CN108050986B - 基于多点位移计监测确定岩土体内部破裂面位置的方法 - Google Patents

基于多点位移计监测确定岩土体内部破裂面位置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于多点位移计监测确定岩土体内部破裂面位置的方法。通过对多条水平布置的多点位移计数据的分析，筛选出每条位移计相邻两测量点间的单位长度累计绝对位移量出现最大值的两个相邻测点，初步判定破裂面在该相邻测量点之间。以某三条位移计所在区域的破裂面为基准面，通过假定基准破裂面为平面且两端位移突变值相等，建立含破裂面与位移计交点的坐标的方程，求解出交点的坐标，并以基准破裂面的两端点坐标为基准，依次对剩余部分断裂面与位移计的交点进行定位，求出所有位移计与破裂面的交点坐标，连接各交点即得到了整条破裂面的具体位置。该方法能够迅速地确定破裂面所在的具体位置，在边坡的稳定性评价、加固设计中具有重要意义。

Description

基于多点位移计监测确定岩土体内部破裂面位置的方法
技术领域
本发明涉及一种适用于岩土体内部破裂面位置确定的方法，具体涉及基于多点位移计监测确定岩土体内部破裂面位置的方法。
背景技术
多点位移计作为常用的变形监测仪器已在岩土工程监测中广泛应用，其监测成果能真实反映岩土体的变形特征，有助于及时评价工程项目在施工及运营过程中的稳定性。特别是边坡、滑坡、地下及隧道工程围岩的变形监测方面应用非常广泛。
如何较准确地确定工程岩土体中的破裂面位置，至今仍没有较好的分析方法。对于滑坡及边坡工程大多是通过测斜仪监测数据进行分析粗略确定。而地下洞室及隧道围岩大多是仅只能通过波速测试来大致确定围岩的松动及破裂情况或分区，无法具体确定破裂面的位置。
多点位移计主要是用来监测岩土体内部的变形大小，以往的研究中只能通过多点位移计的监测成果分析出破裂面的大体所在范围，即破裂面可能在某两个测点之间，并不能准确的确定破裂面的位置、形态及延伸方向。因此，至今仍没有实现通过多点位移计的监测来较准确确定岩土体位置的方法，必须通过结合进一步勘探才有可能进一步定位，大大延长了对工程项目建设及稳定性评价所需的时间和增加了经济投入。
发明内容
本发明的目的是通过对岩土体多点位移的监测数据分析，提供一种较准确确定岩土体内部破裂面位置的方法。该方法通过对多条水平布置的多点位移计数据的分析，筛选出每条位移计相邻两测量点间的单位长度累计绝对位移量出现最大值的两个相邻测点，初步判定破裂面在该相邻测量点之间。以某三条位移计所在区域的破裂面为基准面，通过假定基准破裂面为平面且两端位移突变值相等，建立含破裂面与位移计交点坐标的方程，求解出交点的坐标，并以基准破裂面的两端点坐标为基准，依次对剩余部分断裂面与位移计的交点进行定位，求出所有位移计与破裂面的交点坐标，连接各交点即得到了整条破裂面的具体位置。
本发明的技术方案是：
一种基于多点位移计监测确定岩土体内部破裂面位置的方法，包括以下步骤：
(1)在岩土体内沿竖直剖面方向从临空面端植入n条水平的多点位移计，从下往上对位移计的起始点依次编号为M1、M2、…、Mi、…、Mn，记各位移计的高程为z1、z2、…、zi、…、zn；以第一个位移计的起始点M1所在位置为原点，水平向坡内为x轴，竖直向上为z轴，建立xM1z直角坐标系，规定z轴的起始值为M1的高程z1，x轴的起始值为通过测量，得到各个位移计起始点的坐标分别为
(2)对任意的一个多点位移计Mi，记它的第j个测量点的坐标为 的值为第j个测量点的深度与该位移计起始点的横坐标之和；通过对边坡位移的监测，得到某一时刻的累计位移量为
(3)计算多点位移计每两个相邻测量点间的单位长度累计绝对位移量公式表示为：比较得出每条多点位移计最大的单位长度累计绝对位移量初步判定破裂面在出现最大值的两个相邻测量点ji-1和ji之间；
