CN112267479A - 刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置与预警监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置与预警监测方法，包括在膨胀土边坡坡面上设置的预制梁，多个预制梁呈周期性正交排列，其中沿着坡面长度方向的M个预制梁与正交的N个预制梁形成Y个网格空间，其中Y＝(M‑1)*(N‑1)；M和N均为正整数；位于每个网格空间内的弹性垫层，并且每个网格空间内的弹性垫层各自独立，所述弹性垫层包括表层防水层、缓冲层以及底层防水层，所述表层防水层为防水隔板，底层防水层为可变形防水层，所述缓冲层内设置有面型弹性结构，通过每个网格空间内的弹性垫层形成弹性缓冲支撑；其中，在预制梁的正交位置设置有锚杆孔，通过锚杆将预制梁压实固定到坡面表面上，形成刚性支撑。
Description
技术领域
本发明涉及膨胀土边坡支护技术领域，具体而言涉及一种刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置与边坡预警监测方法。
背景技术
膨胀土(expansive soil)，亦称胀缩性土，是一种高塑性黏土，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形的特性，在浸水后承载力将减弱，而且在干裂状态下，干缩裂隙会发育，造成性质不稳定。
在膨胀土表面进行道路边坡施工时，通过针对横坡、边坡的软化、开裂、反复变形和强度衰减的情形，提前做好排水改造，将地表水引导排走，并且还需要结合地区的降水量，对堑顶、坡面做表面防水处理，例如传统施工时采用的防水板，然后在防护板上兼顾做植物生长处理。但防水板仅仅是铺设到膨胀土边坡的坡面表面，采用大块的板材，以刚性或者半刚性支撑的方式拼接在表面，在边坡内部遇水膨胀后，将撑破防水板或者顶起防水板，造成拼接部分或者局部开裂、损坏，久之将造成更大范围的损坏破坏，影响整体防护效果。目前来说，这些破坏情况需要借助于人工巡查来发现，难度大，周期长。
现有技术文献：
专利文献1：CN104264694一种膨胀土边坡及施工方法
专利文献2：CN111395370A一种适用于膨胀土边坡的大框格防护单元和边坡防护结构
发明内容
本发明目的在于提供一种刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置与边坡预警监测方法，在膨胀土边坡表面构造高性能的弹性垫层，对表面和底层防水防渗起到隔离作用，并且在进行检测过程中通过计算机视觉进行图像采集并基于弹性垫层的网格空间进行差分处理和判断，对于超过设定标准的进行预警。
根据本发明示例性实施例的第一方面提出一种刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置，包括：
在膨胀土边坡坡面上设置的预制梁，多个预制梁呈周期性正交排列，其中沿着坡面长度方向的M个预制梁与正交的N个预制梁形成Y个网格空间，其中Y＝(M-1)*(N-1)；M和N均为正整数；
位于每个网格空间内的弹性垫层，并且每个网格空间内的弹性垫层各自独立，所述弹性垫层包括表层防水层、缓冲层以及底层防水层，所述表层防水层为防水隔板，底层防水层为可变形防水层，所述缓冲层内设置有面型弹性结构，通过每个网格空间内的弹性垫层形成弹性缓冲支撑；
其中，在预制梁的正交位置设置有锚杆孔，通过锚杆将预制梁压实固定到坡面表面上，形成刚性支撑。
优选地，所述面型弹性结构为多个钢丝圈交织形成的网状结构。
优选地，所述锚杆为拉胀锚固锚杆。
优选地，所述底层防水层为防水膜层，被设置可根据膨胀土的形变而作适应性胀缩。
优选地，所述预制梁为现浇预制梁。
优选地，正交的预制梁之间采用现浇段连接预制段的方式连接。或者，正交的预制梁之间采用卡槽或者土钉连接。
根据本发明示例性实施例的第二方面提出一种膨胀土边坡预警监测方法，包括以下步骤：
步骤1、以Y个网格空间为单位，设置图像采集装置，并记录经纬度信息；
步骤2、通过所述图像采集装置采集Y个网格空间范围内的图像；
步骤3、在铺设后的初始状态下，采集初始图像，并分割出网格空间，以网格空间对应的锚固点为标记点；
步骤4、设置所述图像采集装置以设定的周期发送采集的图像数据；
步骤5、对采集的图像分割出网格空间；
步骤6、对任意时刻Ti以及后一时刻Ti+1采集的图像，以分别以标记点为基准，对每个网格空间与初始图像进行对准，获得前后两个时刻的对应网格空间的差值图片；
