CN110263365A - 一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理及分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理及分析方法，适用于交通、水利、水电、矿山等行业复杂地质条件下地下洞室和边坡的变形监测数据处理和分析。本发明提供一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理及分析方法，通过有限点的变形监测数据插值获得典型断面和三维全局的变形场分析特征，并通过比对数值模型的反演分析而获得的变形场分布特征，从而实现从局部和全局的维度来分析评价监测数据本身的合理性以及地下洞室围岩、边坡的稳定特征。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理及分析方法，适用于交通、水利、水电、矿山等行业复杂地质条件下地下洞室和边坡的变形监测数据处理和分析。
背景技术
岩土工程中，地下洞室和边坡变形监测数据的分析、处理和基于合理监测数据的反演分析是评价其稳定特征的重要手段。变形监测一般采用在典型剖面选择典型高程位置进行布设，有限测点或者监测断面在分析整体变形模式和稳定特征时通常具有其局限性。通过有限点的监测数据获得典型断面的变形云图甚至获得整个建筑物三维空间的变形分布特征，快速实现实际监测数据的空间展示、以及与数值反演分析的变形云图进行比较分析对判断围岩稳定而言显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理及分析方法。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理方法，所述基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理方法包括如下步骤：
（1）在三维插值技术分析软件中，根据所要分析的开挖体型轮廓建立几何模型，该几何模型与要分析的目标对象及其所处的施工阶段的体型轮廓一致，并初步划分网格单元，网格单元大小遵循开挖面附近较小且向几何模型外边界逐渐增大的原则，并根据监测点点位的疏密程度对网格单元大小进行调整，目的是使得划分后的网格单元在开挖面附近和监测点附近具有更好的插值结果，使得云图过渡更加平顺；
（2）将工程现场已经安装并已经获得数据的变形监测仪器的具***置和变形量/变形增量形成一个多维数组，并且变形监测仪器的位置坐标和步骤（1）中网格化的模型具有相同的坐标系，并可以在网格化的模型中标定出变形监测仪器的具***置，也即是监测点的具***置；
（3）将步骤（2）中所形成的带有变形属性特征的监测点的数组集合导入至步骤（1）中所建立好的网格化模型中，根据分析需求将所有监测点的变形量/增量或者其中一个变形分量设置为插值的约束点；
（4）通过离散光滑插值技术，给定网格单元相应的初始值以及将（3）中的约束点的变形量设置为约束插值条件，可以直接插值得到整个网格模型的变形场分布特征。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：
优选地，只需要建立与实际分析对象轮廓相符的几何模型。
优选地，在建立好的几何轮廓模型基础上可以直接划分单元网格模型，网格大小可以任意指定，并且网格尺寸的大小可以根据分析对象的需要，可以在局部进行加密调整。
优选地，将监测数据包含的空间位置坐标以及监测成果写成多维数组的格式直接导入，可以实现数据的批量处理。
优选地，通过有限空间点的监测数据，可以插值得到空间范围内全局的变形分布特征，可以更加直观地用于与数值分析获得的变形特征对比。
本发明还有一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据分析方法。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据分析方法，所述基于离散光滑插值技术的变形监测数据分析方法基于前文所述的基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理方法，并包括如下步骤：根据工程现场的围岩开挖响应，宏观分析模型的整体变形特征，并对比基于数值模型的反演分析获得变形场特征，判断基于实际监测数据的围岩变形模式和围岩变形规律的合理性。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：
优选地，若经离散光滑插值技术获得后的变形场分析特征与现场实际的整体开挖响应、经验判断以及技术数值模型的反演分析结果存在矛盾，可以删除不合理监测点的变形，并作为新的约束条件，然后再次插值从而获得合理的变形场分析特征。
本发明提供一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理及分析方法，通过有限点的变形监测数据插值获得典型断面和三维全局的变形场分析特征，并通过比对数值模型的反演分析而获得的变形场分布特征，从而实现从局部和全局的维度来分析评价监测数据本身的合理性以及地下洞室围岩、边坡的稳定特征。
附图说明
图1a示出了地下洞室的网格模型。
图1b示出了边坡的网格模型。
图2a为地下洞室的变形监测点布置与网格模型的对应关系图。
图2b为边坡的变形监测点布置与网格模型的对应关系图。
图3a示出了地下洞室基于离散光滑插值技术处理后的变形场特征。
图3b示出了边坡基于离散光滑插值技术处理后的变形场特征。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理方法，包括如下步骤：
（1）在三维插值技术分析软件中，根据所要分析的开挖体型轮廓建立几何模型，参照图1a和1b，该几何模型与要分析的目标对象及其所处的施工阶段的体型轮廓一致，并初步划分网格单元，网格单元大小遵循开挖面附近较小且向几何模型外边界逐渐增大的原则，并根据监测点点位的疏密程度对网格单元大小进行调整，目的是使得划分后的网格单元在开挖面附近和监测点附近具有更好的插值结果，使得云图过渡更加平顺；
（2）将工程现场已经安装并已经获得数据的变形监测仪器的具***置和变形量/变形增量形成一个多维数组，并且变形监测仪器的位置坐标和步骤（1）中网格化的模型具有相同的坐标系，并可以在网格化的模型中标定出变形监测仪器的具***置，也即是监测点的具***置，参照图2a和2b；
（3）将步骤（2）中所形成的带有变形属性特征的监测点的数组集合导入至步骤（1）中所建立好的网格化模型中，根据分析需求将所有监测点的变形量/增量或者其中一个变形分量设置为插值的约束点；
（4）通过离散光滑插值技术，给定网格单元相应的初始值以及将（3）中的约束点的变形量设置为约束插值条件，可以直接插值得到整个网格模型的变形场分布特征，参照图3a和3b。
以图3a地下洞室的监测成果为例，一般在地下洞室的监测断面会在边顶拱布置多支多点式位移计，每支多点位移计会布置2个以上的测点，每个测点距离开挖面的距离不同，比如四点式多点位移计为例，假定四个测点距离开挖面的距离为1 m，2 m，4 m，6 m，当获得该断面7支多点位移计共28个监测点的数据后，可以将监测点的空间坐标（x,y,z）以及变形量以文本格式写成一个多维数组：
（x1, y1, z1，xdisp1，ydisp1，zdisp1，disp1）
（x2, y2, z2，xdisp2，ydisp2，zdisp2，disp2）
….