(4)确立判定破裂面位置的依据：若岩土体在第i条位移计的相邻测量点ji-1和ji之间存在破裂面，破裂面与位移计的交点坐标为Fi(xi，zi)，由于破裂面的存在，认为位移在该处会发生突变，突变值为Ti，而间岩土体的位移变化趋势与的相同，间岩体的位移变化趋势应与的相同，则可建立以下关系式：
(5)对于任意三个多点位移计Mi-1、Mi、Mi+1穿过某一近于平面的基准破裂面，根据步骤(3)确定其破裂面在测量点ji-1-1～ji-1、ji-1～ji、ji+1-1～ji+1之间，破裂面与三个位移计Mi-1、Mi、Mi+1的交点坐标分别为Fi-1(xi-1，zi-1)、Fi(xi，zi)和Fi+1(xi+1，zi+1)，根据步骤(4)，满足以下关系：
在位移计Mi-1、Mi、Mi+1所在的基准破裂面的局部区域内，认为破裂面是一个平面，三个位移计在破裂面处突变值相等，应满足以下关系：
通过以上两方程组可以解得xi-1、xi、xi+1，即确定了破裂面与三个位移计交点的坐标Fi-1(xi-1，zi-1)、Fi(xi，zi)、Fi+1(xi+1，zi+1)，连接Fi-1、Fi、Fi+1即为位移计Mi-1、Mi、Mi+1所在局部区域破裂面，并以该平面作为基准破裂面来确定其余区域破裂面的位置；
(6)以Fi+1和Fi-1的坐标作为基准，分别向上和向下对其余区域破裂面进行定位，向下定位的方法与向上定位的方法相同，此处以向上定位破裂面的方法为例，详细步骤如下：以Fi+1作为基准点，以位移计Mi+1和Mi+2所处的区域为研究对象，假设破裂面与位移计Mi+2的交点坐标为Fi+2(xi+2，zi+2)，破裂面区域位移突变量为Ti+2，满足以下关系式：
由以上方程组可解出xi+2，从而确定了Fi+2(xi+2，zi+2)，连接Fi+1和Fi+2即得到了Mi+1和Mi+2位移计所在区域破裂面；
(7)基于步骤(6)的方法，依次类推，确定破裂面与剩余位移计的交点，依次连接各交点即得到整个区域的破裂面的具体位置。
进一步，本发明中所涉及的岩土体是泛指斜/边坡坡体或地下洞室围岩等所有的多点位移计所监测的岩土体，多点位移计由临空面植入岩土体中。
进一步，本发明的位移计应水平布置在一个竖直的岩土体剖面内，且至少需要3个多点位移计的监测数据。
进一步，本方法中基准破裂面的选取，对于岩质边坡，基准破裂面取后缘近平面的拉裂面；对于土质边坡，破裂面为圆弧形，基准面可取坡体前缘或后缘近平面的滑动面；对于地下洞室围岩，考虑到洞顶和底板的影响，基准面应取洞室边墙中部的近平面破裂面。
本发明基于多点位移计的监测成果的分析，能够迅速地确定岩土体内部破裂面所在的具体位置，特别是针对于新产生且对岩土体稳定性影响较大的断裂面或滑坡的滑动面，本发明能够迅速地做出较准确判断，从而指导抢修及加固设计，克服了以往方法的不足，在岩土体的稳定性评价、加固设计特别是工程抢修领域中具有重要的实用价值和推广意义。只要工程点开展了多点位移计的变形监测，利用此方法不需要额外产生其它任何费用，即可确定破裂面位置。
附图说明
图1为临空面以内岩土体中多点位移计布置图；
图2为单位长度累计绝对位移量计算示意图；
图3为破裂面处位移突变示意图；
图4为基准破裂面定位示意图；
图5为基准面向其余部分定位破裂面示意图；
图6为整个连通破裂面定位示意图。
图中：1.岩土体临空面、2.基准破裂面、3.向下定位的第一段破裂面、4.向上定位的第一段破裂面、5.向上定位的第二段破裂面、6.向上定位的连通破裂面、7.向下定位的连通破裂面。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清楚，结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
