邊坡監(jiān)測建立監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題

建立能滿足以上原則的監(jiān)測系統(tǒng),要解決好關(guān)鍵部位和敏感部位的確定和監(jiān)測技術(shù)水平等關(guān)鍵問題。

（1） 關(guān)鍵部位和敏感部位的確定

根據(jù)突破理論,巖土體發(fā)生破壞,不可能各個(gè)部位都同時(shí)發(fā)生,只能從一處或少數(shù)幾處開始發(fā)生點(diǎn)破壞,然后隨著應(yīng)力調(diào)整、強(qiáng)度和外界條件等的變化,或者繼續(xù)發(fā)生逐次破壞,或者轉(zhuǎn)向穩(wěn)定。 因此,優(yōu)先監(jiān)測潛在變形破壞點(diǎn)能提高整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的效率。

突破理論應(yīng)用的關(guān)鍵是確定關(guān)鍵部位和敏感部位,這就需要綜合研究各種信息,包括工程信息、地質(zhì)條件信息、理論分析成果、專家群體經(jīng)驗(yàn)、施工運(yùn)行中的信息及氣象信息等,分析邊坡各種可能的變形破壞機(jī)理,研究各種變形破壞機(jī)理下的可能的關(guān)鍵部位和敏感部位,最后綜合確定邊坡的關(guān)鍵部位和敏感部位。

工程應(yīng)用表明,由有理論、有經(jīng)驗(yàn)且熟悉各種信息的人員主持監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),不僅可以使監(jiān)測系統(tǒng)具有更高的效率,而且還可以節(jié)約大量的監(jiān)測經(jīng)費(fèi)。

（2） 監(jiān)測技術(shù)研究

監(jiān)測系統(tǒng)的功能主要依靠監(jiān)測技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的可靠性很大程度上取決于監(jiān)測儀器的可靠性。 所以建立監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)首先要了解當(dāng)前監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r,選擇合適的儀器,必要時(shí)可研制適用儀器,提高監(jiān)測技術(shù)水平。

由于巖土工程的地質(zhì)條件和工程條件的復(fù)雜性,為了滿足具體工程的不同要求,人們對監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展極其重視。監(jiān)測儀器種類繁多,從功能上看,監(jiān)測儀器分為位移監(jiān)測、動態(tài)監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測以及地表水和地下水監(jiān)測。原理上看,分為機(jī)測、電測和光學(xué)測量等類型。從讀數(shù)方法上看,主要有接觸測量、有線遙測和無線遙測三種。

1 　監(jiān)測目的

邊坡工程監(jiān)測的主要目的: (a) 為了保證工程施工和運(yùn)行的安全。 (b) 評價(jià)邊坡理論分析結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)判斷

成果的依據(jù),是修改設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工的客觀標(biāo)準(zhǔn)。 (c) 為工程巖土體力學(xué)參數(shù)的反演分析提供資料。 (d) 為掌

握邊坡變形特征和規(guī)律提供資料,指導(dǎo)在邊坡發(fā)生嚴(yán)重變形條件下的應(yīng)急處理。 (e) 為分析巖體結(jié)構(gòu)與邊坡

變形破壞的關(guān)系,預(yù)測邊坡變形破壞趨勢,評價(jià)邊坡的長期穩(wěn)定性提供條件。

2 　監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

由于監(jiān)測系統(tǒng)對邊坡設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行都起著相當(dāng)重要的作用,重要工程的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)通過綜合各種有關(guān)資料和信息進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。一般要按照以下設(shè)計(jì)原則:

(a) 可靠性原則　包括監(jiān)測方法的可靠性和監(jiān)測儀器的可靠性。

(b) 多層次原則　指采用多種監(jiān)測手段以便互相補(bǔ)充和校核;采用地表監(jiān)測和地下監(jiān)測相結(jié)合的立體監(jiān)測。

(c) 以位移為主的監(jiān)測原則　變形監(jiān)測是邊坡監(jiān)測的主要手段,也是變形破壞分析的基本依據(jù)。

(d) 關(guān)鍵部位優(yōu)先原則　分析各種有關(guān)資料,確定監(jiān)測的關(guān)鍵部位和敏感部位等重點(diǎn)部位,并優(yōu)先布置監(jiān)測點(diǎn)。

