研究成果，確立監(jiān)測變量和監(jiān)測布置原則；以拉索位移計、容柵式雨量計、固定式測斜儀等設(shè)備為基本單元開展監(jiān)測，采用建設(shè)周期短、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣的傳輸技術(shù)建立監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)中心與多個塔基邊坡單體監(jiān)測子站的不間斷聯(lián)系，通過因特網(wǎng)建立管理部門（救災(zāi)防災(zāi)中心）與監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)中心的聯(lián)系通道，由此形成適用于塔基邊坡地質(zhì)災(zāi)害的簡明、自動、經(jīng)濟、高效的遠程監(jiān)測系統(tǒng)。圖2為輸電線路塔基滑坡監(jiān)測系統(tǒng)示意圖。

圖2 輸電線路塔基滑坡監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

4 強風(fēng)雨荷載下塔基滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型

通過詳細(xì)調(diào)查中山地區(qū)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的歷史資料，統(tǒng)計分析該地區(qū)滑坡發(fā)生與降雨特征的關(guān)系，提出降雨區(qū)域預(yù)警的指標(biāo)。采用飽和與非飽和滲流有限元對中山地區(qū)典型滑坡體進行降雨入滲模擬，研究降雨強度、降雨持時和降雨類型對邊坡滲流和穩(wěn)定的影響，驗證和改進有效降雨量經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。將改進后考慮降雨入滲規(guī)律的有效降雨量模型與滑坡發(fā)生的歷史概率曲線相結(jié)合，得到中山地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域降雨預(yù)警模型，建立相應(yīng)的風(fēng)險防御措施。針對所監(jiān)測的單體邊坡，設(shè)計不同的風(fēng)雨荷載量和巖土體參數(shù)組合，采用飽和與非飽和滲流有限元計算對應(yīng)的滑坡安全系數(shù)Fs和監(jiān)測點的位移u，可以作出相應(yīng)的滑坡安全系數(shù)與監(jiān)測點位移的關(guān)系曲線，以此為依據(jù)來確定該邊坡監(jiān)測點位移的階段預(yù)警值。

5 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的災(zāi)變監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)

采用網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過ASP.NET 開發(fā)三層B/S結(jié)構(gòu)模式的監(jiān)測數(shù)據(jù)實時發(fā)布和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，建立塔基邊坡監(jiān)測信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠程實時接收和可視化管理分析，為管理部門及時了解現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果和快速決策提供了強有力的平臺支持。針對邊坡變形破壞模式復(fù)雜多樣，集成多種時間預(yù)測模型，形成了變形預(yù)測模型庫，采用可視化的圖形工具，可以為不同類型和不同演化階段的邊坡選取合適的預(yù)報模型，使邊坡變形預(yù)測更具針對性和可靠性?；谶吰碌刭|(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計分析和邊坡失穩(wěn)力學(xué)機理分析，建立基于降雨量和位移的綜合預(yù)警模型。同時基于GSM 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端，開發(fā)短信預(yù)警發(fā)送功能，根據(jù)設(shè)定的變形和有效降雨量預(yù)警指標(biāo)，自動向特定人群實時發(fā)送預(yù)警短信，提高了信息發(fā)布的實效性和自動化水平，為防災(zāi)減災(zāi)提供了最新的決策支持。

6 結(jié)語

本文介紹了建立和研發(fā)輸電桿塔基礎(chǔ)在風(fēng)雨荷載作用下安全預(yù)警系統(tǒng)的方法與實現(xiàn)的技術(shù)手段，所開發(fā)的中山塔基邊坡遠程監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具有簡明、自動、實時、遠程、經(jīng)濟、高效的特點，可實時獲取監(jiān)測點的位移和降雨量信息，進行變形預(yù)測分析，并結(jié)合區(qū)域降雨量預(yù)警模型和位移預(yù)警模型進行實時預(yù)警及網(wǎng)絡(luò)和手機信息發(fā)布，適合在南方多雨地區(qū)電網(wǎng)塔基監(jiān)測預(yù)警中推廣，具有較為顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

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