一種評(píng)估邊坡開(kāi)挖期穩(wěn)定狀態(tài)的空間分析方法與流程

本發(fā)明屬于巖土工程邊坡監(jiān)測(cè)的空間分析
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種評(píng)估邊坡開(kāi)挖期穩(wěn)定狀態(tài)的空間分析方法。
背景技術(shù)：
：邊坡屬于較為常見(jiàn)的土木工程領(lǐng)域的構(gòu)筑物，廣泛出現(xiàn)及應(yīng)用于土木工程相關(guān)各領(lǐng)域，如：道路交通工程、水利水電工程、建筑工程及礦業(yè)工程等。為了準(zhǔn)確地對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，往往采用安全監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)合穩(wěn)定性預(yù)測(cè)模型的方法進(jìn)行評(píng)估，因此基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性評(píng)估及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法是一項(xiàng)非常重要的理論及技術(shù)方法。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了10多種基于位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)判據(jù)，如：穩(wěn)定性系數(shù)、可靠概率、變形速率及位移加速度等，但這些方法都是建立在時(shí)間趨勢(shì)分析的技術(shù)上。還沒(méi)有一種從空間角度描述邊坡穩(wěn)定性并進(jìn)行穩(wěn)定性預(yù)測(cè)的方法?；跁r(shí)間趨勢(shì)分析的技術(shù)存在以下不足：(1)時(shí)間趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法的基礎(chǔ)建立在后期變形趨勢(shì)遵循前期實(shí)測(cè)增長(zhǎng)規(guī)律的假設(shè)條件之上，并不能適用所有情況。(2)由于缺乏一個(gè)普適的監(jiān)控指標(biāo)，因此對(duì)于邊坡失穩(wěn)判斷建立在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。(3)時(shí)間趨勢(shì)預(yù)測(cè)只能對(duì)單一測(cè)點(diǎn)的位移進(jìn)行預(yù)測(cè)，所得信息為邊坡局部位移信息，不能形成對(duì)邊坡整體變形情況進(jìn)行統(tǒng)一分析和對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行宏觀判斷。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于空間分析的評(píng)估邊坡開(kāi)挖期穩(wěn)定狀態(tài)的方法。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種評(píng)估邊坡開(kāi)挖期穩(wěn)定狀態(tài)的空間分析方法，包括：系統(tǒng)布設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)，采集邊坡在開(kāi)挖期的位移增長(zhǎng)數(shù)據(jù)以及開(kāi)挖過(guò)程數(shù)據(jù)；根據(jù)各測(cè)點(diǎn)位移增長(zhǎng)數(shù)據(jù)構(gòu)建交叉影響分析矩陣，通過(guò)矩陣運(yùn)算，由依存度判斷邊坡可能的滑移區(qū)域，由位移測(cè)點(diǎn)的影響度確定需要控制爆破作業(yè)的邊坡敏感區(qū)域。更進(jìn)一步的方案是：所述系統(tǒng)布設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)，是依照覆蓋整個(gè)邊坡開(kāi)挖區(qū)域、均勻布置的原則，兼顧斷層、大型結(jié)構(gòu)面上下盤(pán)，在開(kāi)挖形成的馬道上及時(shí)布設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)；埋設(shè)完畢及時(shí)測(cè)讀初始值，并按照監(jiān)測(cè)規(guī)范的頻率按時(shí)采集位移數(shù)據(jù)，位移數(shù)據(jù)的采集是選擇多點(diǎn)位移計(jì)孔口測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值進(jìn)行計(jì)算分析。在安裝完三臺(tái)以上多點(diǎn)位移計(jì)后，即可以構(gòu)建交叉分析矩陣。并隨著后續(xù)多點(diǎn)位移計(jì)的安裝不斷完善分析矩陣。分析矩陣覆蓋的多點(diǎn)位移計(jì)越多，則分析結(jié)果越全面。一般選擇多點(diǎn)位移計(jì)孔口測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值進(jìn)行計(jì)算分析。