(e) 整體控制原則　保證監(jiān)測系統(tǒng)對整個(gè)邊坡的覆蓋。

(f) 遵照工程需要原則　監(jiān)測系統(tǒng)的布置要充分考慮工程的特點(diǎn)和工程建筑對邊坡的要求。

(g) 方便適用原則　監(jiān)測方法和儀器要便于操作和分析,力求簡單易行。

(h) 經(jīng)濟(jì)合理原則　監(jiān)測系統(tǒng)要考慮信息的豐富性和造價(jià)的合理性兩方面的要求 。

邊坡穩(wěn)定問題由于受其復(fù)雜的地質(zhì)條件的影響,一直是巖土工程界關(guān)注的焦點(diǎn)問題。 隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人類的工程活動必然越來越頻繁,規(guī)模也越來越大。同時(shí),由于工程場地的可選余地正在減少,工程設(shè)計(jì)在一定程度上將面臨更加復(fù)雜的地質(zhì)條件。 因此,在進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)時(shí)需要更多的考慮邊坡的地質(zhì)條件對其穩(wěn)定性的影響及其變化趨勢。

長期以來,工程地質(zhì)界、巖土力學(xué)界對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了大量的研究工作,但至今仍難以找到準(zhǔn)確評價(jià)的理論和方法。比較有效地處理這類問題的方法,就是理論分析、專家群體經(jīng)驗(yàn)知識和監(jiān)測控制系統(tǒng)相結(jié)合的綜合集成的理論和方法。

可見邊坡監(jiān)測與反饋分析是邊坡工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。同時(shí),為了使監(jiān)測與反饋符合巖土工程動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)和信息化施工的要求,需要建立監(jiān)測信息快速反饋分析技術(shù) 。

監(jiān)測信息分析是邊坡監(jiān)測的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通常先根據(jù)現(xiàn)場情況對監(jiān)測數(shù)據(jù)作初步分析,即現(xiàn)場考察儀器是否正常、測點(diǎn)是否損壞、測值有無人為錯(cuò)誤等,目的是剔除已被證明為不可靠的測值和對邊坡穩(wěn)定狀況作初步判斷。 監(jiān)測數(shù)據(jù)集中后,可用多種分析方法進(jìn)行分析,目的是研究監(jiān)測信息反映的邊坡狀況。常規(guī)的分析方法主要用于位移信息的分析研究。

a. 位移- 時(shí)間曲線分析法　 是常規(guī)分析法,具有直觀、快捷的優(yōu)點(diǎn),在分析中注意曲線形態(tài)和曲線是否收斂。

b. 回歸分析法　 用于研究位移變化規(guī)律,預(yù)測以后的位移變化。 曲線通常分指數(shù)型、對數(shù)型和雙曲線型等。

c. 時(shí)間序列分析法　 用于處理與時(shí)間有關(guān)的離散有序數(shù)列,以預(yù)測位移。

d. 灰色系統(tǒng)分析法　 灰色理論將隨機(jī)變量看作一定范圍內(nèi)變化的灰色量,它的基本思想是把無規(guī)則的原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)行累加,生成有規(guī)律數(shù)據(jù)序列,然后進(jìn)行建模預(yù)測。 以GM( m , n) 模型為基礎(chǔ),對監(jiān)測對象進(jìn)行預(yù)測。

e. 綜合損害度分析法　 邊坡在開挖、降雨及地震等不利情況下,有可能受到損害,即強(qiáng)度減弱、穩(wěn)定性降低,其損害程度將因部位和時(shí)刻的不同而不同。 因此,可根據(jù)位移量測值對損害度作出評價(jià),為加固設(shè)計(jì)服務(wù)。

f . 綜合加固度分析法　 當(dāng)邊坡進(jìn)行削坡、排水和加固時(shí),穩(wěn)定性將提高,因?yàn)槲灰魄€的變化是巖體加固的綜合反映,所以用綜合加固度來評價(jià)加固效果,并分析下一步的加固方向。

g. 位移時(shí)空綜合分析法 　由于大型邊坡范圍大、測點(diǎn)多,對不同部位的測點(diǎn)在同一時(shí)間的位移測值分布規(guī)律及不同時(shí)間空間位移變化的分析較全面,這有利于邊坡整體變形破壞規(guī)律的研究。

h. 位移反分析法　 根據(jù)實(shí)測的開挖前后的位移值反演巖體力學(xué)參數(shù),提高巖體力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確程度。

