[发明专利]基于自适应标距的边坡变形失稳监测系统和方法

摘要

本发明公开了一种基于自适应标距的边坡变形失稳监测系统和方法，该系统由磁性传感元件、全张量磁力梯度仪、数据传输系统和数据控制系统组成。该监测方法克服了在边坡深部进行变形失稳监测中需要结合存在主观经验成分的岩土力学模型的问题，在不需要边坡的岩土力学参数和力学模型的情况下，实现自动调整标距以适应边坡各变形阶段的不同位移尺度，从而精确地测量不同阶段的变形，达到边坡深部变形失稳全过程监测并预警。

主权项

1.一种基于自适应标距的边坡变形失稳监测方法，其特征在于：包括如下步骤：S1)在边坡表面放置全张量磁力梯度仪，在边坡内布置n个测点，每一个测点均埋设一个磁性传感元件，测点编号分别为s₁，s₂，L，s_i，L，s_n，在埋设时采用全张量磁力梯度仪测量各测点的磁场梯度张量，通过磁场梯度张量计算并记录第i个测点s_i的初始三维位置，即第i个测点处的磁性传感元件相对于全张量磁力梯度仪的初始三维位置S2)在边坡未发生变形时，通过全张量磁力梯度仪测量各测点的磁场梯度张量，得到测点s_i与其他测点之间的初始距离分别为：(j＝1，2，L，i‑1，i+1，L，n，j≠i；如取j＝i，则为对角元素)，且初始距离的矩阵为矩阵L⁽⁰⁾为对称矩阵，且对角元素取值为零；其中，和分别为相对于全张量磁力梯度仪的测点s_i的初始三维位置和测点s_j的初始三维位置；S3)边坡发生变形时，第k次测量，得到测点s_i与其他测点之间的距离分别为(j＝1，2，L，i‑1，i+1，L，n，j≠i，如取j＝i，则为对角元素)，且得到距离矩阵L^(k)：矩阵L^(k)为对称矩阵，且对角元素取值为零；在边坡变形失稳监测过程中，采用全张量磁力梯度仪测量各测点的磁场梯度张量，通过磁场梯度张量得到第k次测量时相对于全张量磁力梯度仪的测点s_i的三维位置和s_j的三维位置然后得到测点s_i与测点s_j之间的距离S4)测点s_i与其他测点之间的相对位移分别为(j＝1，2，L，i‑1，i+1，L，n，j≠i)；式中，则相对位移矩阵ΔL^(k)为S5)判断测点si与潜在的滑动面的相对位置：测点s_i与其他测点之间的相对位移的均值(i＝1，2，L，n)测点s_i与其他测点之间的相对位移的标准差(i＝1，2，L，n)对于测点s₁，如(j＝1，2，L，i‑1，i+1，L，n，j≠i)，则认为测点s_j和s₁均位于潜在的滑动面的同一侧；如(j＝1，2，L，i‑1，i+1，L，n，j≠i)，则认为测点s_j和s₁分别位于潜在的滑动面的两侧；如(j＝1，2，L，i‑1，i+1，L，n，j≠i)，则对于测点s_j留在后续进行判断，对于测点s_i，如(j＝i+1，L，n)，则认为测点s_j和s_i均位于潜在的滑动面的一侧，如(j＝i+1，L，n)，则认为测点s_j和s_i分别位于潜在的滑动面的两侧，从测点s₁开始到测点s_n‑1，依次进行上述判断，将所有测点s₁，s₂，L，s_i，L，s_n分为两类，分别位于潜在的滑动面的两侧，即和S6)判断潜在滑动面的位置：在潜在滑动面的两侧的测点中，即和任意选择2个测点(2个测点分别位于潜在的滑动面的两侧)进行配对，得到c对测点(c≤m，c≤n‑m，c≤0.5n)，根据距离矩阵L^(k)，对上述的若干对测点的距离大小进行降序排列，得到(c≤m，c≤n‑m，c≤0.5n)，式中，在潜在的滑动面的一侧，在潜在的滑动面的另一侧，根据前述的全张量磁力梯度仪的测量，相对于全张量磁力梯度仪，的三维位置为的三维位置为对于降序排列的配对测点分别取中间位置其三维坐标为即依次得到则组成的曲面H^(k)近似认为潜在的滑动面所在位置，将滑动面的位置发送给数据处理系统，工程人员得到滑动面的位置，即可对滑动面进行加固措施。