假定工程范圍有n個(gè)獨(dú)立的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，某測(cè)點(diǎn)安裝后初始一段時(shí)間，開(kāi)挖作業(yè)在該新安裝測(cè)點(diǎn)附近。隨著開(kāi)挖作業(yè)的影響，新安裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)將產(chǎn)生一個(gè)可測(cè)量的位移增長(zhǎng)，同時(shí)，其他各測(cè)點(diǎn)也將出現(xiàn)相應(yīng)時(shí)段的位移變化，將這些位移值實(shí)測(cè)并記錄，同時(shí)做好施工部位、施工時(shí)間的記錄。更進(jìn)一步的方案是：所述構(gòu)建交叉影響分析矩陣，是將所有已安裝儀器進(jìn)行排隊(duì)，矩陣第一列依次為隊(duì)列中各儀器安裝后連續(xù)n天的位移增長(zhǎng)值，第二列為隊(duì)列中第二個(gè)設(shè)備在這n天內(nèi)的位移增長(zhǎng)值，依次類(lèi)推，第k列為隊(duì)列中第k臺(tái)設(shè)備在這n天內(nèi)的位移增長(zhǎng)值，若第k臺(tái)在這n天內(nèi)尚未安裝，則值為零，這樣形成空間分析矩陣A；所述n為大于1的任意值，一般取7天或14天。更進(jìn)一步的方案是：所述依存度的確定方法如下：對(duì)空間分析矩陣A取平方，得矩陣A2，A2每行元素的和即為矩陣A對(duì)應(yīng)于第一列該行多點(diǎn)位移計(jì)安裝部位的開(kāi)挖對(duì)整個(gè)邊坡的影響度，A2每列元素的和即為矩陣A對(duì)應(yīng)于第一行該列多點(diǎn)位移計(jì)位移增長(zhǎng)對(duì)其他儀器安裝部位開(kāi)挖過(guò)程的依存度。將通過(guò)矩陣運(yùn)算獲得的依存度和影響度，在邊坡表面按測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行定位，形成依存度、影響度空間分布圖，如果高依存度區(qū)域形成區(qū)域性分布，則預(yù)示著該區(qū)域?yàn)闈撛陉P(guān)鍵塊體，為重點(diǎn)加固部位。高影響度區(qū)域?yàn)閷?duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響的敏感區(qū)域，需要對(duì)施工爆破作業(yè)進(jìn)行控制。如果高依存度空間分布圖不形成明顯線狀分布或區(qū)域性集中分布，則邊坡不存在局部不穩(wěn)定塊體，邊坡整體穩(wěn)定性可結(jié)合時(shí)間趨勢(shì)分析來(lái)預(yù)測(cè)、判斷。更進(jìn)一步的方案是：所述的依存度越高，所對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)部位位移增長(zhǎng)越敏感，影響度越高代表了該區(qū)域施工作業(yè)對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生敏感的不利影響越高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：(1)本發(fā)明針對(duì)巖石邊坡的監(jiān)測(cè)不是僅通過(guò)單一的某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而是對(duì)多監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的綜合分析，綜合評(píng)判，從總體和局部?jī)煞矫嫔戏治鲞吰碌氖Х€(wěn)、破壞情況；(2)本發(fā)明在大量研究邊坡位移變形數(shù)據(jù)隨時(shí)間增長(zhǎng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了一種預(yù)測(cè)邊坡穩(wěn)定性和不穩(wěn)定塊體定位的空間分析方法。(3)本發(fā)明根據(jù)交叉影響分析原理，構(gòu)建分析處理位移檢測(cè)數(shù)據(jù)的交叉影響矩陣方法，依據(jù)各個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的相互影響、相互依存的關(guān)系，搜尋邊坡潛在的不穩(wěn)定塊。(4)本發(fā)明通過(guò)各個(gè)位移監(jiān)測(cè)布設(shè)點(diǎn)之間的相關(guān)依存度尋找測(cè)值敏感的部位和導(dǎo)致位移敏感的影響區(qū)域，從而精確地定位出邊坡不穩(wěn)定滑塊的具體位置或延伸范圍，從而對(duì)邊坡關(guān)鍵塊體的空間位置進(jìn)行超前定位、預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的空間分析。附圖說(shuō)明圖1為2009年3月以前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定位高依存度區(qū)域空間位置；圖2為2010年12月以前(左)及2014年11月以前(右)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定位高依存度區(qū)域空間位置。