一种植物根系对边坡岩土锚固力监测系统及方法技术方案

本发明专利技术属于边坡工程监测技术领域，公开了一种植物根系对边坡岩土锚固力监测系统及方法，分布式光纤传感模块采集获取植物根系所在层边坡岩土的应变信息；分布解调仪对植物根系所在层边坡岩土的应变信息进行传感光纤波长的解算，获得波长变化信息；数据处理器根据波长变化信息获得植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、植物根系对边坡岩土的锚固力数据；计算机管理系统根据植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、植物根系对边坡岩土的锚固力数据、边坡参数信息、气候参数信息形成边坡植物选型数据库。本发明专利技术能够直观评估植物对边坡岩土的加固效果，能够为边坡植物的选型提供科学合理的依据。

A monitoring system and method of anchoring force of plant root system to slope rock and soil

【技术实现步骤摘要】
一种植物根系对边坡岩土锚固力监测系统及方法
本专利技术涉及边坡工程监测
，尤其涉及一种植物根系对边坡岩土锚固力监测系统及方法。
技术介绍
植被护坡技术，是综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的基本知识对边坡进行支护，形成由植物或工程和植物组成的综合护坡系统的护坡技术，是一种利用自然植物对边坡水土流失、边坡失稳等问题进行改善的技术。植物护坡的净化空气、美化环境、后续支护成本低的特点是传统边坡支护技术如喷射混凝土、锚杆支护并不具备的。而在边坡工程中，由于适用生态护坡的植物种类较多，各植被的根系特点、适用范围与边坡具体情况也存在差异，因此，在植物护坡工程中选择最合适的植物以及在工程实施过程中重视养护管理与效果监测，以保障植物护坡的效果就显得尤为关键。然而，目前国内外尚无有效的监测系统及方法，因此，亟需开发研制相应的监测系统及方法。
技术实现思路
本专利技术所需要解决的技术问题在于，克服现有的技术缺陷，提供一种植物根系对边坡岩土锚固力监测系统及方法。本申请实施例提供一种植物根系对边坡岩土锚固力监测系统，分布式光纤传感模块、分布式解调仪、数据处理器、计算机数据管理系统；所述分布式光纤传感模块用于采集获取植物根系所在层边坡岩土的应变信息；所述分布式解调仪用于对所述植物根系所在层边坡岩土的应变信息进行传感光纤波长的解算，获得波长变化信息；所述数据处理器用于根据所述波长变化信息获得植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、植物根系对边坡岩土的锚固力数据；所述计算机数据管理系统用于接收所述植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、所述植物根系对边坡岩土的锚固力数据，并与边坡参数信息和气候参数信息进行数据汇总，形成边坡植物选型数据库。优选的，所述分布式光纤传感模块包括：分布式传感光纤、温度补偿模块；所述分布式传感光纤预埋设在边坡垂直坡面以下的预设深度处，所述预设深度为预选边坡植物的根系生长长度；所述温度补偿模块用于对所述分布式传感光纤进行温度补偿修正。优选的，所述分布式传感光纤以弓字型排列方式进行预埋设，并布满监测区域；所述分布式传感光纤的一端直接与所述分布式解调仪连接，所述分布式传感光纤的另一端经过边坡监测路径后与所述分布式解调仪连接。优选的，所述温度补偿模块包括：自由光纤、防护管；所述自由光纤布设在所述防护管内，所述自由光纤的预埋设深度与所述分布式传感光纤的预埋设深度一致，所述自由光纤用于消除温度对应变监测结果的影响。优选的，所述数据处理器与第一无线传输模块连接，所述计算机数据管理系统与第二无线传输模块连接，所述第一无线传输模块与所述第二无线传输模块通过无线方式连接。优选的，所述计算机数据管理系统包括：应变数据收集模块、锚固力数据收集模块、边坡参数收集模块、气候条件参数收集模块、边坡植物选型数据库；所述应变数据收集模块用于收集存储所述植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据，并对应力应变数据进行汇总处理；所述锚固力数据收集模块用于收集存储所述植物根系对边坡岩土的锚固力数据，并对锚固力数据进行汇总处理；所述边坡参数收集模块用于收集存储边坡参数信息；所述气候条件参数收集模块用于收集存储监测的边坡所在地的气候参数信息；所述边坡植物选型数据库用于根据所述植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、所述植物根系对边坡岩土的锚固力数据、所述边坡参数信息、所述气候参数信息获得边坡匹配植物。