監(jiān)測系統(tǒng)建立的目的,主要是獲取被測邊坡所處狀態(tài)的信息,并在獲取信息后分析邊坡的穩(wěn)定狀況,了解邊坡在被施加控制(包括開挖、排水和噴錨等) 后的反應(yīng),為下一步的控制作出決策。 因此,信息反饋的速度和質(zhì)量決定了監(jiān)測系統(tǒng)的效益。 為了提高監(jiān)測系統(tǒng)的效益,必須研究信息快速反饋分析技術(shù),提高反饋的速度和質(zhì)量。 監(jiān)測信息的快速反饋分析,依賴于四方面技術(shù)的提高,即監(jiān)測信息獲取速度的提高、監(jiān)測信息管理水平的提高、監(jiān)測信息分析水平和速度的提高以及監(jiān)測反饋水平和速度的提高。

1 　監(jiān)測信息獲取技術(shù)

傳統(tǒng)的監(jiān)測信息獲取主要依賴于手工監(jiān)測,獲取速度慢。 隨著測量技術(shù)的不斷發(fā)展,自動監(jiān)測已逐漸成熟起來,使監(jiān)測信息獲取的速度和質(zhì)量的提高成為可能。 許多大型邊坡已開始部分或全部使用自動監(jiān)測?？紤]到經(jīng)費(fèi)的限制,可以選擇一些關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行自動監(jiān)測,提高監(jiān)測信息獲取的速度和質(zhì)量。

2 　監(jiān)測信息管理技術(shù)

傳統(tǒng)的監(jiān)測信息管理是靠人工管理、分散儲存。 數(shù)據(jù)管理效率低,數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤不能及時(shí)校正,不利于監(jiān)測信息的有效分析。 建立監(jiān)測信息管理系統(tǒng)能使監(jiān)測信息集中管理、及時(shí)校正,為及時(shí)分析提供方便。

3 　監(jiān)測信息快速分析技術(shù)

傳統(tǒng)的監(jiān)測信息分析要經(jīng)過數(shù)據(jù)收集、向上報(bào)告、專家分析、向下傳達(dá)的復(fù)雜過程,分析周期長,難以充分發(fā)揮監(jiān)測系統(tǒng)的效用。 建立與監(jiān)測信息管理系統(tǒng)相連接的監(jiān)測信息分析系統(tǒng),特別是利用可視化技術(shù)建立的分析系統(tǒng),能使數(shù)據(jù)分析快速、直觀,具有很高的分析效率。

4 　監(jiān)測信息快速反饋技術(shù)

監(jiān)測的主要目的是通過獲取的邊坡監(jiān)測信息,反饋邊坡的穩(wěn)定狀況, 幫助工程師修改設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工。傳統(tǒng)的手工式預(yù)報(bào)和專家組討論的方法很難達(dá)到及時(shí)反饋。

編制邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng), 能及時(shí)反饋邊坡的穩(wěn)定狀況,符合動態(tài)設(shè)計(jì)、及時(shí)處理的現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想的要求。適用的邊坡監(jiān)測信息穩(wěn)定分析系統(tǒng)應(yīng)能吸取傳統(tǒng)反饋分析的特點(diǎn),通過建立以邊坡變形破壞機(jī)制為基礎(chǔ)的穩(wěn)定性分析判據(jù),及時(shí)的、動態(tài)的反饋邊坡的穩(wěn)定狀況,為工程師修改設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工提供依據(jù)。

1 　工程概況

五強(qiáng)溪水電站是湖南西部沅水上裝機(jī)120 萬kW,壩高87。 5m 的大型水電站。 其通航建筑物為三級船閘,布置在左岸。 左岸船閘邊坡高達(dá)165m,地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,船閘邊坡的穩(wěn)定問題是其主要的工程地質(zhì)問題。

2 　左岸船閘邊坡監(jiān)測系統(tǒng)的建立

為了保證邊坡穩(wěn)定,在左岸布置了以變形監(jiān)測為主的大型監(jiān)測系統(tǒng), 該系統(tǒng)采用點(diǎn)、線、面相結(jié)合, 形成了完整的監(jiān)測網(wǎng)。

3 　邊坡監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的建立

為了管理邊坡監(jiān)測信息, 建立了監(jiān)測信息管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理了二十多個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目的數(shù)據(jù), 許多項(xiàng)目從1992 年就開始監(jiān)測, 積累了大量的監(jiān)測數(shù)據(jù), 目前這些數(shù)據(jù)均已入庫,布置的自動監(jiān)測點(diǎn)能自動把監(jiān)測數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)庫。