具體實(shí)施方式在根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明之前，首先對(duì)本發(fā)明涉及的空間影響矩陣和交叉影響矩陣做詳細(xì)的說(shuō)明?？臻g影響矩陣見(jiàn)表1，交叉影響矩陣見(jiàn)表2。表1空間影響矩陣假定某一工程范圍有n個(gè)獨(dú)立的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)D1、D2、…、Dk、…、Dn，Di為監(jiān)測(cè)點(diǎn),根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)一般規(guī)律，假定某測(cè)點(diǎn)(Dk)安裝后初始一段時(shí)間，開(kāi)挖作業(yè)在該新安裝測(cè)點(diǎn)(Dk)附近。隨著開(kāi)挖作業(yè)的影響，Dk將產(chǎn)生一個(gè)顯著的位移增長(zhǎng)，同時(shí)，其他各測(cè)點(diǎn)也將出現(xiàn)相應(yīng)時(shí)段的位移增加或減少。如果這些測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形有著內(nèi)在必然聯(lián)系，那么其他測(cè)點(diǎn)附近施工時(shí)，必然會(huì)在Dk也產(chǎn)生一個(gè)位移相應(yīng)的增加或減少，也就是正相關(guān)或負(fù)相關(guān)，也就是他們之間存在著交叉影響。將這些增量求和，則存在正相關(guān)的量相加的和必然進(jìn)一步放大，而不相關(guān)的量求和將趨近于零。若由于局部復(fù)雜地質(zhì)條件導(dǎo)致個(gè)別儀器位移變形失真，則可以通過(guò)將Dk對(duì)Di的影響與Di對(duì)Dk的影響相乘在求和的方法來(lái)消除個(gè)別失真儀器的影響。表2交叉影響矩陣儀器編號(hào)D1D2D3D4…Dn影響度↓D1∑(Di/D1×D1/Di)∑(Di/D1×D2/Di)∑(Di/D1×D3/Di)∑(Di/D1×D4/Di)…∑(Di/D1×Dn/Di)∑(Di/D1)D2∑(Di/D2×D1/Di)∑(Di/D2×D2/Di)∑(Di/D2×D3/Di)∑(Di/D2×D4/Di)…∑(Di/D2×Dn/Di)∑(Di/D2)D3∑(Di/D3×D1/Di)∑(Di/D3×D2/Di)∑(Di/D3×D3/Di)∑(Di/D3×D4/Di)…∑(Di/3×Dn/Di)∑(Di/D3)D4∑(Di/D4×D1/Di)∑(Di/D4×D2/Di)∑(Di/D4×D3/Di)∑(Di/D4×D4/Di)…∑(Di/D4×Dn/Di)∑(Di/D4)……………………Dn∑(Di/Dn×D1/Di)∑(Di/Dn×D2/Di)∑(Di/Dn×D3/Di)∑(Di/Dn×D4/Di)…∑(Di/Dn×Dn/Di)∑(Di/Dn)依存度→∑(D1/(Di)∑(D2/Di)∑(D3/Di)∑(D4/Di)∑(D5/Di)實(shí)線內(nèi)表格構(gòu)成矩陣A。那么此矩陣影響度反映的是某施工過(guò)程對(duì)整個(gè)邊坡變形的直接影響，依存度反映的是邊坡各部位施工對(duì)某個(gè)測(cè)點(diǎn)位移增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)的和。對(duì)于交叉影響，即空間影響矩陣A×A所得矩陣A2，矩陣的元素代表的是某部位施工對(duì)其他部位影響與其他部位施工對(duì)本部位影響的乘積的和，即交叉影響。交叉影響度反映的是某部位施工對(duì)所有其他部位交叉影響的和，反映了本部位施工對(duì)其他所有部位位移增長(zhǎng)的影響。交叉影響依存度反映了所有部位施工對(duì)某儀器部位位移增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)。由于交叉影響反映的是不同設(shè)備間相互影響的乘積，當(dāng)兩測(cè)點(diǎn)之間位移存在相互促進(jìn)作用，那么其交叉影響值將同時(shí)被放大，若兩測(cè)點(diǎn)之間相互影響關(guān)系不確定，則不存在放大效應(yīng)。那么通過(guò)計(jì)算影響矩陣的影響度和依存度，可以有效地將位移關(guān)聯(lián)區(qū)域辨識(shí)出來(lái)，進(jìn)而確定顯著位移區(qū)域(關(guān)鍵塊體)。下面將結(jié)合工程實(shí)例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述。一種評(píng)估邊坡開(kāi)挖期穩(wěn)定狀態(tài)的空間分析方法，包括如下方案：根據(jù)邊坡開(kāi)挖方案，設(shè)計(jì)多點(diǎn)位移施工埋設(shè)方案。