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隧道結(jié)構(gòu)變形承載力監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)

文檔序號(hào):40564726發(fā)布日期:2025-01-03 11:24閱讀:16來源:國(guó)知局
隧道結(jié)構(gòu)變形承載力監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)

本發(fā)明涉及隧道結(jié)構(gòu)變形承載力監(jiān)測(cè),具體為隧道結(jié)構(gòu)變形承載力監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)。


背景技術(shù):

1、隧道在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中,面臨著復(fù)雜的地質(zhì)條件和環(huán)境變化,這使得結(jié)構(gòu)變形和承載力的監(jiān)測(cè)變得尤為重要。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段主要依賴于周期性的人工檢查和簡(jiǎn)單的監(jiān)測(cè)設(shè)備,往往無法提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和綜合的分析。這種方法在面對(duì)突發(fā)情況時(shí)反應(yīng)遲緩,可能導(dǎo)致潛在的安全隱患未能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。此外,傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)缺乏對(duì)環(huán)境因素、地質(zhì)條件和隧道老化等多方面因素的綜合考量,使得評(píng)估結(jié)果不夠全面和準(zhǔn)確。

2、現(xiàn)有技術(shù)中的,公開號(hào)為cn118130251a公開了隧道結(jié)構(gòu)變形承載力監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng),獲取各次監(jiān)測(cè)周期隧道承壓數(shù)據(jù)集,分析得到各次監(jiān)測(cè)周期隧道變形承壓評(píng)估值,獲取各次監(jiān)測(cè)周期隧道環(huán)境信息集,分析得到各次監(jiān)測(cè)周期隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)估值,將各次監(jiān)測(cè)周期隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)估值導(dǎo)入隧道變形承載力評(píng)估模型,數(shù)據(jù)整合得到各次監(jiān)測(cè)周期隧道變形承壓評(píng)估預(yù)測(cè)值,對(duì)隧道結(jié)構(gòu)變形承載力進(jìn)行預(yù)警管控提示,該方法通過建立合理的隧道承壓數(shù)據(jù)集、隧道環(huán)境信息集,監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)的承壓變化,幫助進(jìn)行長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)健康狀況評(píng)估,及早發(fā)現(xiàn)隧道潛在的問題,采取預(yù)防措施,降低隧道未來可能發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的概率。但是現(xiàn)有技術(shù)依舊存在缺陷,現(xiàn)有技術(shù)只考慮到隧道的承壓情況,考慮到不同的隧道設(shè)計(jì)和對(duì)應(yīng)的隧道材料在面對(duì)壓力時(shí),結(jié)構(gòu)變形情況會(huì)不一樣,統(tǒng)一的承壓監(jiān)測(cè)無法準(zhǔn)確反映具體隧道的變形特征;其次,現(xiàn)有技術(shù)未考慮到隧道老化對(duì)評(píng)估隧道變形承壓的影響,會(huì)使評(píng)估結(jié)果不夠準(zhǔn)確,缺乏可信度。

3、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本公開的背景的理解,因此它可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供隧道結(jié)構(gòu)變形承載力監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng),以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:

3、隧道結(jié)構(gòu)變形承載力監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng),具體步驟包括:

4、步驟1:獲取隧道的設(shè)計(jì)參數(shù),地質(zhì)參數(shù);所述設(shè)計(jì)參數(shù)包括襯砌厚度、隧道長(zhǎng)度、隧道直徑、隧道材料的抗壓強(qiáng)度和彈性模量;所述地質(zhì)參數(shù)包括巖土比,巖石的密度、孔隙度和滲透率;土壤的黏聚力和土壤滲透系數(shù);

5、步驟2:對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,生成設(shè)計(jì)承壓系數(shù),對(duì)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析生成地質(zhì)施壓系數(shù)和水影響系數(shù);根據(jù)設(shè)計(jì)承壓系數(shù)和地質(zhì)施壓系數(shù)生成外部壓力形變系數(shù);

6、步驟3:獲取隧道環(huán)境數(shù)據(jù),對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)和水影響系數(shù)進(jìn)行分析獲得環(huán)境評(píng)估系數(shù),根據(jù)環(huán)境評(píng)估系數(shù)和外部壓力形變系數(shù)生成外部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);

7、步驟4:獲取隧道荷載數(shù)據(jù),對(duì)隧道荷載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得內(nèi)部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);根據(jù)外部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)和內(nèi)部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)生成第一隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);

