一种边坡变形监测布置方法

1.一种边坡变形监测布置方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
（1）概化边坡地质条件及相关建筑物或构筑物位置信息，提取出控制边坡变形的控制节点及控制面，得到边坡概化图；
（2）根据边坡的重要性等级及其赋存环境信息，初步确定监测区域监测点平均布置密度，即确定每个测点控制的监测范围；
（3）以边坡岩体类别及抗压强度参数为依据，将监测区域划分为不同的重要性等级，并确定不同重要性等级监测区域的监测密度削减系数，即加密系数；
（4）以步骤（1）中提取出的控制节点和控制面为voronoi多边形的控制点，以步骤（2）中确定的平均布置密度得到voronoi多边形的几何参数，并将该几何参数乘以步骤（3）中的加密系数，得到不同重要性等级监测区域的voronoi多边形布置半径或边长，并以此生成基于voronoi多边形的边坡变形监测布置网；
（5）根据步骤（4）中的voronoi多边形的边坡变形监测布置网，依据边坡变形监测项目，布置相应监测设备，以监测边坡变形情况。

一种边坡变形监测布置方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及水电工程领域，尤其涉及一种边坡变形监测布置方法。\n背景技术\n[0002] 边坡安全问题在我国西南水电能源开发中显得尤为突出。边坡安全控制技术已经成为制约水电工程建设的关键技术问题之一，也是保障重大水电工程安全的核心举措。复杂条件下的边坡安全控制技术贯穿于包括勘测、设计、施工和运行等多个环节，其中安全监测则是边坡施工及运行期安全的重要指示器，对于保障工程安全起着至关重大作用。边坡安全监控系统往往会耗费大量的人力物力，不合理的安全监控布置不仅浪费人力物力，而且对于边坡安全状况起不到应有的指示作用。变形监测是边坡安全监测中最主要也是最可靠的监测方式，地表变形监测由于能捕捉到边坡空间三个方面的变形信息，而且布置难度小，实际中被广泛采用。从安全可靠、技术可行、经济合理的理念出发，提出合理合适的边坡变形监测布置网显得尤为重要，一方面它可为边坡安全起到重要指示作用，另一方面合适的监测布置网可避免不合理的监测设备，从而达到节省人力财力的目的。\n发明内容\n[0003] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明围绕边坡安全监测的测点布置，结合边坡不良地质结构，确定不良地质边界，基于voronoi多边形生成技术，利用其等面积的区域划分方法，对边坡表面进行划分，然后以重点分区加密监测的思想，提出一种新的边坡变形监测布置方法，得到经济、合理的边坡变形监测点布置。\n[0004] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：\n[0005] 一种边坡变形监测布置方法，包括如下步骤：\n[0006] (1)概化边坡地质条件及相关建筑物或构筑物位置信息，提取出控制边坡变形的重要控制节点及控制面，得到边坡概化图；\n[0007] (2)根据边坡的重要性等级及其赋存环境等信息，初步确定监测区域监测点平均布置密度，即确定每个测点控制的监测范围；\n[0008] (3)以边坡岩体类别及抗压强度参数为依据，将监测区域划分为不同的重要性等级，并确定不同重要性等级监测区域的监测密度削减系数，即加密系数；\n[0009] (4)以步骤(1)中提取出的控制节点和控制面为voronoi多边形的控制点，以步骤(2)中确定的平均布置密度得到voronoi多边形的几何参数，并将该几何参数乘以步骤(3)中的加密系数，得到不同重要性等级监测区域的voronoi多边形布置半径或边长，并以此生成基于voronoi多边形的边坡变形监测布置网；\n[0010] (5)根据步骤(4)中的voronoi多边形的边坡变形监测布置网，依据边坡变形监测项目，布置相应监测设备，以监测边坡变形情况。\n[0011] 所述步骤(1)中，将边坡地质概况及相关控制节点和控制面信息概化成一幅边坡概况图，并对各个控制节点和控制面进行编号，对控制边界进行划分。\n[0012] 所述步骤(2)中，以边坡重要性等级及赋存环境等信息确定初始监测密度，确定每个测点所控制监测范围，即确定每个测点监测区域的面积。