岩土渗透流速荧光监测的基础试验及仪器设计

摘要

据统计，大多数边坡坍塌和滑坡等地质灾害的发生同坡体地下水渗流场动态特征和变化规律有密切关系，如突遭大雨引起边坡内部的孔隙水压力上扬，加剧各种动静水压作用，破坏渗流场的动态平衡，使岩土体发生泥化，抗剪强度下降，协同其他不利因素很可能导致边坡滑坡或崩塌。因此，加强边坡体中渗流场的监测对边坡的稳定性评价及安全监测有重要意义。
　　对岩土体中渗流流速的测量方法主要有抽水法和示踪剂法，示踪剂法分为人工示踪剂法、环境同位素年龄法和热示踪法。本文提出一种基于水基荧光剂对岩土体中渗透流速测量的方法。该法根据投放在测孔中的水基荧光剂在渗流的稀释作用下浓度不断下降，由稀释的速率间接求出渗透流速。然而，直接在测孔中测量荧光剂的浓度是非常困难和麻烦的。根据荧光剂在激发作用下释放出荧光的特性，通过建立荧光强度与荧光剂浓度两者之间的相关关系，从而使测量荧光剂的浓度转化为测量其荧光强度。荧光的强度大小可以通过荧光检测探头进行测量以光电流形式反映，从而实现对边坡岩土体中渗透流速的测量。本文的主要研究工作如下：
　　（1）筛选出一种适合于边坡岩土体渗透流速测量的荧光剂。岩土体中渗透流速测量所用的荧光剂应具有以下特性：发光效率高、化学性质稳定、易溶于水、激发光波长与荧光波长相差大易于滤光、无毒及获取容易、经济等。经对比，最终确定Luyor-6200为渗透流速测量使用的荧光剂。
　　（2）对Luyor-6200荧光剂的稳定性、荧光强度影响因素及毒性等基本性能进行试验研究。通过试验可得，Luyor-6200荧光剂对人体是无毒的；制作简易的荧光检测探头，验证了Luyor-6200化学性质很稳定；在激发光强度、浓度不变时Luyor-6200的荧光强度不受溶液pH影响，但需考虑温度影响。
　　（3）建立光电流与荧光剂溶液浓度、溶液温度三者之间的数学关系。采用控制单一变量的方法，通过试验得到不同浓度、不同温度下的光电流值，采用多元非线性回归分析方法建立三者之间的数学关系表达式。
　　（4）渗透流速荧光监测仪的初步设计。根据渗透流速的测量原理，结合光电流、浓度及温度三者之间的相关关系，选定相关元器件对渗透流速荧光监测仪进行初步设计。

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目录

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 研究意义

1.3 渗透流速测定方法

1.4 荧光剂的应用现状

1.5 主要研究内容

2 边坡岩土体中渗透流速测量的理论基础

2.1 单孔点稀释测渗方法

2.2 考虑垂向流的广义稀释定理

2.3 单孔稀释法的测量误差分析

2.4 本章小结

3 满足岩土体渗流测量的荧光剂选择及其性能研究

3.1 荧光物质的发光原理

3.2 荧光剂的选择原则

3.3 简易荧光强度检测探头的设计

3.4 Luyor-6200荧光剂的特性研究

3.5 本章小结

4 建立光电流与荧光剂浓度、温度三者数学关系

4.1 光电流与荧光剂浓度、温度相关数据采集

4.2 数据处理方法

4.3 建立光电流与荧光剂浓度、温度三者关系

4.4 本章小结

5 渗透流速荧光监测仪的初步设计

5.1 各类测量探头简介

5.2 渗透流速荧光监测仪的设计原理及基本要求

5.3 渗透流速荧光监测仪的设计

5.4 可靠性和抗干扰设计

5.5 本章小结

6 结语

6.1 总结

6.2 文中需改进的地方

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著