一种水平位移自动监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术提出了一种水平位移自动监测系统及监测方法，属于利用力的测量进行土体位移监测技术领域，将多个水平位移自动监测装置依次安装到待监测土体区域的基坑管道内，多个水平位移自动监测装置采用时间累积算法对监测数据进行分析，计算单位时间段内水平位移自动监测装置的位移量，分别对不同时刻的所述位移量进行拟合，获得水平位移自动监测装置在连续时间段内的累计位移数据；将多个水平位移自动监测装置的连续时间段内的累计位移数据上传到中央处理器；中央处理器采用质心位移算法计算连续时间段内土体区域整体的水平位移情况，并发送至所述接收仪表。发送至所述接收仪表。发送至所述接收仪表。

【技术实现步骤摘要】
一种水平位移自动监测系统及监测方法


[0001]本专利技术涉及利用力的测量进行土体位移监测
，具体涉及一种水平位移自动监测系统及监测方法。

技术介绍

[0002]滑坡是一种全球范围内危害严重的地质灾害，随着人类工程活动的日趋频繁，滑坡地质灾害也变得越来越频发，造成的损失也越来越大。为了有效防治滑坡，而滑坡位移的监测就是一项重要的监测内容和实施手段。
[0003]当前国内外对土体的位移测量装置主要有水管式沉降仪、固定式测斜仪、压力传感器、静力水准仪等几种，这些装置都存在这样那样的技术缺陷，有的可实现自动监测但测量的可靠性差或易于出现故障需要经常维护，有的可靠性较好但不能实现连续自动测量或远程遥测，或者受繁琐的施工工序及安装步骤的限制，往往在装置安装后不能立即获取土体位移数据或者不能随施工回填获取土体位移数据，待具备测量条件时已错过主要的沉降期。有的滑坡测斜仪器，测量精度很高，也能实现自动化监测，但是由于测量原理的限制，使得测斜仪测量的量程很有限，在滑坡滑动面产生大的位移变化的情况下，不能继续测量，测斜仪的传感器是布设在测量的钻孔内，该传感装置与数据采集装置是通过数据线连接，当滑动面挫断测斜管时，也不能继续测量，因此对于边坡的长期大量程的监测有着不可弥补的缺点。
[0004]例如现有技术中，专利文献CN108548730B公开了基于传递系数法和表面位移的滑坡稳定性评价方法。该方法包括将待评价滑坡划分为n个垂直滑块、确定各滑块的应力状态、计算各个滑块底部滑带剪切位移、根据滑带剪切位移计算的滑坡稳定性系数等步骤。该方法基于传递系数法和滑坡实测表面位移数据，建立了滑坡表面位移与滑坡稳定性之间的关系，可通过位移数据对滑坡进行稳定性评价，更好地为滑坡实时监测服务。但是该技术方案难以根据实际的应力状态的改变，评估位移实际情况。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种水平位移自动监测方法，包括：将多个水平位移自动监测装置主体依次安装到待监测土体区域的基坑管道内，用于监测所处位置的土体位移引起的滑移力；水平位移自动监测装置的分析处理器计算单位时间段内水平位移自动监测装置主体的位移量，对多个连续单位时间段内所述水平位移自动监测装置主体的位移量进行拟合，获得在多个连续单位时间段内的水平位移自动监测装置主体所处土体的累计位移数据；中央处理器根据多个水平位移自动监测装置获得的不同位置处土体的累计位移数据计算多个连续单位时间段内的待监测土体区域整体的累积水平位移曲线。
[0006]进一步地，所述计算单位时间段内水平位移自动监测装置主体的位移量，包括：
水平位移自动监测装置主体所受滑移力为F，滑移力F的水平方向分量为Fx，水平方向分量为Fy，由水平位移自动监测装置主体的受力平衡条件，得到：；；式中，L为水平位移自动监测装置主体的长度，Mx和My分别为弯矩M的水平方向分量和竖直方向分量；由水平位移自动监测装置主体的主体形变方程，得到：；；式中，E为水平位移自动监测装置主体的弹性模量；I为水平位移自动监测装置主体的惯性矩；x和y分别为单位时间段内水平位移自动监测装置主体在水平和竖直方向的位移量，为水平位移自动监测装置主体与竖直方向的倾角，C为常数。
[0007]进一步地，所述对多个连续单位时间段内所述水平位移自动监测装置主体的位移量进行拟合，获得在多个连续单位时间段内的水平位移自动监测装置主体所处土体的累计位移数据，包括：设3个连续单位时间段内水平位移自动监测装置主体在水平方向的位移量分别为x1，x2，x3，采用多项式进行拟合，得到3个连续单位时间段内土体累积水平位移X，拟合方程为：
ꢀꢀꢀꢀ
（1）；设3个累积时间段的水平位移自动监测装置主体所处的土体的累积水平位移为X1，X2，X3，则拟合矩阵为：
ꢀꢀꢀꢀ
（2）：用X
’
代替式（2）中，用A代替式（2）中，用B代替式（2）中，则式(2)可写成：X
’
=BA
ꢀꢀꢀꢀ
(3)；在式(3)两端同时乘上B
T
，B
T
是B的转置矩阵；B
T
X
’
=B
T
BA
ꢀꢀꢀꢀ
(4)；用C代替B
T
B，用C的逆矩阵C
‑1分别乘式(4)两边，则有：C
‑1B
T
X
’
=C
‑1CA
ꢀꢀꢀꢀ
(5)；将由式（5）求得的待定系数a0，a1，a2，a3代入式(1)，计算3个连续单位时间段内土
