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公開番号2025110851
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-29
出願番号2024013229
出願日2024-01-31
発明の名称斜面土壌体浸透係数モニタリング方法とシステム
出願人浙江大学,ZHEJIANG UNIVERSITY
代理人TRY国際弁理士法人
主分類E02D 17/20 20060101AFI20250722BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】斜面土壌体浸透係数モニタリング方法を提供する。
【解決手段】測定点の地下水を地上に導いて自然的に排水し、排水口の水流運動特徴を測定し、排水口の測定区間内における流速と流量変化データを利用し、地下水の動粘度と導水管構造材料特徴パラメータを結び付けて、斜面地下水標高、及び斜面地下水浸透係数を逆演算して測算する。最適化方案は、測定管と補助排水管を設置することにより、外乱のない流速測定と水位の標高差補強の技術矛盾を両立させ、測定方案の局所と全体の精度と感度を高める。利用地上環境温度を利用して地下水流体の動粘度を測算する問題も解決する。同時にモニタリングシステム方案を提供する。全く新たな地下水浸透係数モニタリング技術案であり、且つ低コスト、低エネルギー消費である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
斜面土壌体浸透係数モニタリング方法であって、地下測定部位Ｐを決定し、測定区間
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式において、ｋ－地下測定部位の土壌体浸透係数、ｍ／ｓであり、
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ｂ－ボーリング穴の長さ、ｍであり、測定設計操作パラメータによって決定される、ことを特徴とする斜面土壌体浸透係数モニタリング方法。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
点Ｐの時刻ｔにおける地下水標高ａは、式２によって計算され、
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式において、ａ－点Ｐのｔにおける地下水標高、ｍ、
ｖ－時刻ｔの地上排水口流速、ｍ／ｓであり、モニタリングデータＤによって決定され、
μ－地下水の動粘度、Ｐａ・ｓであり、測定設計操作パラメータによって決定され、
Ｌ－導水管の長さ、ｍであり、測定設計操作パラメータによって決定され、
ρ－地下水密度、ｇ／ｃｍ
３
であり、測定設計操作パラメータによって決定され、
ｃ－導水管の水力半径、ｍであり、測定設計操作パラメータによって決定され、
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24
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【請求項３】
前記地下水流体の動粘度μは、式３の連立方程式によって計算され、
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式において、ｆ－地下水の運動粘度、ｍ
２
／ｓであり、
ｅ－地上環境温度、℃であり、測定設計操作パラメータによって決定される、ことを特徴とする請求項２に記載のモニタリング方法。
【請求項４】
前記測定区間Ｔ内において、測定装置の地上排水口は、安定した排水を保持し、Ｔは、８ｈ～２４ｈである、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のモニタリング方法。
【請求項５】
導水管を取り付けた後、排水口端で補助充水操作を行い、導水管路を満水にし、排水口の排水を導く、ことを特徴とする請求項４に記載のモニタリング方法。
【請求項６】
透水筒にＮ本の導水管を挿入し、Ｎ≧２であり、Ｎ本の導水管の取水口は、透水筒内の液面以下の同一点であり、排水口は、地上の同じ標高箇所にあり、Ｎ本の導水管のうちの１本は、測定管であり、残りは、補助排水管であり、測定管の排水口から収集点Ｐの地下水特徴のモニタリングデータＤを測定し、Ｎ本の導水管の仕様は、同じである、ことを特徴とする請求項４に記載のモニタリング方法。
【請求項７】
斜面土壌体が粘土である場合、Ｎ＝３～７であり、斜面土壌体がシルトロームである場合、Ｎ＝７～１３であり、斜面土壌体が砂土である場合、Ｎ＝１６～２４である、ことを特徴とする請求項６に記載のモニタリング方法。
【請求項８】
ボーリング穴及び透水筒は、斜面法面に垂直に取り付けられる、ことを特徴とする請求項４に記載のモニタリング方法。
【請求項９】
前記透水筒コア層スリーブ末端の円錐状透水石を地下単一帯水層に保持し、導水管の内径は、５ｍｍよりも小さい、ことを特徴とする請求項４に記載のモニタリング方法。
【請求項１０】
請求項１～３のいずれか１項に記載の斜面土壌体浸透係数モニタリング方法を利用して実現される斜面土壌体浸透係数モニタリングシステムであって、斜面土壌体浸透係数測定部位Ｐを設定し、点Ｐにおいてボーリング穴を開けて透水筒を入れ、地下水が透水筒に入ることを保証し、導水管の取水口を透水筒内の液面以下に伸ばし、導水管の排水口を地上に導き、排水口の排水が安定になったら、収集点Ｐの地下水特徴のモニタリングデータＤを測定し、モニタリングデータＤと測定設計操作パラメータを利用して点Ｐの土壌体浸透係数ｋを測算する、ことを特徴とする斜面土壌体浸透係数モニタリングシステム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜面モニタリング測定技術に関し、特に斜面土壌体浸透特徴をモニタリングする方法とシステムに関し、環境モニタリング測定技術、工事地質土壌体モニタリング測定技術分野に属する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
