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【技术实现步骤摘要】
本申请涉及测量领域,尤其涉及一种连拱隧道围岩周边收敛的量测方法、系统及设备。
技术介绍
1、连拱隧道作为一种特殊的隧道结构形式,其围岩稳定性直接关系到隧道的安全性和使用寿命。围岩周边收敛的量测是评估连拱隧道稳定性的关键指标之一,对于指导隧道施工、预防安全事故以及长期维护具有重要意义。连拱隧道围岩周边收敛的量测主要用于监测隧道开挖后围岩的变形情况,评估支护结构的有效性,以及预警潜在的不稳定风险。其重要性体现在以下几个方面:首先,它可以及时反映围岩的应力状态变化,为施工过程中的支护设计提供依据;其次,通过长期监测,可以评估隧道的长期稳定性,为维护和加固提供决策支持;再者,在地质条件下,精确的收敛量测可以帮助工程师更好地理解围岩的力学行为,优化施工方案。目前,连拱隧道围岩周边收敛的量测主要采用传统的测量方法,如全站仪测量、收敛计测量等。这些方法的工作原理是通过在隧道内设置固定的测量点,定期进行人工测量或使用自动化设备进行连续监测。全站仪测量通过测量固定点之间的距离变化来计算收敛量,而收敛计则直接测量两个固定点之间的相对位移。然而,这些传统方法存在一些问题:首先,测量精度受到人为因素和环境条件的影响较大;其次,测量频率有限,难以实现连续的实时监测;再者,在恶劣的隧道环境中,设备的可靠性和耐久性面临挑战;最后,这些方法通常只能获得有限几个测点的数据,难以全面反映整个隧道断面的变形情况。
2、为解决上述问题,研究人员披露了多种改进方法。例如,使用自动化测量系统来提高测量频率和减少人为误差;采用激光扫描技术来获取更全面的隧道断面变
3、因此,亟需一种技术方案,从而能够捕捉到围岩微小的变形,实现高精度测量。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足,本申请实施例提供了一种连拱隧道围岩周边收敛的量测方法、系统及设备。本申请解决了现有技术信号传输不稳定测量精度较低等技术问题。
2、本申请实施例提供了一种连拱隧道围岩周边收敛的量测方法,包括:获取多个预埋的光纤光栅应变传感器的数据,以得到连拱隧道围岩对应位置的中心波长变化量;对预处理后的中心波长变化量进行温度补偿,并结合传感器有效长度计算每个测量断面测点的位移量;其中包括:对采集的中心波长变化量进行预处理,剔除异常值和噪声,并实施温度补偿,计算实际应变引起的波长变化;基于补偿后的波长变化,计算每个测点的应变量;利用应变量与传感器有效长度,计算各测点的围岩位移;整理处理结果,获得每个测量断面八个测点的位移量;其中,实施温度补偿,计算实际应变引起的波长变化,包括:,其中,表示实际应变引起的波长变化,表示测量的总波长变化,表示光纤光栅温度敏感系数且取值为6.678×10-6/°c,表示温度变化量,表示光纤光栅初始中心波长;其中,基于补偿后的波长变化,计算每个测点的应变量,包括:,其中,表示光纤光栅应变量,表示光纤光栅波长变化量,表示光纤光栅初始中心波长,表示光纤光栅应变敏感系数且取值为0.78;基于弹塑性力学理论,构建连拱隧道围岩变形的数学物理模型,以利用所述位移量计算围岩的位移场;利用所述位移场提取每个测点的径向位移,以计算目标收敛量和收敛速率。
3、一种可以的实现方式中,其中,获取多个预埋的光纤光栅应变传感器的数据,以得到连拱隧道围岩对应位置的中心波长变化量,包括:在连拱隧道围岩周边预埋光纤光栅应变传感器,所述传感器布设于拱顶、拱腰、边墙和仰拱处,沿隧道纵向每5米设置一个测量断面,每个断面布设8个测点;利用光谱分析仪测量所述光纤光栅应变传感器的中心波长变化量。
4、一种可以的实现方式中,其中,基于弹塑性力学理论,构建连拱隧道围岩变形的数学物理模型,以利用所述位移量计算围岩的位移场,包括:将围岩设置为各向同性弹塑性介质,以遵循mohr-coulomb屈服准则,并确定围岩的应力-应变关系模型方程;将所述位移量代入应力-应变关系模型方程中的边界条件;根据现场地质勘察资料,确定围岩的力学参数;所述力学参数包括弹性模量、泊松比、内聚力和内摩擦角;利用有限元方法对所述应力-应变关系模型方程求解,以得到围岩应力场和位移场分布。
