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岩土工程监测数据处理与解释技术的研究与应用

曾凯波

武汉综合交通研究院有限公司,湖北武汉,430000

摘要: 随着最近几年来,我国建筑工程领域的发展逐渐多样化和多元化,岩土工程监测数据处理技术的应用范围愈发广泛,广义来说,岩土工程是土木工程的重要分支之一,涉及到土壤和岩石的力学性质、工程结构的稳定性等问题。在岩土工程实践中,监测数据是评估工程性能和安全性的重要依据。然而,由于监测数据的复杂性和大量性,如何有效地处理和解释这些数据,成为了岩土工程领域的一个重要问题。本文就岩土工程监测数据处理与解释技术的研究与应用,展开分析和论述,希望以此可以给广大相关工作者,以建议或启发。
关键词: 岩土工程;监测数据处理;解释技术;研究与应用
DOI:10.12721/ccn.2024.157831
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引言:一般来说,岩土工程监测的主要任务是对岩土工程施工过程中的岩土体、地下水及周边环境(包括建构筑物、地下管线等)情况等,进行实时监测和数据采集,通过数据分析以及报告编写等工作,可以及时发现和解决工程施工过程中可能存在的问题,一方面,确保工程的安全和稳定性,以此提高工程的整体质量。另一方面,岩土工程监测可以指导施工,反馈优化设计对实现建筑群与生态的可持续发展,同样具有不可代替的意义作用。但岩土工程监测数据处理与解释技术在实际应用中,均需要具体问题具体分析,以此才可以达到既定的监测目的和作用。

一、岩土工程监测的特点

一方面,岩土工程监测涉及多个方面的参数和指标,包括岩土体的物理性质、力学性质、水文特性等,以及岩土体的强度、稳定性等[1]。监测内容广泛,需要综合考虑多个因素,因此具有多样性、多点性、多参数性的特点。另一方面,岩土工程监测数据受到多种因素的影响,如监测设备的精度、环境条件的变化等,存在一定的不确定性。因此,在数据处理与解释过程中,需要考虑和评估数据的可靠性和精度。并且,岩土工程监测数据需要及时获取和处理,以便及时采取相应的措施。特别是对于一些重要的岩土工程,如大坝、隧道等,实时监测数据对工程的安全运行至关重要。

二、岩土工程监测数据处理技术与解释技术的相关概述

(一)岩土工程监测数据处理技术

岩土工程监测数据处理技术,是指对岩土工程监测所获取的原始数据进行整理、筛选、分析的方法和技术。主要包括数据清洗与校正、数据整理与分类、数据分析与统计、数据可视化与图像解释、风险评估与预警等,比如就数据清洗与校正来说,主要是对采集到的原始数据进行清洗,去除异常值,保证数据的准确性和可靠性。同时,对数据进行校正,消除因仪器误差或环境因素引起的偏差。而对于风险评估与预警处理来说,则是根据数据分析的结果,结合岩土工程的特点和经验知识,进行风险评估和预警处理,以及时发现可能存在的问题和风险,并采取相应的措施进行调整和处理。总的来说,岩土工程监测数据处理技术的应用目的在于,通过对监测数据的处理和分析,揭示工程的变化和趋势,评估工程的安全性和稳定性,为工程决策和管理提供科学依据。

(二)岩土工程监测数据解释技术

一般来说,岩土工程监测数据解释技术,是指对岩土工程监测数据进行解读和说明的一种方法,其中所包含的工作环节有数据分析与比较、数据解释与评估、结果解读与报告撰写等等,在实际岩土工程监测工作中,数据处理技术与数据解释技术均是相辅相成的,一方面,通过对监测数据进行分析,可以评估工程的安全性[2]。帮助工程人员了解岩土体的变形、应力、渗流等情况,判断工程是否存在安全隐患,并及时采取措施进行调整和改进,确保工程的安全运行。另一方面,监测数据解释技术可以为工程管理决策提供科学依据。通过对监测数据的解释和分析,可以了解工程的运行情况,判断工程的运行状态,为管理决策提供参考和支持,以保证工程的安全运行和经济效益。