在某邊坡右岸布設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)，依照覆蓋整個(gè)邊坡開(kāi)挖區(qū)域、均勻布置的原則，兼顧斷層、大型結(jié)構(gòu)面上下盤(pán)，在開(kāi)挖形成的馬道上及時(shí)布設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)；埋設(shè)完畢及時(shí)測(cè)讀初始值，并按照監(jiān)測(cè)規(guī)范的頻率按時(shí)采集位移數(shù)據(jù)，位移數(shù)據(jù)的采集是選擇多點(diǎn)位移計(jì)孔口測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值進(jìn)行計(jì)算分析。多點(diǎn)位移計(jì)安裝后，及時(shí)測(cè)讀初始值，并按照監(jiān)測(cè)規(guī)范的頻率按時(shí)采取位移數(shù)據(jù)。在安裝完三臺(tái)以上多點(diǎn)位移計(jì)后，即可以構(gòu)建交叉分析矩陣。并隨著后續(xù)多點(diǎn)位移計(jì)的安裝不斷完善分析矩陣。分析矩陣覆蓋的多點(diǎn)位移計(jì)越多，則分析結(jié)果越全面。一般選擇多點(diǎn)位移計(jì)孔口測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值進(jìn)行計(jì)算分析。如表1所示，假定該工程范圍有n個(gè)獨(dú)立的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)D1、D2、…、Dk、…、Dn，將所有已安裝儀器進(jìn)行排隊(duì)，矩陣第一列依次為隊(duì)列中各儀器安裝后連續(xù)n天(n可為大于1的任意值，一般可以取7天或14天)的位移增長(zhǎng)值。第二列為隊(duì)列中第二個(gè)設(shè)備在這n天內(nèi)的位移增長(zhǎng)值，依次類(lèi)推，第k列為隊(duì)列中第k臺(tái)設(shè)備在這n天內(nèi)的位移增長(zhǎng)值，若第k臺(tái)在這n天內(nèi)尚未安裝，則值為零。這樣形成空間影響矩陣A。對(duì)構(gòu)建的矩陣取平方，得交叉影響矩陣A2，如表2所示，A2每行元素的和即為矩陣A對(duì)應(yīng)于第一列該行多點(diǎn)位移計(jì)安裝部位的開(kāi)挖對(duì)整個(gè)邊坡的影響度，A2每列元素的和即為即為矩陣A對(duì)應(yīng)于第一行該列多點(diǎn)位移計(jì)位移增長(zhǎng)對(duì)其他儀器安裝部位開(kāi)挖過(guò)程的依存度。將通過(guò)矩陣運(yùn)算獲得的依存度和影響度，在邊坡表面按測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行定位，形成依存度、影響度空間分布圖，如果高依存度區(qū)域形成區(qū)域性分布，則預(yù)示著該區(qū)域?yàn)闈撛陉P(guān)鍵塊體，為重點(diǎn)加固部位。高影響度區(qū)域?yàn)閷?duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響的敏感區(qū)域，需要對(duì)施工爆破作業(yè)進(jìn)行控制。如果高依存度空間分布圖不形成明顯線狀分布或區(qū)域性集中分布，則邊坡不存在局部不穩(wěn)定塊體，邊坡整體穩(wěn)定性可結(jié)合時(shí)間趨勢(shì)分析來(lái)預(yù)測(cè)、判斷。在某水電站樞紐區(qū)右岸1135m以下布設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)，根據(jù)多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立起某水電站樞紐區(qū)右岸空間影響矩陣，記為矩陣A，如表3所示，此表中為截至2009年3月前實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。其中，表格中的時(shí)間代表具體監(jiān)測(cè)時(shí)間，即為各測(cè)點(diǎn)多點(diǎn)位移計(jì)安裝時(shí)間。其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變形數(shù)據(jù)為0的單元格代表對(duì)應(yīng)時(shí)段內(nèi)，此儀器尚未安裝。通過(guò)矩陣計(jì)算A*A，得出矩陣B＝A2，如表4所示。依存度為矩陣中每一列的和，影響度為矩陣中每一行的和。將高依存度儀器編號(hào)在邊坡中的空間位置標(biāo)識(shí)出來(lái)，如圖1所示(截至2009年3月數(shù)據(jù))。表3空間影響矩陣表4截至2009年交叉影響矩陣隨著新的開(kāi)挖過(guò)程，新的監(jiān)測(cè)儀器繼續(xù)補(bǔ)充進(jìn)表格，可以分別獲得2010年12月以前及2014年11月以前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定位高依存度區(qū)域空間位置，如圖2所示，顯然，這些高依存度區(qū)域與地質(zhì)勘察確定的邊坡塊體空間關(guān)系高度吻合。本方法可在2009年僅有較少的監(jiān)測(cè)設(shè)備條件下有效進(jìn)行預(yù)報(bào)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3