一种导电混凝土接地网监测大地裂隙滑坡的装置及方法

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种导电混凝土接地网监测大地裂隙滑坡的装置及方法。

背景技术

目前，我国输电线路的接地网设计比较简单，大多利用扁钢、圆钢等金属材料作为接地电极，以杆塔基础为中心向四外放射埋设。但是这些接地体的材料不耐腐蚀，接地电阻增大，年久失修，使得接地网导电性能大大降低，且接地体占用土地面积较大。近年来，输电线塔的接地设计要求在逐步提高，但是采取降低接地电阻的形式较单一，仅仅是延长射线、增加接地网钢筋截面、采用降阻剂等。这些方法会造成成本增加，降阻剂往往给土壤带来有毒有害物质。而且综合来看，上述措施短期内降低电阻的效果较好，但随着运行时间的增加、地网的腐蚀、模块性能的老化等，接地装置的防雷效果会逐步减弱，对线路安全运行埋下隐患。

另外，如果输电塔位于山坡位置，则滑坡危害往往是造成输电塔破坏的主要原因，监测输电塔附近山坡土体的安全显得尤为重要。目前监测滑坡的方法包括地表位移监测、深部位移监测、应力监测、地下水位监测等方法，也有利用土体导电性对滑坡进行健康监测的方法，利用导电性的方法有监测范围大、结果准，且对灾害的预测具有更高的超前性。近年来，利用土体的导电性，对大地的裂隙、滑移带等进行监测的手段吸引越来越多的学者注意，但是对于实现更广范围的土体健康监测，目前尚缺乏行之有效的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种导电混凝土接地网监测大地裂隙滑坡的装置及方法，利用输电线路接地网及其建造施工过程，构建监测大地裂隙滑坡安全的监测系统，即提升了接地网的耐久性，也实现了监测输电线路设施地基基础安全的目的，并且监测范围大，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种导电混凝土接地网监测大地裂隙滑坡的装置，包括接地模块、接地网放射线、输电塔和输电塔基础；接地模块与接地网放射线相连接，输电塔通过输电塔基础与接地网方放射线相连接。

优选地，接地模块，包括镀锌扁钢、导电混凝土、预制塑料连接头和端部导电混凝土；

镀锌扁钢通过接地网放射线连接有接地网放射线镀锌扁钢；导电混凝土通过预制塑料连接头与端部导电混凝土连接，预制塑料连接头，用于保证导电混凝土与端部导电混凝土之间绝缘。

优选地，导电混凝土的内部植入有第一铜丝网片电极和第二铜丝网片电极；该装置还包括连接基体导电混凝土的导线；

第一铜丝网片电极和第二铜丝网片电极与连接基体导电混凝土的导线连接。

优选地，端部导电混凝土的内部植入有第三铜丝网片电极；该装置还包括连接端部导电混凝土的导线；

第三铜丝网片电极与连接端部导电混凝土的导线连接。

优选地，预制塑料绝缘连接块，包括方孔塑料管、塑料圆盘和孔洞；

接地网放射线镀锌钢板插入方孔塑料管中，并通过绝缘胶粘结；塑料圆盘，用于保证导电混凝土与端部导电混凝土之间绝缘；方孔塑料管上的孔洞，用于保证端部导电混凝土与之牢固粘结。

此外，本发明还提到一种导电混凝土接地网监测大地裂隙滑坡的方法，该方法采用如权利要求1所述的，包括如下步骤：

步骤1：利用导电填料制作导电混凝土；

步骤2：在接地网放射线端部的镀锌扁钢表面包裹导电混凝土；

步骤3：利用接地网放射线端部的端部导电混凝土作为电极，利用电阻层析成像的方法反演得到输电塔下大地的电阻率分布状态和地基的安全性。

优选地，采用石墨烯、炭黑和钢纤维作为导电填料。

优选地，石墨烯采用原状石墨烯粉末，石墨烯的片层厚度为<1nm，大小<1μm；炭黑粒度为1-10μm；钢纤维的直径0.1-0.2mm，长度10-15mm；导电混凝土的长度为1-2m，直径为100-150mm。

优选地，通过检测第一铜丝网片电极和第二铜丝网片电极之间电阻率的变化，表征接地网的受力和受腐蚀情况，从而表征接地网的健康状态；利用4电极构建的电阻层析成像方法，通过监测连接端部导电混凝土的导线与大地构成的连接体的电阻率的变化，反演得到大地的裂隙滑坡发生发展状况，从而实现对大地健康状况的监测。

