[发明专利]基于区段精细测量的大断面地下洞室早期变形监测方法

权利要求书

1.一种基于区段精细测量的大断面地下洞室早期变形监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)首先，安装区段精细测量装置，该装置包括激光测量模块，旋转机构，快装板和基座四部分；将旋转机构通过锁紧螺丝固定到快装板上，激光测量模块通过其底部的螺钉孔固定到旋转机构的快装板上，这样就组成了可拆卸的测量装置；当洞室掌子面开挖完成后，立即在距离掌子面0.5m，距离底拱1.0m的边墙部位，将岩体表面处理平整，保证岩体表面与洞室轴线平行，使用电锤施作4个钻孔，并用膨胀螺丝将基座水平固定在边墙上；然后，将可拆卸测量装置的快装板通过卡槽固定到基座上；

2)操作旋转机构，将测量模块旋转到待测试的区段部位，针对每一个待测试区段，密集采集一系列测点，针对每一个测点，采用多次测量求取平均值，计算其距离和角度信息；测量结束后，直接将测量机构从卡槽卸下即可；

3)数据处理，针对每一个区段的不同历时的测量数据，首先，按不同历时的测量数据，分别进行椭圆拟合，得到各自的椭圆中心坐标，然后依据不同历时测量数据各自的中心坐标，将不同历时测量数据平移到原点，完成不同历时数据的拼接；其次，针对不同历时拼接后的测量区段数据，逐区段计算测量区段的面积S，测量区段的平均长度L，测量区段的平均变形方向向量n，然后，计算不同历时测量区段的平均变形幅值d＝S/L，变形幅值d和变形方向向量n共同组成该区段的变形向量；针对拼接后的两个历时的测量数据，逐区段进行变形向量的计算；其中，两个历时的测量区段的面积S表示为：

$S=-\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}\left(\right|P_{i,t}{P}_{i+1,t}\×P_{i,t}{P}_{i,t+1}|+|P_{i,t+1}{P}_{i+1,t+1}\×P_{i+1,t}{P}_{i+1,t+1}\left|\right)$

其中，P_i,t，P_i+1,t为测量区段历时t下的测点，P_i,t+1，P_i+1,t+1为测量区段历时t+1下的测点，P_i,tP_i+1,t，P_i,tP_i,t+1，P_i,t+1P_i+1,t+1，P_i+1,tP_i+1,t+1为测点之间的几何向量；两个历时的区段平均长度L表示为：

$L=\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}\left(\right|P_{i+1,t}{P}_{i,t}|+|P_{i+1,t+1}{P}_{i,t+1}\left|\right)}{2}$

两个历时的区段平均变形d为：

$d=\frac{S}{L}$

两个历时的区段平均斜率v表示为：

$v=\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}(\frac{y_{i+1,t}-y_{i,t}}{x_{i+1,t}-x_{i,t}}+\frac{y_{i+1,t+1}-y_{i,t+1}}{x_{i+1,t+1}-x_{i,t+1}})}{2k}$

其中，(x_i,t，y_i,t)，(x_i+1,t，y_i+1,t)，(x_i,t+1，y_i,t+1)，(x_i+1,t+1，y_i+1,t+1)分别为两个历时测点P_i,t，P_i+1,t，P_i,t+1，P_i+1,t+1的直角坐标系下坐标；

两个历时的区段平均变形方向向量n为：

$\stackrel{\→}{n}=\frac{1}{\sqrt{1+v^2}}(v,-1)$

两个历时的区段变形向量：

至此，两个历时t和t+1之间的区段变形向量计算完毕。