4 　邊坡監(jiān)測信息可視化分析系統(tǒng)

為了分析監(jiān)測信息特征,建立了具有可視化特征的監(jiān)測信息分析系統(tǒng), 對監(jiān)測信息進(jìn)行常規(guī)分析, 以圖形的方式顯示和打印分析結(jié)果。

5 　邊坡穩(wěn)定性反饋分析系統(tǒng)的建立

（1）　反饋分析的思路

將穩(wěn)定程度分五級:監(jiān)測數(shù)據(jù)相當(dāng)正常為穩(wěn)定(代碼為A) ;監(jiān)測數(shù)據(jù)在正常范圍之內(nèi)為基本穩(wěn)定(代碼為B ) ; 監(jiān)測數(shù)據(jù)稍微超過允許范圍為稍不穩(wěn)定(代碼為C) ; 監(jiān)測數(shù)據(jù)超過允許范圍并有發(fā)展的趨勢為一般不穩(wěn)定(代碼為D) ;監(jiān)測數(shù)據(jù)大大超過允許范圍并有可能惡化為嚴(yán)重不穩(wěn)定(代碼為E) 。

屬于A 和B ,認(rèn)為穩(wěn)定情況較好;屬于C 為中間狀況,應(yīng)引起注意;屬于D 已有少量不穩(wěn)定先兆,穩(wěn)定狀況較差,應(yīng)考慮采取措施;屬于E 有明顯的不穩(wěn)定先兆,必須緊急處理。

用監(jiān)測信息判別其穩(wěn)定級別,即判別邊坡不穩(wěn)定先兆類型。 首先分析各監(jiān)測項(xiàng)目所有可能的先兆類型判別方法,對每種方法都編制相應(yīng)的處理程序。 然后根據(jù)實(shí)際需要,由監(jiān)測信息查詢分析,結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn),特別是現(xiàn)場工程師的經(jīng)驗(yàn),選擇和確定所研究邊坡的先兆分析方法及分析判據(jù)(界限參數(shù)) ,最后根據(jù)分析方法和分析判據(jù)建立邊坡穩(wěn)定性反饋分析系統(tǒng)。 由現(xiàn)場技術(shù)人員利用反饋分析系統(tǒng)隨時(shí)動態(tài)地分析邊坡的穩(wěn)定狀況。 隨著專家對邊坡的了解程度的深入,判據(jù)可動態(tài)修改。

（2）先兆分析參數(shù)

①　測點(diǎn)先兆分析參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場不同專業(yè)的專家群體對邊坡實(shí)測數(shù)據(jù)、邊坡真實(shí)變形破壞形式和穩(wěn)定狀態(tài)的分析, 確定用月速率和位移階段增幅來判斷位移類測點(diǎn)先兆類型, 并定出有關(guān)界限值。

同樣,由專家確定用曲線上出現(xiàn)的臺階高度來判斷鉆孔傾斜儀曲線形態(tài)先兆類型。

②　項(xiàng)目先兆參數(shù)

由專家確定用該項(xiàng)目達(dá)到某先兆類型的測點(diǎn)的百分?jǐn)?shù)與界限百分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較的方法,作為判斷該項(xiàng)目先兆類型的依據(jù)。

③　邊坡整體先兆參數(shù)

為了最后劃分邊坡先兆類型,還需要用邊坡某先兆類型的項(xiàng)目數(shù)與界限項(xiàng)目數(shù)進(jìn)行比較,以作為判斷邊坡先兆類型的依據(jù)。這一比較的界限值也應(yīng)由專家們確定。

（3）邊坡穩(wěn)定性反饋分析

用邊坡不穩(wěn)定先兆分析子系統(tǒng)來分析五強(qiáng)溪水電站左岸船閘邊坡。不穩(wěn)定先兆分析結(jié)果如下:多點(diǎn)位移計(jì)第一點(diǎn)、鉆孔傾斜儀第一點(diǎn)和桿式測縫計(jì)總位移屬于基本穩(wěn)定先兆類型,溝埋式伸長計(jì)、鉆孔傾斜儀曲線形態(tài)屬于稍不穩(wěn)定先兆類型。

a. 監(jiān)測與反饋是邊坡工程不可缺少的組成部分,是維護(hù)邊坡穩(wěn)定的重要依據(jù)。

b. 邊坡監(jiān)測系統(tǒng)布置應(yīng)優(yōu)先考慮關(guān)鍵部位和敏感部位,關(guān)鍵部位的確定是布置監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

c. 快速分析技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)邊坡存在的問題,及時(shí)反映工程措施對邊坡的影響。

d. 快速反饋技術(shù)可以及時(shí)預(yù)報(bào)邊坡的穩(wěn)定狀況,為工程師修改設(shè)計(jì)和指導(dǎo)提供條件。

e. 邊坡的監(jiān)測反饋是邊坡系統(tǒng)工程的組成部分,監(jiān)測反饋必須與邊坡系統(tǒng)工程中的理論分析和專家群體經(jīng)驗(yàn)等組成部分有機(jī)地結(jié)合,才能提高整個(gè)系統(tǒng)的效益 。2100433B