5、一种可以的实现方式中,其中,利用所述位移场提取每个测点的径向位移,以计算目标收敛量和收敛速率,包括:测定开挖前隧道的初始半径值作为参考半径值;开挖形成隧道后,测量隧道周围多个预设测点的径向位移值;根据所测得的各测点径向位移值,计算各测点的收敛量值;基于所有测点的收敛量值,计算隧道整体的平均收敛量值;间隔预设时间后,重复计算测量数据以得到新的收敛量值;根据两次测量的收敛量差值及时间间隔,计算收敛速率值;输出各测点的收敛量值、隧道整体平均收敛量值及收敛速率值。
6、一种可以的实现方式中,其中,将围岩设置为各向同性弹塑性介质,以遵循mohr-coulomb屈服准则,并确定围岩的应力-应变关系模型方程,包括:,其中,表示应力张量,表示剪切模量,表示应变张量,表示体积模量,表示体积应变,表示kroneckerdelta函数,表示塑性流动方向,表示屈服应力,表示等效塑性应变。
7、本申请实施例还提供了一种连拱隧道围岩周边收敛的量测系统,包括:传感器单元和计算单元;其中,所述传感器单元用于获取多个预埋的光纤光栅应变传感器的数据,以得到连拱隧道围岩对应位置的中心波长变化量;所述计算单元用于对预处理后的中心波长变化量进行温度补偿,并结合传感器有效长度计算每个测量断面测点的位移量;基于弹塑性力学理论,构建连拱隧道围岩变形的数学物理模型,以利用所述位移量计算围岩的位移场;利用所述位移场提取每个测点的径向位移,以计算目标收敛量和收敛速率。
8、本申请实施例还提供了一种连拱隧道围岩周边收敛的量测设备,包括:处理器、存储器、系统总线;其中,所述处理器以及所述存储器通过所述系统总线相连;所述存储器用于存储一个或多个程序,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当被所述处理器执行时使所述处理器执行上述实施例所述的方法。
9、在如上所提供的一种连拱隧道围岩周边收敛的量测方法、系统及设备中,本申请实施例通过利用光纤光栅传感技术,在连拱隧道围岩周边布设光纤光栅应变传感器阵列,通过测量光纤光栅波长变化来实时监测围岩变形。结合弹塑性力学模型,建立围岩变形与光纤光栅波长变化的关系,实现对连拱隧道围岩周边收敛量的精确测量。
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1.一种连拱隧道围岩周边收敛的量测方法,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的量测方法,其特征在于,其中,获取多个预埋的光纤光栅应变传感器的数据,以得到连拱隧道围岩对应位置的中心波长变化量,包括:
3.根据权利要求1所述的量测方法,其特征在于,其中,基于弹塑性力学理论,构建连拱隧道围岩变形的数学物理模型,以利用所述位移量计算围岩的位移场,包括:
4.根据权利要求1所述的量测方法,其特征在于,其中,利用所述位移场提取每个测点的径向位移,以计算目标收敛量和收敛速率,包括:
5.根据权利要求3所述的量测方法,其特征在于,其中,将围岩设置为各向同性弹塑性介质,以遵循Mohr-Coulomb屈服准则,并确定围岩的应力-应变关系模型方程,包括:
6.一种应用如权利要求1-5任一项所述量测方法的连拱隧道围岩周边收敛的量测系统,其特征在于,包括:传感器单元和计算单元;其中,
7.一种连拱隧道围岩周边收敛的量测设备,其特征在于,包括:处理器、存储器、系统总线;其中,所述处理器以及所述存储器通过所述系统总线相连;所述存储器
...【技术特征摘要】
1.一种连拱隧道围岩周边收敛的量测方法,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的量测方法,其特征在于,其中,获取多个预埋的光纤光栅应变传感器的数据,以得到连拱隧道围岩对应位置的中心波长变化量,包括:
3.根据权利要求1所述的量测方法,其特征在于,其中,基于弹塑性力学理论,构建连拱隧道围岩变形的数学物理模型,以利用所述位移量计算围岩的位移场,包括:
4.根据权利要求1所述的量测方法,其特征在于,其中,利用所述位移场提取每个测点的径向位移,以计算目标收敛量和收敛速率,包括:
5.根据权利要求3所述的量测方法,...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈进,张学民,黄定高,王钦,钟浩然,李雨军,冯智帅,朱俊浪,汪跃琦,项海燕,
申请(专利权)人:贵州省公路工程集团有限公司,
类型:发明
国别省市:
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