步骤7、对差值图片进行差分处理，获得像素点的灰度变化差值，并且响应于任意一网格空间对应的灰度变化差值超过设定的第一阈值，则进入步骤8；
步骤8、对于超出设定阈值的网格空间，以其中心点为基础，判断与其邻接的网格空间的中心点所围成的四边形的面积与原始的四个中心点所围成的面积的差值是否超出设定的第二阈值，如果超过第二阈值，则进行边坡预警，发送预警信息。
优选地，所述图像采集装置被设置连续采集图像数据，并且以时间周期T为间隔发送最近1min图像数据，在后台进行图像对准和预警分析处理，连续采集的图像数据存储在图像采集装置中。
优选地，所述步骤8中，选择与超出设定阈值的网格空间最接近的2个网格空间以及位于超出设定阈值的网格空间对角的网格空间，以四个中心点围成四边形。
优选地，所述步骤3和步骤5中，采用相同的图像分割方式得到网格空间。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是本发明示例性的实施例的框架式膨胀土边坡支护装置的示意图。
图2是本发明示例性的实施例的框架式膨胀土边坡支护装置的局部放大图。
图3是本发明示例性实施例的弹性垫层的示意图。
图4是本发明示例性实施例的膨胀土边坡预警监测方法的流程图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1、2、3所示，根据本发明实施例的刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置包括在膨胀土边坡坡面上设置的预制梁100，多个预制梁呈周期性正交排列，其中沿着坡面长度方向的M个预制梁与正交的N个预制梁形成Y个网格空间，其中Y＝(M-1)*(N-1)；M和N均为正整数。
每个网格空间内设置弹性垫层200，并且每个网格空间内的弹性垫层各自独立。结合图3，弹性垫层包括表层防水层210、缓冲层220以及底层防水层230。表层防水层210为防水隔板，例如可采用塑料防水板，底层防水层230为可变形防水层，例如软树脂膜层、聚苯乙烯膜层或者其他软质防水膜层，被设置可根据膨胀土的形变而作适应性胀缩。
缓冲层220设置有面型弹性结构，通过每个网格空间内的弹性垫层形成弹性缓冲支撑。例如，面型弹性结构可以采用多个钢丝圈交织形成的网状结构，或者包括波浪状弹性钢丝形成网状结构。
结合图1、2，在预制梁100的正交位置设置有锚杆孔300，通过锚杆将预制梁压实固定到坡面表面上，形成刚性支撑。
优选地，锚杆为拉胀锚固锚杆，实现对预制梁更佳稳固的支撑和固定，实现刚性拼接和锚固。
在可选的实施例中，预制梁100为现浇预制梁，正交的预制梁之间采用现浇段连接预制段的方式连接。或者，在另外的实施例中，正交的预制梁之间采用卡槽或者土钉连接。
如此，本发明可预制特定形状的梁，预制梁拼装框架，锚杆将预制梁压实固定到坡面表面上，形成刚性支撑。同时，采用在框架中膨胀土侧加弹性垫层，允许膨胀土发生一定变形，减小框架梁受力，可减少配筋，节约成本。通过弹性垫层的网格化使用，一方面实现完全的防渗防水，达到防水的目的，另一方面实现在膨胀土发生局部或者细微变形时能够实现自适应变化，减小框架梁受力。
结合图4，根据本发明示例性实施例的第二方面提出一种膨胀土边坡预警监测方法，包括以下步骤：
步骤1、以Y个网格空间为单位，设置图像采集装置，并记录经纬度信息；
步骤2、通过所述图像采集装置采集Y个网格空间范围内的图像；
步骤3、在铺设后的初始状态下，采集初始图像，并分割出网格空间，以网格空间对应的锚固点为标记点；
步骤4、设置所述图像采集装置以设定的周期发送采集的图像数据；
步骤5、对采集的图像分割出网格空间；
步骤6、对任意时刻Ti以及后一时刻Ti+1采集的图像，以分别以标记点为基准，对每个网格空间与初始图像进行对准，获得前后两个时刻的对应网格空间的差值图片；
步骤7、对差值图片进行差分处理，获得像素点的灰度变化差值，并且响应于任意一网格空间对应的灰度变化差值超过设定的第一阈值，则进入步骤8；
步骤8、对于超出设定阈值的网格空间，以其中心点为基础，判断与其邻接的网格空间的中心点所围成的四边形的面积与原始的四个中心点所围成的面积的差值是否超出设定的第二阈值，如果超过第二阈值，则进行边坡预警，发送预警信息。
由此，通过对覆盖面进行网格化监控和处理，通过实施采集的图像数据进行网格空间划分后，进行灰度处理和比对，在此基础上判断出发生了位置移动或者变化的可能性，并进一步结合膨胀土在涨缩时对实际的周边一片区域造成的涨缩影响，对灰度变化的网格的边缘临接区域进行进一步判断，以准确判定是否发生大面积或者达到危险等级，进行边坡预警，例如提示在对应经纬度的区域的网格发生变形或者存在变形风险，需要进行人工处理或者现场处理，发送预警信息。