（xn, yn, zn，xdispn，ydispn，zdispn，dispn）
然后将这些数据导入划分好网格单元的模型中，根据需要对所有网格单元的变形属性特征赋初始值0或者其他数值，将导入的所有监测点数据中的一个变形值（xdisp，ydisp，zdisp，disp其中的任意一个）作为约束点，即在监测点位置的网格单元其变形值在插值过程中始终与监测点实测值保持一致，然后对整个模型范围内进行插值，最终得到基于有限插值点数据获得的全局变形分布特征，并在插值后得到的变形云图中得到变形等值线d1，d2，d3，…，通过对比基于实测数据和光滑离散插值技术获得的全局变形分布和数值分析成果得到的变形分布，实现从局部和全局的维度来分析评价监测数据本身的合理性以及地下洞室围岩、边坡的稳定特征。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理方法，其特征在于，所述基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理方法包括如下步骤：
（1）在三维插值技术分析软件中，根据所要分析的开挖体型轮廓建立几何模型，该几何模型与要分析的目标对象及其所处的施工阶段的体型轮廓一致，并初步划分网格单元，网格单元大小遵循开挖面附近较小且向几何模型外边界逐渐增大的原则，并根据监测点点位的疏密程度对网格单元大小进行调整，目的是使得划分后的网格单元在开挖面附近和监测点附近具有更好的插值结果，使得云图过渡更加平顺；
（2）将工程现场已经安装并已经获得数据的变形监测仪器的具***置和变形量/变形增量形成一个多维数组，并且变形监测仪器的位置坐标和步骤（1）中网格化的模型具有相同的坐标系，并可以在网格化的模型中标定出变形监测仪器的具***置，也即是监测点的具***置；
（3）将步骤（2）中所形成的带有变形属性特征的监测点的数组集合导入至步骤（1）中所建立好的网格化模型中，根据分析需求将所有监测点的变形量/增量或者其中一个变形分量设置为插值的约束点；
（4）通过离散光滑插值技术，给定网格单元相应的初始值以及将（3）中的约束点的变形量设置为约束插值条件，可以直接插值得到整个网格模型的变形场分布特征。
2.根据权利要求1所述的基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理方法，其特征在于，只需要建立与实际分析对象轮廓相符的几何模型。
3.根据权利要求1所述的基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理方法，其特征在于，在建立好的几何轮廓模型基础上可以直接划分单元网格模型，网格大小可以任意指定，并且网格尺寸的大小可以根据分析对象的需要，可以在局部进行加密调整。
4.根据权利要求1所述的基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理方法，其特征在于，将监测数据包含的空间位置坐标以及监测成果写成多维数组的格式直接导入，可以实现数据的批量处理。
5.根据权利要求1所述的基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理方法，其特征在于，通过有限空间点的监测数据，可以插值得到空间范围内全局的变形分布特征，可以更加直观地用于与数值分析获得的变形特征对比。
6.一种基于离散光滑插值技术的变形监测数据分析方法，其特征在于，所述基于离散光滑插值技术的变形监测数据分析方法基于权利要求1所述的基于离散光滑插值技术的变形监测数据处理方法，并包括如下步骤：根据工程现场的围岩开挖响应，宏观分析模型的整体变形特征，并对比基于数值模型的反演分析获得变形场特征，判断基于实际监测数据的围岩变形模式和围岩变形规律的合理性。
7.根据权利要求6所述的基于离散光滑插值技术的变形监测数据分析方法，其特征在于，若经离散光滑插值技术获得后的变形场分析特征与现场实际的整体开挖响应、经验判断以及技术数值模型的反演分析结果存在矛盾，可以删除不合理监测点的变形，并作为新的约束条件，然后再次插值从而获得合理的变形场分析特征。
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