一种膨胀土岸坡健康在线评估与预警方法与流程

本发明涉及岩土工程领域，更具体地说它是一种膨胀土岸坡健康在线评估与预警方法。

背景技术：

1、膨胀土具有吸水膨胀软化、失水收缩干裂的特性，常被称为“工程癌症”，全球广泛分布；干湿循环作用下膨胀土体积变化可大于10％，据统计美国每年需花数十亿美元用于维修因膨胀土体积变化造成的道路、住宅等基础设施的破坏；在我国，长江、黄河等流域20多个省份为膨胀土地区，水荷载作用下膨胀土引起的工程危害更为突出，如丹江口水库蓄水后陶岔渠首河段出现了多处膨胀土岸坡滑动变形等；可以说，膨胀土防治是工程建设亟需解决的难题，更是全球性问题。

2、以往主要通过安全监测评价膨胀土的稳定性，比如谢向荣等人探讨了安全监测技术在膨胀土渠道监测的应用，认为对膨胀土渠道开展安全监测至关重要；张文峰提出以累计位移作为膨胀土渠道边坡控制标准，并在南水北调中线膨胀土边坡中应用；刘祖强等人开发了南水北调中线工程南阳膨胀土渠坡安全监测系统，实现了位移、含水率等监测信息采集，通过位移等监测数据分析渠道边坡稳定状态，以简报形式发出预警；黄超等人开发了南水北调中线膨胀土渠道安全监控的三维信息管理与分析系统，基于skylineglobe平台构建了渠道虚拟三维场景，实现了地质和监测信息采集，并通过监测数据与地质经验综合判断渠道边坡安全性；anand j.puppala和surya sarat chandra congress等人提出通过无人机低空摄影测量获取膨胀土影像，经算法处理后得到膨胀土表面裂隙等参数，进而预测膨胀土岸坡对基础设施影响。

3、从上述研究看，现有膨胀土岸坡防治健康评估与安全预警多侧重于监测数据采集及信息管理，并结合监测数据、影像数据及工程经验对膨胀土岸坡安全进行预测，未能实现膨胀土岸坡在线实时健康评估与安全预警。

4、因此，研发一种膨胀土岸坡健康在线评估与安全预警方法很有必要。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种膨胀土岸坡健康在线评估与预警方法。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种膨胀土岸坡健康在线评估与预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、步骤1，构建健康在线评估算法：

4、膨胀土岸坡健康在线评估算法如下：

5、

6、其中，函数f为膨胀土岸坡健康在线评估算法，自变量x为表面位移量/天，自变量y为土岸坡土壤含水率；s1、s2和s3对应膨胀土岸坡健康状态3个等级，其中s1＝健康、s2＝亚健康和s3＝隐患；wx1和wx2为表面位移临界值，wy为土壤含水率临界值；

7、步骤2，构建安全预警算法：

8、当经过膨胀土岸坡健康在线评估算法评判膨胀土岸坡健康状态为s3＝隐患时，需进一步结合岸坡安全系数标准函数h(z)判断岸坡安全状态；基于此建立安全预警算法：

9、

10、其中，函数g为安全预警算法，自变量f为膨胀土岸坡健康在线评估算子返回值，k为岸坡安全系数，g＝s1时不报警，g＝s4时报警；h(z)为岸坡安全系数标准函数，z是边坡等级；

11、步骤3，膨胀土岸坡健康状态及安全预警在线动态判断策略：

12、根据实时采集的自变量x和y，触发膨胀土岸坡健康在线评估算法f；依据算法f自动计算健康状态等级；若算法f返回值为s1，则表示膨胀土岸坡处于健康状态；若算法f返回值为s2，则表示膨胀土岸坡处于亚健康状态；若算法f返回值为s3，则表示膨胀土岸坡处于隐患状态；

13、当膨胀土岸坡健康状态为隐患状态时，触发安全预警算法g，并计算岸坡安全系数k；若k≥h(z)，则算法g返回值为s1，表示膨胀土岸坡处于健康状态；若k＜h(z)，则算法g返回值为s4，表示膨胀土岸坡处于不安全状态，发出预警，对于发出预警断面，采用修复加固措施进行处理，直至其转为健康状态。

14、在上述技术方案中，在步骤1中，wx1取10mm/d、wx2取20mm/d，wy取30％。

15、在上述技术方案中，在步骤2中，h(z)取值如下：

16、

17、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

18、1)本发明实现了岸坡“健康”、“亚健康”和“隐患”状态实时评估及“不健康”预警，为尽可能避免膨胀土岸坡发生滑坡提供了方法支撑，达到了减少膨胀土岸坡发生滑坡的目的。

19、2)相比于传统依靠监测数据、影像数据及工程经验对膨胀土岸坡安全进行预测实时性差的缺点，本发明实现了岸坡“健康”、“亚健康”和“隐患”状态实时评估及“不健康”预警，实时性好。

20、3)本发明经试验测试，试验获取的2203组在线评估与预警数据与实际膨胀土岸坡稳定状态相符，即2203组数据表明膨胀土岸坡均为非“不健康”状态，与实际膨胀土岸坡未发生滑坡健康状态一致，方法可靠性好。

技术特征：

1.一种膨胀土岸坡健康在线评估与预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种膨胀土岸坡健康在线评估与预警方法，其特征在于，在步骤1中，wx1取10mm/d、wx2取20mm/d，wy取30％。

3.根据权利要求1所述的一种膨胀土岸坡健康在线评估与预警方法，其特征在于，在步骤2中，h(z)取值如下：

技术总结本发明公开了一种膨胀土岸坡健康在线评估与预警方法，涉及岩土工程领域。它包括以下步骤：步骤1，构建健康在线评估算法；步骤2，构建安全预警算法；步骤3，膨胀土岸坡健康状态及安全预警在线动态判断策略。本发明实现了岸坡“健康”、“亚健康”和“隐患”状态实时评估及“不健康”预警，为尽可能避免膨胀土岸坡发生滑坡提供了方法支撑，达到了减少膨胀土岸坡发生滑坡的目的。技术研发人员：闫福根,闵征辉,邹德兵,李子康,丁刚受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19