前言

1緒論

1.1 邊坡監(jiān)測技術(shù)動態(tài)

1.2 邊坡安全評價(jià)理論與方法動態(tài)

1.3 邊坡安全預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)動態(tài)

2 邊坡監(jiān)測基本理論與技術(shù)

2.1 概述

2.2 邊坡監(jiān)測基本原理與技術(shù)

2.3 邊坡監(jiān)測常用儀器設(shè)備

2.4 邊坡安全評價(jià)理論與方法

2.5 邊坡安全預(yù)警系統(tǒng)

3 AGI邊坡監(jiān)測系統(tǒng)原理與使用方法

3.1 系統(tǒng)特點(diǎn)與應(yīng)用情況

3.2 系統(tǒng)組成與功能

3.3 系統(tǒng)使用

3.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)換算

4 AGI邊坡監(jiān)測系統(tǒng)模型試驗(yàn)

4.1 概述

4.2 室內(nèi)邊坡模型設(shè)計(jì)與制作

4.3 室內(nèi)邊坡模型土工試驗(yàn)

4.4 AGI邊坡監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用操作技巧

4.5 邊坡監(jiān)測試驗(yàn)成果及分析

5 AGI邊坡監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場試驗(yàn)

5.1 概述

5.2 工程概況

5.3 現(xiàn)場試驗(yàn)邊坡選取及監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)

5.4 現(xiàn)場邊坡土工試驗(yàn)成果

5.5 AGI邊坡監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用操作技巧-

5.6 現(xiàn)場邊坡監(jiān)測試驗(yàn)成果及分析

6 邊坡數(shù)值仿真分析與驗(yàn)證

6.1 概述

6.2 數(shù)值分析原理與方法

6.3 室內(nèi)模型試驗(yàn)數(shù)值仿真分析與驗(yàn)證

6.4 現(xiàn)場邊坡監(jiān)測數(shù)值仿真分析與驗(yàn)證

7 基于人工智能的邊坡安全評價(jià)模型研究

7.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

7.2 模糊神經(jīng)推理

7.3 灰色理論

7.4 突變理論

8 AGI邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)開發(fā)

8.1 概述

8.2 邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

8.3 邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)主界面開發(fā)

8.4 邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)開發(fā)

8.5 邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)開發(fā)

8.6 邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析系統(tǒng)開發(fā)

9 結(jié)語

參考文獻(xiàn) 2100433B

綜合的邊坡監(jiān)測方案，包括使用各種監(jiān)測儀器監(jiān)測不同的邊坡特性參數(shù)。

906固定式測斜儀：用于邊坡及堤壩變形監(jiān)測。

TDR時(shí)域反射系統(tǒng)：TDR便攜式電纜測試儀由TDR PAK硬件及PCTDR軟件、TDRPLOT2000軟件構(gòu)成。將它與埋設(shè)于鉆孔中的同軸電纜連接起來即可測讀同軸電纜特性曲線，并由此反映出邊坡位移的相對大小、位移變化速率、變形深度位置。

傾斜計(jì)：監(jiān)測結(jié)構(gòu)或地表運(yùn)動

滲壓計(jì)：測量飽和土中的水位

《AGI邊坡監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)》在詳細(xì)介紹AGI邊坡監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過開展室內(nèi)模型試驗(yàn)，消化、吸收AGl系統(tǒng)的基本使用方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測試驗(yàn)，總結(jié)了AGl系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)問題;并基于人工智能原理，嘗試建立了邊坡安全評價(jià)模型，采用MATLAB平臺開發(fā)了實(shí)用性更強(qiáng)，具有數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)分析、邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析功能的監(jiān)測數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng);并針對工程安全監(jiān)測的發(fā)展需求，開展了系統(tǒng)推廣應(yīng)用，為邊坡安全評價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。