[发明专利]基于云平台的边坡预应力锚杆智能化监测预警系统及方法

说明书

本发明公开了基于云平台的边坡预应力锚杆智能化监测预警系统及方法，包括S1、实时采集锚杆上各个点位的应变值；S2、构建锚杆平均剪应力预测模型；S3、计算锚杆与锚孔之间的空隙应力函数关系；S4、修正锚杆平均剪应力预测模型，得到锚杆剪应力预测模型；S5、衡量预测模型输出的锚杆剪应力值与磁通量传感器实测得到的锚杆剪应力值之间的差的绝对值D；S6、对绝对值D进划分；S7、构建事故预警的神经网络模型。本发明采用智能算法构建事故预警的神经网络模型，通过实时采集的应力数据预测当前锚杆的应力承受情况，当锚杆应力承受超过预设值时，对故障类型进行判断。

技术领域

本发明属于锚杆智能预警的技术领域，具体涉及基于云平台的边坡预应力锚杆智能化监测预警系统及方法。

背景技术

随着我国改革开放的深化发展，建筑业作为国民经济支柱产业的作用日益增强，也为我国国民经济和社会发展做出了巨大贡献。但众多工程项目的开发建设，如城市建设、铁路桥梁工程及矿山开发等，都对周边原有的地质环境及生态环境造成了较大的改变，如河流改道、山地平整等。因此，工程项目周边就必不可少的产生了大量的土质或岩质边坡。有些工程项目在运营阶段，随着地下水长期的侵蚀、岩土体自身重力作用、地震、降水等自然因素及其他不利的人为因素等不断地影响，工程项目周边所遗留下的边坡就发生了局部或整体变形，从而造成了大量边坡的崩塌、滑动等地质灾害。根据边坡事故的发生可以看出，在城市建设过程中，大多数经人工改造后的边坡由于其内在的地质条件及外部的地貌环境的变化，都直接或间接的影响其整体的稳定性，因此对于现存的边坡必须采取一种行之有效的支护方法，以保证其稳定与安全。

大量铁路、公路、水利、矿山、城镇等的修建,特别是在丘陵和山区建设中,人类工程活动中开挖和堆填的边坡数量越来越多，高度越来越高。例如，北京-福州高速公路福建段200余千米内高度大于40m的边坡有180多处；云南省元江-磨黑高速公路147km内高度大于50m的边坡为160余处；宝成铁路陕西省宝鸡至四川省绵阳段，通过的地段大部分为深山峡谷区，河道蜿蜒，山坡陡立，自然斜坡一般接近其临界坡度，稳定性较差，据不完全统计，这段铁路的边坡开挖多达293处，累计79.7km，其中接近或超过临界安全坡度的有123处，累计长423km，占边坡开挖长度的530%。通常水利和矿山建设中的边坡高度更高、范围更大。水利建设中黄河上的龙羊峡、李家峡、刘家峡、小浪底水电站；长江上的三峡葛洲坝水电站；其他,如小湾、漫湾、二滩、五强溪、龙滩、天生桥、溪洛渡锦屏电站等都存在大量的岩石高边坡,有些边坡高达500m。矿山工程中露天矿与地下矿的开采都会形成工程边坡。此外,尾矿坝、排土场也会形成许多高边坡,如著名的抚顺西露天煤矿、平朔露天煤矿等。我国是一个多山的国家,尤其是我国西部地区及东南沿海的福建、广西、广东、海南等地,随着我国西部大开发的推进,大量民用与工业建筑不断兴起,数量众多的建筑边坡应运而生,成为我国边坡工程的重要组成部分。例如,著名的山城重庆，仅市中区建筑边坡就数以万计。

边坡的治理费用在工程建设中也是极其昂贵的。在我国随着大型工程建设的增多，用于边坡处治的费用也在不断增大，如三峡库区仅用于一期的边坡处治国家投资就高达40亿元；特别是在我国西部高速公路和铁路建设中，用于边坡处治的费用占总费用的30%-50%，因此对边坡进行合理的设计和有效的治理将直接影响国家对基础建设的投资及安全运营。

目前，土木工程领域，高强预应力锚杆/锚索的应用日益广泛，锚杆/锚索吨位也日益增大，但伴之而来的问题是锚杆/锚索失事事故所带来的风险也随之增加。

以岩体预应力锚杆/锚索用于岩质边坡加固而言,其实质是施加主动的锚固力：一方面使岩体的结构得到加强，大大提高岩体的承载能力，另一方面，在岩体内产生预锚附加应力场，使不利的应力状态得到调整和改善，从而提高岩体稳定的可靠度。然而，预应力将随岩体的变形而变化，在张拉初期，预应力即发生一定的损失，在使用过程中，预应力将伴随岩体中的温度、岩体蠕变、钢材松驰及地下水等因素的变化而变化。因此,预应力的长期荷载变化一直是国内外工程界关注的焦点，但由于其所需观测时间长，费用高，测量仪器性能无法完全满足要求等，故国内外资料有限，这方面的研究国内外也较少。