优选地，所述图像采集装置优选采用高速、高清摄像机，被设置用于连续采集图像数据，并且以时间周期T为间隔发送最近1min图像数据，在后台进行图像对准和预警分析处理，连续采集的图像数据存储在图像采集装置中。
优选地，所述步骤8中，选择与超出设定阈值的网格空间最接近的2个网格空间以及位于超出设定阈值的网格空间对角的网格空间，以四个中心点围成四边形。
优选地，所述步骤3和步骤5中，采用相同的图像分割方式得到网格空间。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (11)
1.一种刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置，其特征在于，包括：
在膨胀土边坡坡面上设置的预制梁，多个预制梁呈周期性正交排列，其中沿着坡面长度方向的M个预制梁与正交的N个预制梁形成Y个网格空间，其中Y＝(M-1)*(N-1)；M和N均为正整数；
位于每个网格空间内的弹性垫层，并且每个网格空间内的弹性垫层各自独立，所述弹性垫层包括表层防水层、缓冲层以及底层防水层，所述表层防水层为防水隔板，底层防水层为可变形防水层，所述缓冲层内设置有面型弹性结构，通过每个网格空间内的弹性垫层形成弹性缓冲支撑；
其中，在预制梁的正交位置设置有锚杆孔，通过锚杆将预制梁压实固定到坡面表面上，形成刚性支撑。
2.根据权利要求1所述的刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置，其特征在于，所述面型弹性结构为多个钢丝圈交织形成的网状结构。
3.根据权利要求1所述的刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置，其特征在于，所述锚杆为拉胀锚固锚杆。
4.根据权利要求1所述的刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置，其特征在于，所述底层防水层为防水膜层，被设置可根据膨胀土的形变而作适应性胀缩。
5.根据权利要求1所述的刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置，其特征在于，所述预制梁为现浇预制梁。
6.根据权利要求1所述的刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置，其特征在于，正交的预制梁之间采用现浇段连接预制段的方式连接。
7.根据权利要求1所述的刚性拼接锚固的框架式膨胀土边坡支护装置，其特征在于，正交的预制梁之间采用卡槽或者土钉连接。
8.一种根据权利要求7所述的框架式膨胀土边坡支护装置的膨胀土边坡预警监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、以Y个网格空间为单位，设置图像采集装置，并记录经纬度信息；
步骤2、通过所述图像采集装置采集Y个网格空间范围内的图像；
步骤3、在铺设后的初始状态下，采集初始图像，并分割出网格空间，以网格空间对应的锚固点为标记点；
步骤4、设置所述图像采集装置以设定的周期发送采集的图像数据；
步骤5、对采集的图像分割出网格空间；
步骤6、对任意时刻Ti以及后一时刻Ti+1采集的图像，以分别以标记点为基准，对每个网格空间与初始图像进行对准，获得前后两个时刻的对应网格空间的差值图片；
步骤7、对差值图片进行差分处理，获得像素点的灰度变化差值，并且响应于任意一网格空间对应的灰度变化差值超过设定的第一阈值，则进入步骤8；
步骤8、对于超出设定阈值的网格空间，以其中心点为基础，判断与其邻接的网格空间的中心点所围成的四边形的面积与原始的四个中心点所围成的面积的差值是否超出设定的第二阈值，如果超过第二阈值，则进行边坡预警，发送预警信息。
9.根据权利要求8所述的膨胀土边坡预警监测方法，其特征在于，所述图像采集装置被设置连续采集图像数据，并且以时间周期T为间隔发送最近1min图像数据，在后台进行图像对准和预警分析处理，连续采集的图像数据存储在图像采集装置中。
10.根据权利要求8所述的膨胀土边坡预警监测方法，其特征在于，所述步骤8中，选择与超出设定阈值的网格空间最接近的2个网格空间以及位于超出设定阈值的网格空间对角的网格空间，以四个中心点围成四边形。
11.根据权利要求8所述的膨胀土边坡预警监测方法，其特征在于，所述步骤3和步骤5中，采用相同的图像分割方式得到网格空间。
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