[发明专利]围岩位移计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下工程围岩位移计算方法，属于工程测量领域。

背景技术

围岩变形监测是地下工程建设中动态调整施工方案，确定支护时机与参数的重要依据。地下工程的围岩变形监测包括表面和内部位移监测，围岩内部位移的测量一般采用多点位移计，而围岩表面位移一般采用收敛计或者全站仪观测。为了确定围岩物理力学参数和原岩应力场，必须同时获取两种位移数据。因为多点位移计获得的围岩内部位移不是绝对的位移，而是测量钻孔表面与孔内固定测点之间的距离变化，要知道围岩内部测点的真正空间位移，必须同时了解孔口表面的空间位置变化。目前工程上，这两种位移是分开观测的，甚至是两组观测人员在不同时间进行，信息不能及时整合；而且大多处于手工测量、人工读数的状态，费力费时，对实施新奥法施工中的围岩参数反分析、动态施工方案调整十分不利，常常造成设计方案和施工组织修改调整的延误，容易造成工程安全隐患或浪费，而且影响施工进度。因此，需要发展同时观测围岩内部和表面位移的实时观测方法。

本发明人之前的专利申请公开了一种地下工程围岩位移实时观测装置，能远距离、方便地直接观测得到围岩表面位移和内部测点的绝对位移，有利于地下工程围岩变形反分析参数的准确获得和施工方案的快速调整。

该地下工程围岩位移实时观测的装置，如图1所示，它包括带转轴的支架，定位盘固定安装在转轴上，表面以转轴为圆心灰度切向渐变，圆环状位移转盘套装于转轴上，且其内圆周处带凸缘，可以围绕转轴转动，位移转盘以转轴为圆心均匀对称地分布有三个窗口；围岩测点锚固头与钢丝相连，钢丝绕过位移转盘上的凸缘，与重锤连接，钢丝的移动可以无滑动地带动位移转盘转动；转轴端面上装置有反光膜片；还包括全站仪，与计算机相连。

通过上述的地下工程围岩位移实时观测的装置中全站仪实时记录反光膜片、定位盘反射的全站仪照准激光；进行反射激光的亮度信息分析，获得观测装置转轴和锚固头的空间绝对位置位移。

发明内容

观测装置转轴和锚固头的空间绝对位移的计算方法可以有多种，本发明所要解决的技术问题在于提供一种计算方法。

本发明的围岩绝对位移的计算方法包括以下步骤：

（1）读取全站仪CCD上的栅格化激光光斑数据，去除边缘的不规则亮点数据；根据反光膜片、定位盘反光点数比率m，删除CCD图像中心区域反光膜片反射的激光成像点；

（2）激光光斑亮度数据归一化；

（3）在亮度统计分布图的亮度级坐标轴上将多个亮度峰值等间距化；

（4）计算与上一次观测结果激光亮度分布模式的亮度级差值，计算位移转盘的转角角度；

（5）根据转角角度和转轴半径，计算得到转轴和锚固头的相对位移值；

（6）读取全站仪对反光膜片测距结果和VH角度值，并根据全站仪本身空间位置，计算转轴和锚固头的空间位置。

上述方案中，步骤（3）中采用2阶Savitzky-Golay拟合，并采用最小二乘法为判据，使柱状图拟合峰之间的距离△X相等。

本发明具有以下的优点和效果：

①      计算准确，消除了全站仪激光强度可能受到空气粉尘衰减的影响，避免了由于观测角度导致激光强度不同对测点位置位移计算结果的影响，稳定性好。

②      可同时实施围岩表面和内部位移观测。由于装置转轴通过支架和围岩表面刚性连接，转轴的空间位移就表征了围岩表面的位移。结合锚固头与转轴之间的相对位移，即可获得围岩内部和表面点的绝对位移，对围岩参数反演和稳定性分析非常有利。

③      观测速度快，对大量测点高时间密度的围岩变形测量十分有利，有助于实时分析和施工方案的快速调整。

附图说明

图1 为围岩位移实时观测装置结构示意图。

图2 为位移装盘局部结构示意图。

图3为转轴局部结构示意图。

图4为定位盘示意图。

图5为反光膜片示意图。

图6 为反射激光CCD成像图。

图7 为反射激光信号统计分析示意图。

图8 为反射激光信号差值分析示意图。

其中：计算机1、全站仪2、位移转盘3、窗口4、转轴5、钢丝6、测点锚固头7、定位盘8、重锤9、反光膜片10、支架11和凸缘12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：