【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土体的安全监测，特别涉及一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法及系统。
技术介绍
1、滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降等是我国年发生次数最多、造成危害最严重的地质灾害，给国民生命安全和社会经济发展带来了巨大损失。特别在我国西南山区中滑坡更是十分常见的地质灾害，呈现点多面广的特点，而且出现时伴随而来的泥石流等次生灾害也是危害巨大。通过目前常用的人工地质调查和仪器设备监测可以减少或者避免很多潜在的灾害损失。然而现有技术的方式存在如下技术缺陷：
2、(1)对孕灾地质环境的调查远远不够，着重对易滑结构、成灾模式、预警模型的探索研究尚不能满足防灾需求；
3、(2)没有精准的智能化系列实时监测预警手段和配套的仪器及动态信息平台，因此无法达到整体监测系统的运行可靠、研制简便、精度适当、经济实用、易于操作和推广普及等特点。
4、(3)此外，对于铁路基础设施所对应的岩土体，高效的监测和评估是及时发现病害，指导维修整治从而使得铁路基础设施保持良好服役状态的关键前提。但是由于高原高寒地区的岩土体相关病害和风险的成因、特征以及发展特性的复杂性，特别是发生冻胀融沉的现象，冻融过程中岩土体演化规律复杂，容易出现姿态倾斜失稳，缺乏该环境下结构状态的深刻认识，现有的监测和评估技术存在盲目性，无对应的关键监测设备和手段，传统的接触式监测技术已经难以满足特殊天气，特殊环境在和以及特殊地域的岩土体承重构件动力特性的要求。
5、(4)目前规范对岩土体稳定性判定主要利用深层水平位移控制，测斜仪为
6、(5)传统的岩土体稳定性监测仪器有坡面伸缩仪、钻孔挠度计、固定式倾斜仪及地标多点位移计等，但往往受限于实际工程监测时间长，工作量大，高精度变形信息难以获取。
7、(6)光纤光栅传感技术具有测量精度高、传输距离长、抗干扰性强及自动采集数据等优势，为弥补测斜管的不足提供良好的技术手段，将测斜管与光纤光栅传感器结合制成光纤干涉式测斜仪，但停留在将光纤传感技术与测斜管进行形式上的结合，并未实现数据交互，岩土体稳定性仍采用测斜仪所测数据进行判定，未充分发挥光纤传感技术的优势。此外，在光纤光栅原位测斜仪基础上，利用差分算法，建立光纤光栅应变数据与岩土体变形之间的函数关系，实现了应变到位移的转化，充分发挥光纤传感技术的优势。基于监测结果能较好判别岩土体稳定性，但结构单元划分不足时，仍将产生较大的监测误差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法及系统，利用等截面悬臂梁模型和共轭梁法理论，建立了光纤光栅测斜传感器测点应变与岩土体深层水平位移关系对应的位移函数，实现转换，从而获得更为精确的光纤干涉式岩土体水平位移监测结果。
2、本专利技术的第一方面在于提供一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，包括：
3、s1，建立用于进行岩土体水平位移监测的位移函数；其中所述位移函数包括多项式位移函数和矩阵方程；
4、s2，基于所述多项式位移函数和所述矩阵方程监测岩土体水平位移。
5、优选的，所述s1包括：
6、s11，基于等截面悬臂梁模型构造多项式位移函数；
7、s12，根据光纤干涉式测斜管的位移和应变的关系建立矩阵方程；
8、s13，采用moore-penrose广义逆法确定所述多项式位移函数中的待定系数；
9、优选的，所述s11具体实施步骤包括：
10、(1)建立坐标系，根据材料力学基本原理，获得测斜管悬臂梁的挠曲线微分方程；
11、(2)建立悬臂梁截面上任一点的弯曲应变的表示；
12、(3)基于第(1)和第(2)得到指定截面挠度值得微分表示；
13、(4)将同一截面的实测应变ε1和ε2做差值δε(x)，完成温度自补偿及多余应变的剔除；构造位移函数进行函数表达，再利用最小二乘优化法对待定参数进行求解，最后获得全梁的位移曲线。
14、优选的，所述s12包括：基于对位移函数求二阶导数，以及通过实时获取的各测点应变数据，构成位移函数的若干离散函数值，从而根据光纤干涉式测斜管的位移和应变的关系建立矩阵方程。
15、优选的，所述s13包括：
16、通过将矩阵方程简写为ax＝b＝后，利用求moore-penrose广义逆的方法获得各待定系数的最佳最小二乘解，基于奇异值分解svd方法进行处理，对系数矩阵a进行svd分解，其中基于系数矩阵a的对角线由正奇异值所构成的对角矩阵、酉矩阵和共轭转置运算，由此获得系数矩阵a的m-p广义逆表达后确定各待定系数的最佳值。
17、优选的，所述s2包括：
18、s21，通过光纤干涉式测斜管获取的各测点应变值；
19、s22，基于所述各测点应变值得到位移函数各待定系数的最佳最小二乘解，从而获得光纤干涉式测斜管所在处岩土体横向水平位移随高度的变化曲线；
20、s23，基于所述变化曲线监测岩土体水平位移。
21、优选的，所述s22包括：基于将各待定系数的最佳最小二乘解带回位移函数获得挠度函数，从而获得光纤干涉式测斜管所在处岩土体横向水平位移随高度的变化曲线。
22、本专利技术的第二方面在于提供一种光纤干涉式岩土体水平位移监测系统，包括：
23、位移函数建立模块(101)，用于建立用于进行岩土体水平位移监测的位移函数；其中所述位移函数包括多项式位移函数和矩阵方程；
24、水平位移监测模块(102)，用于基于所述多项式位移函数和所述矩阵方程监测岩土体水平位移。
25、本专利技术的第三方面提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如第一方面所述的方法。
26、本专利技术的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如第一方面所述的方法。
27、本专利技术的方法、系统、电子设备以及可读存储介质的有益效果：
28、(1)通过等比例有限元数值模拟及室内缩尺模型试验，验证了该位移转换方法的准确性。
29、(2)将该位移转换方法应用于多种岩土体的稳定性实时监测，监测系统反馈的岩土体位移符合实际状况，进一步验证了该转换方法的准确性和有效性。
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1.一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，所述S1包括：
3.根据权利要求2所述的一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，所述S11具体实施步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，所述S12包括：基于对位移函数求二阶导数，以及通过实时获取的各测点应变数据，构成位移函数的若干离散函数值，从而根据光纤干涉式测斜管的位移和应变的关系建立矩阵方程。
5.根据权利要求4所述的一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，所述S13包括：
6.根据权利要求5所述的一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，所述S2包括：
7.根据权利要求6所述的一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，所述S22包括：基于将各待定系数的最佳最小二乘解带回位移函数获得挠度函数，从而获得光纤干涉式测斜管所在处岩土体横向水平位移随高度的变化曲线。
8.一种光纤干涉式
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如权利要求1-7任一所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如权利要求1-7任一所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，所述s1包括：
3.根据权利要求2所述的一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，所述s11具体实施步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，所述s12包括：基于对位移函数求二阶导数，以及通过实时获取的各测点应变数据，构成位移函数的若干离散函数值，从而根据光纤干涉式测斜管的位移和应变的关系建立矩阵方程。
5.根据权利要求4所述的一种光纤干涉式岩土体水平位移监测方法，其特征在于，所述s13包括：
6.根据权利要求5所述的一种光纤干涉式岩土体水平...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡德钩，闫宏业，李竹庆，刘晓贺，尧俊凯，李泰灃，王李阳，闫鑫，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：
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