\n[0013] 所述步骤(3)中，将边坡监测部位以岩体类型及抗压强度等为依据，确定不同区域的重要性等级，例如，可将边坡监测部位按照重要性等级分为一级、二级、三级、四级和五级共五个级别，其中一级最需要加密，五级相对最不需要加密，每个级别的加密系数可相应依次可取为0.6、0.7、0.8、0.9、1.0；得到加密系数后，可以得到加密后的监测布置网。\n[0014] 所述步骤(4)中，将voronoi多边形的几何参数乘以步骤(3)中得到的加密系数，可以修正不同部位的监测密度。\n[0015] 采用本发明提供的方法，边坡变形监测布置方法有理论可依，并将明晰的几何方法付诸于实际，得到可行的、经济合理的监测布置方案；本发明方法，对监测控制网进行了全面优化，能够得到最好的变形点布置，一方面避免了不必要监测项目，同时也为边坡任意点变形估计提供了最好的数据支持。\n[0016] 有益效果：本发明提供的一种边坡变形监测布置方法，利用voronoi多边形生成技术可近似等面积划分边坡变形监测区域，使得每个监测点控制的监测区域大致相等，在有限监测点控制下使得边坡任意点的变形估计精度最高；同时，本方法还引入了监测密度因子，使得监测点的布置可视地质条件、重要性调整，克服了剖面控制法过于主观的缺点；\n本发明还采用了等面积监测布置与重点监测相结合，可实现最优的边坡表观变形控制网，节省开支。\n附图说明\n[0017] 图1为实例中的边坡结构示意图；\n[0018] 图2为边坡概化图；\n[0019] 图3为基于voronoi多边形的初始布置网；\n[0020] 图4为监测区域按重要等级划分后示意图。\n[0021] 图5为基于voronoi多边形的边坡变形监测布置网；\n[0022] 图6为边坡表面监测布置结构示意图；\n[0023] 图7为无重要等级划分的边坡表面监测布置结构示意图。\n具体实施方式\n[0024] 下面结合具体实例对本发明作更进一步的说明。\n[0025] 某边坡存在一巨大变形区，该变形区对工程成败影响重大，需要开展边坡表面变形监测，用以馈控边坡的变形与稳定状态。根据岩性及边坡重要性程度，将边坡划分为I、II两个分区，分界线为一冲沟，二者变形方向和变形破坏机理均不同。边坡沿河流方向长度为\n2\n1263m，沿高程方向长度为1700m，区域面积大约130万m。根据描述，可将该边坡描绘成如图1所示结构。\n[0026] 采用本发明提供的边坡变形监测布置方法进行边坡监测点的布置，具体步骤如下：\n[0027] (1)根据边坡的实际地形情况以及开挖边界，勾画出边坡的边界及地质分界线，概化后得到如图2所示的边坡概化图；\n[0028] (2)根据该边坡高度及工程的重要性等级，确定该边坡初始监测密度为每隔100m布置一个测点，由此可得到如图3所示的基于voronoi多边形的初始布置网；\n[0029] (3)根据不同部位边坡所处位置对整体建筑物影响程度以及组成边坡岩体类型等差异性，将边坡划分为I和II两个区域，并确定其边界，得到如图4所示的重要等级划分；\n其中I和II分别表示不同重要性等级的两个区域。根据地质资料，I区岩体较为破碎，抗压强度为11.8MPa，II区岩体抗压强度为14.5MPa，而且I区下方有枢纽建筑物，因而其对整个枢纽建筑物影响重大，综合考虑，确定I区需要加密监测，设定其加密系数为0.8，II区不需要加密，设定其加密系数取1.0；\n[0030] (4)根据步骤(2)中初始监测密度和步骤(3)中加密系数，可得到I区监测密度为每隔80m布置一个测点，II区每隔100m布置一个测点，以此为修正条件可得到如图5所示的基于voronoi多边形的边坡变形监测布置网；\n[0031] (5)将平面上的voronoi多边形监测布置网，通过地形插值技术可将平面划分对应到实际边坡表面，可得到边坡表面监测布置，结果如图6所示。在布置网中voronoi多边形形心处布置相应的监测项目，即可实施对边坡表面变形的观测，以完成边坡变形监测布置方案。若边坡无重要性等级划分，在步骤(3)中不进行监测密度分区，可以得到均匀布置的边坡监测布置方案，结果见图7所示。\n[0032] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。