本实施例公开了一种基于多点位移计监测确定岩土体内部破裂面位置的方法，具体实施步骤如下：
(1)在岩土体内沿竖直剖面方向从临空面端植入n条水平的多点位移计，如图1所示，从下往上对位移计的起始点依次编号为M1、M2、…、Mi、…、Mn，记各位移计的高程为z1、z2、…、zi、…、zn；以第一个位移计的起始点M1所在位置为原点，水平向坡内为x轴，竖直向上为z轴，建立xM1z直角坐标系，规定z轴的起始值为M1的高程z1，x轴的起始值为通过测量，得到各个位移计起始点的坐标分别为 为第i个位移计起始点的横坐标。
(2)对任意的一个多点位移计Mi，如图1所示，记它的第j个测量点的坐标为的值为第j个测量点的深度与位移计起始点的横坐标的和。通过对边坡位移的监测，得到某一时刻的累计位移量为
(3)计算多点位移计每两个相邻测量点间的单位长度累计绝对位移量见图2，可表示为：
比较得出每条多点位移计最大的单位长度累计绝对位移量初步判定破裂面在出现最大值的两个相邻测量点ji-1和ji之间。
(4)确立判定破裂面具体位置的依据：若岩土体在第i条位移计的相邻测量点ji-1和ji之间存在破裂面，破裂面与位移计的交点为Fi(xi，zi)，由于破裂面的存在，认为位移在该处会发生突变，突变值为Ti，如图3所示，而间岩土体的位移变化趋势与的相同，间岩体的位移变化趋势应与的相同，则可建立以下关系式：
(5)对于任意三个多点位移计Mi-1、Mi、Mi+1所在区域，如图4所示，根据步骤(3)初步判定其破裂面在测量点ji-1-1～ji-1、ji-1～ji、ji+1-1～ji+1之间，破裂面与三个位移计Mi-1、Mi、Mi+1的交点坐标分别为Fi-1(xi-1，zi-1)、Fi(xi，zi)和Fi+1(xi+1，zi+1)，根据步骤(4)，满足以下关系：
在位移计Mi-1、Mi、Mi+1所在的局部区域内，认为破裂面是一个平面，三个位移计在破裂面处突变值相等，应满足以下关系：
通过以上两方程组可以解得xi-1、xi、xi+1，即确定了破裂面与三个位移计交点的坐标Fi-1(xi-1，zi-1)、Fi(xi，zi)、Fi+1(x+1，zi+1)，连接Fi-1、Fi、Fi+1即为位移计Mi-1、Mi、Mi+1所在局部区域破裂面，并以该平面作为基准破裂面2来确定其余区域破裂面的位置。
(6)以Fi+1和Fi-1的坐标作为基准，分别向上和向下对其余区域破裂面进行定位，如图5所示，此处以向上定位破裂面的方法为例，详细步骤如下：以Fi+1作为基准点，以位移计Mi+1和Mi+2所处的区域为研究对象，假设破裂面与位移计Mi+2的交点坐标为Fi+2(xi+2，zi+2)，破裂面区域位移突变量为Ti+2，满足以下关系式：
由以上方程组可解出xi+2，从而确定了Fi+2(xi+2，zi+2)，连接Fi+1和Fi+2即得到了Mi+1和Mi+2位移计所在区域破裂面，即向上定位的第一段破裂面4，同理类推可得向上定位的第二段破裂面5等。
向下定位其余部分破裂面的方法与向上定位的方法相同，按照该方式，可向下定位各破裂面，如向下定位的第一段破裂面3等。
(7)基于步骤(6)的方法，依次类推，如图6所示，确定破裂面与剩余位移计的交点，得到向上定位的连通破裂面6和向下定位的连通破裂面7。连通该三部分即完成了整体破裂面的定位。
以上实施方式是一个普适的方式，针对于具体工程，实施方式不同。对于岩质边坡，应以边坡后缘的三个位移计所在区域的破裂面为基准面，从上向下对破裂面进行定位；对于土质边坡，应以边坡前缘或后缘三个位移计所在区域的破裂面为基准面，从上往下(以后缘破裂面为基准面)或从下往上(以前缘破裂面为基准面)对破裂面进行定位；对于地下洞室，应以洞室中部的三个位移计所在区域的破裂面为基准面，从中间向两边对断裂面进行定位。