8、步驟5:獲取隧道底部圖像數(shù)據(jù),對(duì)隧道底部圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行縫隙特征提取得到隧道縫隙特征數(shù)據(jù),對(duì)隧道縫隙特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得隧道老化修正系數(shù);使用隧道老化修正系數(shù)對(duì)第一隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)進(jìn)行修正生成第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);

9、步驟6:根據(jù)第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)變形承載力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

10、進(jìn)一步地,生成外部壓力形變系數(shù)所依據(jù)的具體邏輯為:對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,生成設(shè)計(jì)承壓系數(shù),對(duì)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析生成地質(zhì)施壓系數(shù);根據(jù)設(shè)計(jì)承壓系數(shù)和地質(zhì)施壓系數(shù)生成外部壓力形變系數(shù);生成設(shè)計(jì)承壓系數(shù)所依據(jù)的具體公式為:

11、

12、其中,cw為設(shè)計(jì)承壓系數(shù),h為襯砌厚度,l為隧道長(zhǎng)度,d為隧道直徑,q為隧道材料的抗壓強(qiáng)度,e為隧道材料的彈性模量;

13、生成地質(zhì)施壓系數(shù)所依據(jù)的具體公式為:

14、

15、其中,gw為地質(zhì)施壓系數(shù),rt為巖土比,σr為巖石的密度,fa為土壤黏聚力;

16、生成外部壓力形變系數(shù)所依據(jù)的具體邏輯為:

17、

18、其中,pw為外部壓力形變系數(shù)。

19、進(jìn)一步地,生成外部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)所依據(jù)的具體邏輯為:對(duì)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析生成水影響系數(shù);獲取隧道環(huán)境數(shù)據(jù),對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)和水影響系數(shù)進(jìn)行分析獲得環(huán)境評(píng)估系數(shù),根據(jù)環(huán)境評(píng)估系數(shù)和外部壓力形變系數(shù)生成外部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);所述環(huán)境數(shù)據(jù)包括隧道內(nèi)溫度,隧道內(nèi)地下水位高度和隧道內(nèi)空氣濕度;

20、生成水影響系數(shù)所依據(jù)的具體公式為:

21、wa=tt*tan-1(tr*st)

22、其中,wa為水影響系數(shù),tt為土壤滲透系數(shù);st為巖石孔隙度,tr為巖石滲透率;

23、生成環(huán)境評(píng)估系數(shù)所依據(jù)的具體公式為:

24、

25、其中,ee為環(huán)境評(píng)估系數(shù),t為隧道內(nèi)溫度,lw為隧道內(nèi)地下水位高度,ws為隧道內(nèi)空氣濕度;

26、生成外部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)所依據(jù)的具體邏輯為:

27、pe=pw*ee

28、其中,pe為外部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù),pw為外部壓力形變系數(shù);

29、進(jìn)一步地,獲取隧道荷載數(shù)據(jù),對(duì)隧道荷載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得內(nèi)部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);根據(jù)外部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)和內(nèi)部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)生成第一隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);所述荷載數(shù)據(jù)包括隧道內(nèi)交通工具數(shù)量,隧道內(nèi)每種交通工具速度和質(zhì)量,生成內(nèi)部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)所依據(jù)的具體公式為:

30、

31、其中,pn為內(nèi)部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù),mi為第i個(gè)交通工具的質(zhì)量,vi為第i個(gè)交通工具的速度;n為隧道內(nèi)交通工具數(shù)量,i為交通工具索引;

32、生成第一隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)所依據(jù)的具體邏輯為:

33、pz1=pn+pe

34、其中,pz1為第一隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù),pe為外部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);

35、進(jìn)一步地,獲取所述荷載數(shù)據(jù)所依據(jù)的具體邏輯為:在隧道入口設(shè)置壓力傳感器和速度傳感器,在出口設(shè)置壓力傳感器,記錄交通工具進(jìn)入時(shí)的壓力與速度和交通工具出去時(shí)的壓力,若出去時(shí)壓力傳感器記錄的壓力值與進(jìn)入時(shí)的壓力值在預(yù)設(shè)誤差內(nèi),則判斷該交通工具離開隧道,刪除入口對(duì)應(yīng)記錄的數(shù)據(jù),將入口記錄未刪除的壓力數(shù)據(jù)除以重力加速度即可得到對(duì)應(yīng)交通工具質(zhì)量。

36、進(jìn)一步地,獲取隧道縫隙特征數(shù)據(jù)所依據(jù)的具體邏輯為:所述將隧道分為k段,采集每段中心位置的隧道底部圖像,使用最大類間方差法識(shí)別圖隧道底部圖像的縫隙部分,將隧道底部圖像縫隙部分的像素點(diǎn)比上隧道底部圖像總像素點(diǎn)獲取縫隙占比,獲取裂縫區(qū)域的平均灰度值和最大灰度值;