体累积水平位移X；按照上述步骤计算3个连续单位时间段内土体的累积竖直位移Y。
[0008]进一步地，所述质心位移算法具体包括：设水平位移自动监测装置主体的长度为L，两个水平位移自动监测装置的间距为d，两个水平位移自动监测装置主体的初始质心分别用A0和B0表示，初始质心A0的坐标设为,初始质心B0的坐标设为；两个水平位移自动监测装置主体在3个连续单位时间段内发生位移后的质心分别用A和B表示；质心A相比于质心A0累积水平位移为X2，累积竖直位移为Y2；质心B相比于质心B0累积水平位移为X1，累积竖直位移为Y1；则质心A的坐标为,质心B的坐标为；质心为A的水平位移自动监测装置主体的倾角为，质心为B的水平位移自动监测装置主体的倾角为；中央处理器根据水平位移自动监测装置主体的倾角和、水平位移自动监测装置主体的质心A和质心B的坐标位置以及水平位移自动监测装置主体的长度绘制3个连续单位时间段内的待监测土体区域整体的累积水平位移曲线。
[0009]本专利技术还提出了一种水平位移自动监测系统，用于实现水平位移自动监测方法，其特征在于，包括：多个水平位移自动监测装置、中央处理器和接收仪表；所述多个水平位移自动监测装置位于待监测土体区域的基坑管道内，用于获得在多个连续单位时间段内的水平位移自动监测装置主体所处土体的累计位移数据；所述中央处理器用于接收所述多个水平位移自动监测装置获取的多个连续单位时间段内的累计位移数据，采用质心位移算法计算多个连续单位时间段内的待监测土体区域整体的累积水平位移曲线，并发送至所述接收仪表。
[0010]进一步地，水平位移自动监测装置包括：水平位移自动监测装置主体、起重电机、分析处理器和服务器；所述起重电机将水平位移自动监测装置主体缓慢下至基坑管道的内部；所述水平位移自动监测装置主体用于监测所处位置的土体位移引起的滑移力和倾斜角度；所述分析处理器用于计算多个连续单位时间段内的水平位移自动监测装置主体所处土体的累计位移数据，并将所述累计位移数据通过所述服务器上传至所述中央处理器。
[0011]进一步地，所述水平位移自动监测装置主体在中段位置处均设置有力学传感器和MEMS姿态角度传感器，力学传感器用于测定水平位移自动监测装置土体就会受到基坑管道的滑移力，MEMS姿态角度传感器用于测定水平位移自动监测装置主体的倾斜角度。
[0012]相比于现有技术，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水平位移自动监测方法，其特征在于，包括：将多个水平位移自动监测装置主体依次安装到待监测土体区域的基坑管道内，用于监测所处位置的土体位移引起的滑移力；水平位移自动监测装置的分析处理器计算单位时间段内水平位移自动监测装置主体的位移量，对多个连续单位时间段内所述水平位移自动监测装置主体的位移量进行拟合，获得在多个连续单位时间段内的水平位移自动监测装置主体所处土体的累计位移数据；中央处理器根据多个水平位移自动监测装置获得的不同位置处土体的累计位移数据计算多个连续单位时间段内的待监测土体区域整体的累积水平位移曲线。2.根据权利要求1所述的水平位移自动监测方法，其特征在于，所述计算单位时间段内水平位移自动监测装置主体的位移量，包括：水平位移自动监测装置主体所受滑移力为F，滑移力F的水平方向分量为Fx，水平方向分量为Fy，由水平位移自动监测装置主体的受力平衡条件，得到：；；式中，L为水平位移自动监测装置主体的长度，Mx和My分别为弯矩M的水平方向分量和竖直方向分量；由水平位移自动监测装置主体的主体形变方程，得到：；；式中，E为水平位移自动监测装置主体的弹性模量；I为水平位移自动监测装置主体的惯性矩；x和y分别为单位时间段内水平位移自动监测装置主体在水平和竖直方向的位移量，为水平位移自动监测装置主体与竖直方向的倾角，C为常数。3.根据权利要求2所述的水平位移自动监测方法，其特征在于，所述对多个连续单位时间段内所述水平位移自动监测装置主体的位移量进行拟合，获得在多个连续单位时间段内的水平位移自动监测装置主体所处土体的累计位移数据，包括：设3个连续单位时间段内水平位移自动监测装置主体在水平方向的位移量分别为x1，x2，x3，采用多项式进行拟合，得到3个连续单位时间段内土体累积水平位移X，拟合方程为：
ꢀꢀꢀꢀ
（1）；设3个累积时间段的水平位移自动监测装置主体所处的土体的累积水平位移为X1，X2，X3，则拟合矩阵为：
ꢀꢀꢀꢀ
（2）：
用X
’
代替式（2）中，用A代替式（2）中，用B代替式（2）中，则式(2)可写成：X
’
=BA
ꢀꢀꢀꢀ
(3)；在式(3)两端同时乘上B
T
，B
T
是B的转置矩阵；B
T
X
’
=B
T
BA
ꢀꢀꢀꢀ
(4)；用C代替B
T
B，用C的逆矩阵C
‑1分别乘式(4)两边，则有：C
‑1B
T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宗强，周小霞，林德潘，刘先俊，夏利坤，钟悦明，
申请(专利权)人：浙江中浩应用工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：