优选的，所述边坡参数信息包括边坡的坡率、坡高、坡面面积、重力密度、粘聚力、内摩擦角参数；所述气候参数信息包括温度变化、降雨量、风速、光照时间。优选的，所述边坡植物选型数据库包括：参数输入模块、植物检索模块；所述参数输入模块用于输入所述边坡参数信息、所述气候参数信息；所述植物检索模块用于根据所述植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、所述植物根系对边坡岩土的锚固力数据、所述边坡参数信息、所述气候参数信息获得边坡匹配植物。本申请实施例提供一种植物根系对边坡岩土锚固力监测方法，采用上述植物根系对边坡岩土锚固力监测系统，方法包括以下步骤：步骤S1、通过分布式光纤传感模块采集获取植物根系所在层边坡岩土的应变信息，并传输至分布式解调仪；所述分布解调仪对所述植物根系所在层边坡岩土的应变信息进行传感光纤波长的解算，获得波长变化信息，并将所述波长变化信息传输至数据处理器；步骤S2、所述数据处理器根据所述波长变化信息获得植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、植物根系对边坡岩土的锚固力数据，并将所述植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、所述植物根系对边坡岩土的锚固力数据传输至计算机数据管理系统；步骤S3、所述计算机管理系统根据所述植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、所述植物根系对边坡岩土的锚固力数据、边坡参数信息、气候参数信息形成边坡植物选型数据库。优选的，所述步骤2中，所述数据处理器根据所述波长变化信息获得植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、植物根系对边坡岩土的锚固力数据的具体方法如下：所述分布式光纤传感模块获取的第i个测点的应变值记为εi，边坡岩土的压缩模量为Es，边坡岩土的第i个测点的应力值记为σi，则：σi＝Es·εi(i＝1，2，3，4，...)对于垂直边坡表面以下z深度处的任意根段dl，整个根段dl所受的最大静摩擦力合力dfi为：dfi＝Aσi＝2πr·σidl(i＝1，2，3，4，...)其中，r为根段的半径，A为根段的表面积；dfi在竖直方向的投影分量dfz，i为：dfz，i＝dficosθ＝2πr·σidz(i＝1，2，3，4，...)在根系延伸范围内，沿水平方向将垂直根系等分成n个区段，对于任意区段[i，i+1](1≤i≤n-1)，获得该区段内根的个数N1、N2、...、Nn以及每个根的半径ri1、ri2、...、riNi，并得到n个区段中根的平均半径根的平均半径沿深度z方向的分布函数为r＝P(z)为：根的数目沿深度z方向的分布函数为N＝Q(z)为：其中，Pk(zi)为第k(k＝0，1，...，n)区段的根的平均半径沿深度z方向的分布函数，为第i个区段中根的平均半径，Qk(zi)为第k(k＝0，1，...，n)区段的根的数目沿深度z方向的分布函数，为所有次数不超过n的多项式构成的函数类；使得：其中，ak为上述方程求出的唯一解ak(k＝0，1，...，n)，Zi为第i个区段的深度；通过上述方程求出唯一解ak，对于：当k＝1时，为线性拟合；当k＞1时，为多项式拟合；使得：通过上述方程求出唯一解ak，对于：当k＝1时，为线性拟合；当k＞1时，为多项式拟合；在垂直坡面以下z～z+dz范围内，根系的最大静摩擦力在竖直方向的分量为：∑dfz，i＝2πσiP(z)·Q(z)dz本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物根系对边坡岩土锚固力监测系统，其特征在于，包括：分布式光纤传感模块、分布式解调仪、数据处理器、计算机数据管理系统；/n所述分布式光纤传感模块用于采集获取植物根系所在层边坡岩土的应变信息；/n所述分布式解调仪用于对所述植物根系所在层边坡岩土的应变信息进行传感光纤波长的解算，获得波长变化信息；/n所述数据处理器用于根据所述波长变化信息获得植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、植物根系对边坡岩土的锚固力数据；/n所述计算机数据管理系统用于接收所述植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、所述植物根系对边坡岩土的锚固力数据，并与边坡参数信息和气候参数信息进行数据汇总，形成边坡植物选型数据库。/n