37、進(jìn)一步地,生成第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)所依據(jù)的具體邏輯為:對(duì)隧道縫隙特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得隧道老化修正系數(shù);使用隧道老化修正系數(shù)對(duì)第一隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)進(jìn)行修正生成第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);生成隧道老化修正系數(shù)所依據(jù)的具體公式為:

38、

39、其中,ol為隧道老化修正系數(shù),ybk為第k段隧道底部圖像的縫隙占比,為第k段隧道底部圖像的裂縫區(qū)域平均灰度值,imaxk為第k段隧道底部圖像的裂縫區(qū)域最大灰度值;k為隧道段數(shù),k為隧道段的索引;

40、生成第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)所依據(jù)的具體公式為:

41、pz2=pz1*ol

42、其中,pz2為第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù),pz1為第一隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)。

43、進(jìn)一步地,使用第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)變形承載力進(jìn)行監(jiān)測(cè)所依據(jù)的具體邏輯為:預(yù)設(shè)第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估閾值,將第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)與第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估閾值進(jìn)行比較,將pz2<0.6pz20定義為隧道結(jié)構(gòu)變形承載力正常,將0.6pz20≤pz2<pz20定義為隧道結(jié)構(gòu)變形承載力預(yù)警,將pz2≥pz20定義為隧道結(jié)構(gòu)變形承載力危險(xiǎn)。

44、其中,pz2為第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù),pz20為第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估閾值。

45、本發(fā)明另外提供一種隧道結(jié)構(gòu)變形承載力監(jiān)測(cè)系統(tǒng),所述系統(tǒng)用于所述的隧道結(jié)構(gòu)變形承載力監(jiān)測(cè)方法的步驟,具體包括:

46、數(shù)據(jù)采集模塊,用于獲取隧道的設(shè)計(jì)參數(shù),地質(zhì)參數(shù);所述設(shè)計(jì)參數(shù)包括襯砌厚度、隧道長(zhǎng)度、隧道直徑、隧道材料的抗壓強(qiáng)度和彈性模量;所述地質(zhì)參數(shù)包括巖土比,巖石的密度、孔隙度和滲透率;土壤的黏聚力和土壤滲透系數(shù);

47、外部分析模塊,用于對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,生成設(shè)計(jì)承壓系數(shù),對(duì)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析生成地質(zhì)施壓系數(shù)和水影響系數(shù);根據(jù)設(shè)計(jì)承壓系數(shù)和地質(zhì)施壓系數(shù)生成外部壓力形變系數(shù);

48、外部評(píng)估模塊,用于獲取隧道環(huán)境數(shù)據(jù),對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)和水影響系數(shù)進(jìn)行分析獲得環(huán)境評(píng)估系數(shù),根據(jù)環(huán)境評(píng)估系數(shù)和外部壓力形變系數(shù)生成外部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);

49、內(nèi)外評(píng)估模塊,用于獲取隧道荷載數(shù)據(jù),對(duì)隧道荷載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得內(nèi)部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);根據(jù)外部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)和內(nèi)部壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)生成第一隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);

50、老化修正模塊,用于獲取隧道底部圖像數(shù)據(jù),對(duì)隧道底部圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行縫隙特征提取得到隧道縫隙特征數(shù)據(jù),對(duì)隧道縫隙特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得隧道老化修正系數(shù);使用隧道老化修正系數(shù)對(duì)第一隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)進(jìn)行修正生成第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù);

51、綜合監(jiān)測(cè)模塊,用于根據(jù)第二隧道壓力形變?cè)u(píng)估系數(shù)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)變形承載力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

52、本發(fā)明另外提供

53、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:

54、本發(fā)明根據(jù)針對(duì)不同隧道設(shè)計(jì)和材料特性生成一個(gè)反映隧道設(shè)計(jì)自身承受壓力的情況的設(shè)計(jì)承壓系數(shù),針對(duì)不同隧道設(shè)計(jì)和材料特性,調(diào)整監(jiān)測(cè)參數(shù),實(shí)現(xiàn)更精確的變形評(píng)估。

55、本發(fā)明還通過隧道底部圖像數(shù)據(jù)生成一個(gè)反映隧道老化對(duì)隧道因受承載力而發(fā)生結(jié)構(gòu)變形的影響的隧道老化修正系數(shù),結(jié)合隧道老化數(shù)據(jù),修正評(píng)估模型,提高結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度。

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