三、岩土工程监测数据处理与解释技术的应用

(一)统计分析法在岩土工程监测中的应用

统计分析法是一种通过收集、整理和分析数据来获得有关特定问题的信息和结论的方法。它基于统计学原理和方法,通过对数据的描述、推断和预测,来揭示数据背后的规律和趋势。其中包括描述统计分析、推断统计分析、相关分析、方差分析、预测和回归分析等等,通过统计分析,可以对岩土工程监测数据进行整理、分析和解释,从而得到更加准确和可靠的信息,比如通过计算相关系数,分析岩土工程监测数据之间的相关性[3]。通过判断监测数据之间的相关性,可以了解不同监测点之间的联系和影响,为工程设计和施工提供参考。或者通过比较观测值与理论值之间的差异,判断监测数据是否符合预先设定的假设,从而判断岩土工程的稳定性和可行性。除此之外,岩土工程监测数据处理与解释技术中的统计分析法,可以根据历史监测数据,建立预测模型,预测未来的变化趋势。通过统计分析的方法,可以对岩土工程的发展趋势进行预测,为工程设计和施工提供参考。

(二)神经网络法在岩土工程监测中的应用

神经网络法是一种基于人工神经网络模型的数据处理和解释技术,它通过模拟人脑神经元之间的连接和信息传递过程,来处理和解释岩土工程监测数据[4]。在岩土工程监测中,通常会采集到大量的监测数据,如地下水位数据、土体应力数据、位移数据等。这些数据包含了丰富的信息,但也存在一定的噪声和复杂性,需要经过处理和解释才能得到有用的结论。神经网络法通过构建一个多层次的神经网络模型,将监测数据作为输入,经过多个神经元的处理和传递,最终输出一个预测结果或解释结果。一方面,神经网络法可以对监测数据进行预处理,如数据归一化、数据平滑、数据降噪等,提高数据的质量和可用性。另一方面,神经网络法可以对监测数据进行分类和识别,如判断地下水位是否超过警戒线、判断土体应力是否达到破坏状态等,帮助工程师及时发现和解决问题[5]。不仅如此,神经网络法可以解释监测数据中的复杂关系和规律,如分析土体位移与地下水位之间的关系、分析土体应力与变形之间的关系等,揭示数据背后的物理机制和规律。

(三)对监测数据的空间效应和时间效应进行修正

在岩土工程监测中,监测数据的空间效应和时间效应,是需要进行修正的重要因素。由于地质条件和工程环境的复杂性,监测点之间存在着空间上的差异,同时监测数据也会随着时间的推移而发生变化。为了准确地理解和解释监测数据,需要对这些效应进行修正。一般针对空间效应的修正方法有插值方法,通过对已有监测点数据进行插值,可以推算出未监测点的数据值,从而填补空间上的数据空缺。常用的插值方法有克里金插值、反距离权重插值等,或者是空间变异分析方法,通过对监测点之间的空间变异进行分析,可以了解不同区域的数据差异,并根据变异程度进行修正。而岩土工程监测数据处理与解释技术中,所应用的

时间效应的修正方法有趋势分析方法、季节性调整方法、时间平滑方法等,需要注意的是,修正空间效应和时间效应时,需要根据具体的监测数据特点和工程背景,选择合适的修正方法,并进行验证和调整。同时,还需要结合岩土工程的实际情况和专业知识,对修正后的数据进行合理解释和分析。

结束语

综上所述,岩土工程监测具有多样性、多点性、多参数性、随时间性、不确定性和实时性等特点。而岩土工程监测数据处理与解释技术的合理应用,对确保工程的安全和可靠性具有重要意义。但在实际应用中,需要不断探索和改进监测数据处理与解释技术,提高其准确性和可靠性。同时,还需要加强对监测数据的质量控制,确保数据的准确性和完整性,以提高数据处理和解释的可信度,从而确保工程的安全和可靠性具有实际意义作用。