【技术特征摘要】
1.一种植物根系对边坡岩土锚固力监测系统，其特征在于，包括：分布式光纤传感模块、分布式解调仪、数据处理器、计算机数据管理系统；
所述分布式光纤传感模块用于采集获取植物根系所在层边坡岩土的应变信息；
所述分布式解调仪用于对所述植物根系所在层边坡岩土的应变信息进行传感光纤波长的解算，获得波长变化信息；
所述数据处理器用于根据所述波长变化信息获得植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、植物根系对边坡岩土的锚固力数据；
所述计算机数据管理系统用于接收所述植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、所述植物根系对边坡岩土的锚固力数据，并与边坡参数信息和气候参数信息进行数据汇总，形成边坡植物选型数据库。


2.根据权利要求1所述的植物根系对边坡岩土锚固力监测系统，其特征在于，所述分布式光纤传感模块包括：分布式传感光纤、温度补偿模块；
所述分布式传感光纤预埋设在边坡垂直坡面以下的预设深度处，所述预设深度为预选边坡植物的根系生长长度；
所述温度补偿模块用于对所述分布式传感光纤进行温度补偿修正。


3.根据权利要求2所述的植物根系对边坡岩土锚固力监测系统，其特征在于，所述分布式传感光纤以弓字型排列方式进行预埋设，并布满监测区域；所述分布式传感光纤的一端直接与所述分布式解调仪连接，所述分布式传感光纤的另一端经过边坡监测路径后与所述分布式解调仪连接。


4.根据权利要求2所述的植物根系对边坡岩土锚固力监测系统，其特征在于，所述温度补偿模块包括：自由光纤、防护管；
所述自由光纤布设在所述防护管内，所述自由光纤的预埋设深度与所述分布式传感光纤的预埋设深度一致，所述自由光纤用于消除温度对应变监测结果的影响。


5.根据权利要求1所述的植物根系对边坡岩土锚固力监测系统，其特征在于，所述数据处理器与第一无线传输模块连接，所述计算机数据管理系统与第二无线传输模块连接，所述第一无线传输模块与所述第二无线传输模块通过无线方式连接。


6.根据权利要求1所述的植物根系对边坡岩土锚固力监测系统，其特征在于，所述计算机数据管理系统包括：应变数据收集模块、锚固力数据收集模块、边坡参数收集模块、气候条件参数收集模块、边坡植物选型数据库；
所述应变数据收集模块用于收集存储所述植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据，并对应力应变数据进行汇总处理；
所述锚固力数据收集模块用于收集存储所述植物根系对边坡岩土的锚固力数据，并对锚固力数据进行汇总处理；
所述边坡参数收集模块用于收集存储边坡参数信息；
所述气候条件参数收集模块用于收集存储监测的边坡所在地的气候参数信息；
所述边坡植物选型数据库用于根据所述植物根系所在层边坡岩土的应力应变数据、所述植物根系对边坡岩土的锚固力数据、所述边坡参数信息、所述气候参数信息获得边坡匹配植物。


7.根据权利要求6所述的植物根系对边坡岩土锚固力监测系统，其特征在于，所述边坡参数信息包括边坡的坡率、坡高、坡面面积、重力密度、粘聚力、内摩擦角参数；所述气候参数信息包括温度变化、降雨量、风速、光照时间。


8.根据权利要求6所述的植物根系对边坡岩土锚固力监测系统，其特征在于，所述边坡植物选型数据库包括：参数输入模块、植物检索模块；
所述参数输入模块用于输入所述边坡参数信息、所述气候参数信息；
所述植物检索模块用于根据所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：任高峰，邓德志，葛永翔，张聪瑞，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42