优选地，基于4电极构建的电阻层析成像方法，包括如下步骤：

步骤S1：依次在任何两个相邻电极上施加电压，并在任何两个电极上检测电流，除了施加电压的两个电极；

步骤S2：将大地视为平面无限体和深度半无限体，基于正问题方法将大地离散成有限个体单元，边界处为无限体单元；

步骤S3：利用线性反投影法，反演得到以4个电极为基准的约500米范围、约100米深度内大地电阻率分布，根据电阻率分布的变化，实现对大地裂隙、滑坡的监测；

步骤S4：利用图像处理方法，根据步骤S3得到的大地电阻率分布建立三维立体电阻率分布云图，实现大地健康检查的可视化操作。

本发明所带来的有益技术效果：

该导电混凝土模块可与原有接地网放射线的镀锌钢板方便连接，导电混凝土包裹镀锌钢板能增大接地网与大地的接触面积，减小接地电阻。而且，通过监测该导电混凝土中的电极间电阻率变化，可以掌握接地网的健康状况。

该导电混凝土模块端部的导电混凝土作为电极，基于电阻层析成像的原理，构成可以检测大地裂隙滑坡等安全隐患的一种方法，并实现可视化操作。

该种导电混凝土耐腐蚀，经久耐用。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

1-导电混凝土接地模块；2-接地网放射线；3-输电塔；4-输电塔基础；

图2为导电混凝土接地模块结构示意图；

11-镀锌钢板；12-导电混凝土；13-预制塑料绝缘连接块；14-端部导电混凝土；15-连接端部导电混凝土的导线；16-连接基体导电混凝土的导线；17-第一铜丝网片电极；18-第二铜丝网片电极；19-第三铜丝网片电极；

图3为预制塑料绝缘连接块结构示意图；

131-方孔塑料管；132-塑料圆盘；133-孔洞；

图4为基于4电极的电阻层析成像得到的监测范围示意图；

图5位基于4电极的电阻层析成像得到的监测深度示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，一种导电混凝土接地网监测大地裂隙滑坡的装置，包括接地模块1、接地网放射线2、输电塔3和输电塔基础4；接地模块1与接地网放射线2相连接，输电塔3通过输电塔基础4与接地网方放射线2相连接。

接地模块1，包括镀锌扁钢11、导电混凝土12、预制塑料连接头13和端部导电混凝土14；

镀锌扁钢11通过接地网放射线2连接有接地网放射线镀锌扁钢；导电混凝土12通过预制塑料连接头15与端部导电混凝土14连接，预制塑料连接头13，用于保证导电混凝土12与端部导电混凝土14之间绝缘。

导电混凝土12的内部植入有第一铜丝网片电极17和第二铜丝网片电极18；该装置还包括连接基体导电混凝土的导线16；

第一铜丝网片电极17和第二铜丝网片电极18与连接基体导电混凝土的导线16连接。

端部导电混凝土14的内部植入有第三铜丝网片电极19；该装置还包括连接端部导电混凝土的导线15；

第三铜丝网片电极19与连接端部导电混凝土的导线15连接。

预制塑料绝缘连接块13，包括方孔塑料管131、塑料圆盘132和孔洞133；

接地网放射线镀锌钢板插入方孔塑料管131中，并通过绝缘胶粘结；塑料圆盘132，用于保证导电混凝土12与端部导电混凝土14之间绝缘；方孔塑料管上的孔洞133，用于保证端部导电混凝土14与之牢固粘结。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，本发明还提到一种导电混凝土接地网监测大地裂隙滑坡的方法，包括如下步骤：

步骤1：利用导电填料制作导电混凝土；

步骤2：在接地网放射线端部的镀锌扁钢表面包裹导电混凝土；

步骤3：利用接地网放射线端部的端部导电混凝土作为电极，利用电阻层析成像的方法反演得到输电塔下大地的电阻率分布状态和地基的安全性。

采用石墨烯、炭黑和钢纤维作为导电填料。

石墨烯采用原状石墨烯粉末，石墨烯的片层厚度为<1nm，大小<1μm；炭黑粒度为1-10μm。

钢纤维的直径0.1-0.2mm，长度10-15mm；导电混凝土的长度为1-2m，直径为100-150mm。

通过检测第一铜丝网片电极和第二铜丝网片电极之间电阻率的变化，表征接地网的受力和受腐蚀情况，从而表征接地网的健康状态。

利用4电极的方式构建电阻层析成像方法，通过监测连接端部导电混凝土的导线与大地构成的连接体的电阻率的变化，基于4电极构建的电阻层析成像方法，包括如下步骤：

步骤S1：依次在任何两个相邻电极上施加电压，并在任何两个电极上(除了施加电压的两个电极)检测电流；

步骤S2：将大地视为平面无限体和深度半无限体，基于正问题方法将大地离散成有限个体单元，边界处为无限体单元；

步骤S3：利用线性反投影法，反演得到以4个电极为基准的约500米范围、约100米深度内大地电阻率分布，根据电阻率分布的变化，可以实现对大地裂隙、滑坡的监测；

步骤S4：利用图像处理方法，根据步骤S3得到的大地电阻率分布建立三维立体电阻率分布云图，可以实现大地健康检查的可视化操作。

图4为基于4电极的电阻层析成像得到的监测范围示意图；

图5位基于4电极的电阻层析成像得到的监测深度示意图。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。