Claims (4)

1.一种基于多点位移计监测确定岩土体内部破裂面位置的方法，包括以下步骤：
(1)在岩土体内沿竖直剖面方向从临空面端植入n条水平的多点位移计，从下往上对位移计的起始点依次编号为M1、M2、…、Mi、…、Mn，记各位移计的高程为z1、z2、…、zi、…、zn；以第一个位移计的起始点M1所在位置为原点，水平向坡内为x轴，竖直向上为z轴，建立xM1z直角坐标系，规定z轴的起始值为M1的高程z1，x轴的起始值为通过测量，得到各个位移计起始点的坐标分别为
(2)对任意的一个多点位移计Mi，记它的第j个测量点的坐标为 的值为第j个测量点的深度与该位移计起始点的横坐标之和；通过对边坡位移的监测，得到某一时刻的累计位移量为
(3)计算多点位移计每两个相邻测量点间的单位长度累计绝对位移量公式表示为：比较得出每条多点位移计最大的单位长度累计绝对位移量初步判定破裂面在出现最大值的两个相邻测量点ji-1和ji之间；
(4)确立判定破裂面位置的依据：若岩土体在第i条位移计的相邻测量点ji-1和ji之间存在破裂面，破裂面与位移计的交点坐标为Fi(xi，zi)，由于破裂面的存在，认为位移在该处会发生突变，突变值为Ti，而间岩土体的位移变化趋势与的相同，间岩体的位移变化趋势应与的相同，则可建立以下关系式：
(5)对于任意三个多点位移计Mi-1、Mi、Mi+1穿过某一近于平面的基准破裂面，根据步骤(3)确定其破裂面在测量点ji-1-1～ji-1、ji-1～ji、ji+1-1～ji+1之间，破裂面与三个位移计Mi-1、Mi、Mi+1的交点坐标分别为Fi-1(xi-1，zi-1)、Fi(xi，zi)和Fi+1(xi+1，zi+1)，根据步骤(4)，满足以下关系：
在位移计Mi-1、Mi、Mi+1所在的基准破裂面的局部区域内，认为破裂面是一个平面，三个位移计在破裂面处突变值相等，应满足以下关系：
通过以上两方程组可以解得xi-1、xi、xi+1，即确定了破裂面与三个位移计交点的坐标Fi-1(xi-1，zi-1)、Fi(xi，zi)、Fi+1(xi+1，zi+1)，连接Fi-1、Fi、Fi+1即为位移计Mi-1、Mi、Mi+1所在局部区域破裂面，并以该平面作为基准破裂面来确定其余区域破裂面的位置；
(6)以Fi+1和Fi-1的坐标作为基准，分别向上和向下对其余区域破裂面进行定位，向下定位的方法与向上定位的方法相同，此处以向上定位破裂面的方法为例，详细步骤如下：以Fi+1作为基准点，以位移计Mi+1和Mi+2所处的区域为研究对象，假设破裂面与位移计Mi+2的交点坐标为Fi+2(xi+2，zi+2)，破裂面区域位移突变量为Ti+2，满足以下关系式：
由以上方程组可解出xi+2，从而确定了Fi+2(xi+2，zi+2)，连接Fi+1和Fi+2即得到了Mi+1和Mi+2位移计所在区域破裂面；
(7)基于步骤(6)的方法，依次类推，确定破裂面与剩余位移计的交点，依次连接各交点即得到整个区域的破裂面的具体位置。
2.如权利要求1所述的基于多点位移计监测确定岩土体内部破裂面位置的方法，其特征在于，所述岩土体为斜坡坡体或边坡坡体或地下洞室围岩。
3.如权利要求1所述的基于多点位移计监测确定岩土体内部破裂面位置的方法，其特征在于，多点位移计水平布置在一个竖直的岩土体剖面内，且至少需要3个多点位移计的监测数据。
4.如权利要求1所述的基于多点位移计监测确定岩土体内部破裂面位置的方法，其特征在于，对于岩质边坡，基准破裂面取后缘近平面的拉裂面；对于土质边坡，破裂面为圆弧形，基准破裂面取坡体前缘或后缘近平面的滑动面；对于地下洞室围岩，基准破裂面应取洞室边墙中部近平面的破裂面。
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光纤光栅位移计组在围岩变形连续监测中的应用研究;朱赵辉等;《岩土工程学报》;20161130;第38卷(第11期);第2093-2100页 *

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CN108050986A (zh) 2018-05-18

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