土壌体浸透係数は、斜面の重要な地質パラメータである。様々な斜面安全安定性分析、斜面災害防除研究、斜面災害モニタリング事前警報技術において、斜面土壌体浸透係数は、ほとんど不可欠な土壌体特徴パラメータであり、斜面土壌体のミクロレベル作用力平衡分析の基礎である。
【０００３】
従来の土壌体浸透係数測定技術は、大体二つの方案があり、第一類の方案は、現場土壌体のサンプリングと実験室の計器分析の結合を採用することである。このような方案は、一般的には各種の実験測定装置計器を設計開発し、ひいては異なる土壤タイプに対して専門計器を設計し、精密センサにより関連データを収集する。このような方案の利点は、測定精度の制御性が良く、測定結果の正確性が比較的高い。明らかな欠陥は、主に過程が比較的に煩雑で、時間が相対的に長いことにあるが、さらに際立った欠陥は、計器測定環境が密閉的で理想的な環境に属し、計器シミュレーションの環境条件の変化が限定的で、試験原土の受ける力が相対的に安定で均一で、試験環境と野外真実環境に常に一定の差異が存在することである。
【０００４】
第二類の方案は、土壌体現場（原位置）測定である。このような方案の技術設計の際立った利点は、測定環境の野外真実性にあり、第一類の方案の欠陥を的確に克服することができる。しかしながら、従来の原位置測定方案の技術欠陥も同様に明らかである。従来の技術ＺＬ２０１８１０５０１８１８．Ｘは、土壌体原位置浸透係数測定装置及び試験方法を開示し、測定装置は、圧力装置と、圧力コントローラと、水流速度計と、測定棒と、圧力センサと、垂直計と、水タンクと、ストレーナとを含み、圧力コントローラは、圧力装置、水流速度計、圧力センサに電気的に接続され、圧力コントローラは、圧力の表示、測定と制御を一体化しており、製品の圧力装置は、圧力コントローラの作用で、真空ポンプ又は圧力ポンプにより、測定土壌体に負圧の強度を提供することができ、正圧の強度を提供することもでき、土砂と粘土に適用される。この技術の主な技術欠陥は、第１に、測定過程において特定の測定プラットフォームを構築する必要があり、圧力ポンプは、測定過程において常に正圧の強度を提供し、この条件において各種データを読み取る。つまり、測定が「原位置」で開展されるが、測定される土壌体は、実際に常に人為的に制御される条件にある局所土壌体であり、測定過程は、「原位置」であるが「不自然」であり、原位置測定は、最も重要な技術価値を失ってしまった。第２に、従来の揚充水量が比較的大きく、且ついずれも動力条件を別途追加する必要があり、追加のエネルギー損失が必要である。同時に、この過程において測定パラメータが多く、モニタリング過程が比較的に複雑で、測定誤差が出やすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来の技術の不足に対して、野外での原位置で、且つ自然な測定技術価値を実現できる斜面土壌体浸透係数測定技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を実現するために、本発明は、まず斜面土壌体浸透係数モニタリング方法を提供し、その技術案は、以下のとおりである。
【０００７】
斜面土壌体浸透係数モニタリング方法であって、地下測定部位Ｐを決定し、測定区間
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式において、ｋ－地下測定部位の土壌体浸透係数、ｍ／ｓであり、
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ｂ－ボーリング穴の長さ、ｍであり、測定設計操作パラメータによって決定されることを特徴とする。
【０００８】
上記斜面土壌体浸透係数モニタリング方法は、連通管の液体流動エネルギー平衡原理に基づいて、地下水を地上に導き、地上排水口の水流運動パラメータデータをモニタリングすることにより、地下モニタリング部位の土壌体浸透係数を逆演算する。先行研究に基づいて、逆演算計算モデルのデータ基礎は、ボーリング穴データと測定時刻の地下水変化パラメータとを含み、１つは、地上排水口の水流運動モニタリングデータ（流量Ｗ）であり
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従来の技術（例えば、ＣＮ２０２３１１４９８７６２４、地下水水位の標高測定方法、貯水量測定システム及び応用）を利用して測定することができる。
【０００９】
本発明は、先行研究データに基づいて、上記モニタリング方法を最適化する。具体的には、ダルシーの法則に基づいて、排水口で流速と測定部位の土壌体浸透係数パラメータとの間をモニタリングする逆演算計算モデルを直接構築するとともに、地下水の動粘度を逆演算計算モデルに組み入れ、地下水の流体性質が排水口流速に与える影響を計算モデル測定で具現できることを保証する。点Ｐの時刻ｔにおける地下水標高ａは、式２によって計算される。
【００１０】
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式において、ａ－点Ｐのｔにおける地下水標高（ｍ）、ｖ－時刻ｔの地上排水口流速（ｍ／ｓ）、μ－地下水の動粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌ－導水管の長さ（ｍ）、ρ－地下水密度
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（【００１１】以降は省略されています）

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