欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

岩土研究院

深基坑变形监测数据处理系统的设计、实现和工程实例分析

433 2020-12-14 09:49:52

摘要:本文结合深基坑变形监测的工程实践经验,并以海口市某深基坑变形监测项目为例,基于MATLAB软件开发了深基坑变形监测数据处理系统。实践表明,设计一个包含信息采集、储存、计算处理、分析和反馈等功能的深基坑变形监测数据处理系统,将繁琐的监测数据的计算流程化、规范化,可以充分发挥了先进仪器的功能和效率,减少人工整理资料失误,提高工作效率,也同时提高了变形监测程度反馈的自动化和信息化程度,对解决工程实际问题很有意义。

关键词:深基坑;变形监测;数据处理系统;MATLAB


1、引言

国家住房和城乡建设部《建筑工程预防坍塌事故若干规定》(建质[2003]82号)中规定:“深基坑是指开挖深度超过5m的基坑,或者深度未超过5m但地质条件和周边环境较复杂的基坑”[1]。深基坑工程的特点差异较大,与岩土体条件及周边环境有关。一般的深基坑工程只是临时性的,具有计算理论不够完善、对周边环境影响较大、产生变形因素较多、风险性较大等显著特点[2]

近年来海南省内深基坑工程发展迅速,但与国内外先进的信息化施工相比,在现场监测、数据处理和信息反馈方面尚有较大的差距,存在一些突出的问题:(1)仪器、设备和技术手段比较落后,信息化程度较低;即便拥有先进的仪器,常常也因为缺乏相应的技术开发而未能充分发挥其功能和效率;(2)深基坑工程的区域性较强,虽然有全国性的规范和标准,但海南省内缺乏区域性的规范、规程和标准;(3)相应的软件支持不完善,已有的软件功能不够全面,资料处理速度慢,导致数据处理及分析时效性差。

所以,设计一个包含信息采集、储存、计算处理、分析和反馈等功能的深基坑变形监测数据处理系统,对解决工程实际问题很有意义。

2、系统设计及实现

根据现行国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》(GB504972009),专业软件的功能和参数宜具备数据采集、处理、分析、查询和管理一体化以及监测成果可视化的功能[4]。数据处理系统按照深基坑变形监测工作流程,应当包括数据采集、处理分析和成果输出三部分,基本功能模块应包括数据读取、计算处理、分析判别、图表制作、文件输出等。在数据采集阶段,应包含读取各类位移监测数据、地下水位监测数据、各类内力监测数据和其他变形监测内容数据等功能;在数据处理分析阶段,应包含数据检查错误剔除、各类变形量和变形速率计算、变形值超过控制值后预警、变形趋势预测等功能;在成果输出阶段,应包含输出各类观测手簿、当期成果表和曲线图、监测数据预测成果、必要时要有监测预警文件。系统总体框架图设计如下。

2.1 数据读取模块

将监测数据以数据文件输入的方式进行人工读取,初始阶段数据量较少时允许用户手工输入,然后将数据储存到数据库中。对于超限或者不符合规定格式的数据会自动取消输入,防止误操作。数据读取后,系统支持文本数据导入和导出、修改、删除、查询、排序、复制、剪切和粘贴等功能。部分代码如下:

clear;

clc;    

%打开数据文件

[filename1,pathname1]=uigetfile('*.*','打开数据文件');

fid=fopen(strcat(pathname1,filename1),'rt');

if fid==-1

    msgbox('The filename or pathname is notcorrect','warning','warn');

    return;

End

%根据数据固定格式读入

2.2 处理分析模块

将监测成果按照规范规定的或自定义的限值进行评判,及时发现异常结果,并对已经超限的监测项目进行报警。并利用已有的观测数据,选择预测模型进行计算变形预测预报。预警结果将自动存储,以便日后查找、分析与参考使用。以利用MGM(1, n)模型进行预测为例,部分代码如下。

(1) 一次累加生成序列:

[n,m]=size(x0);

for j=1:m

  x1(i,j)=x1(i-1,j)+x0(i,j);

end

(2) 计算矩阵L

for j=1:m

    for i=1:n-1

        l(i,j)=(x1(i,j)+x1(i+1,j))/2;

    end

end

(3) 计算参数Y

for j=1:m

    Y(1:n-1,j)=x0(2:n,j);

end

(4) 计算预测值序列:

[n,m]=size(Z);

for j=1:m

    x0(i,j)=Z(i,j)-Z(i-1,j);

end

2.3 成果输出模块

该模块可以按照现行规范附录格式或者地方规定的成果资料格式,生成当期监测成果报表、监测变化曲线图、超限报警文件和预测成果文件。还可以在设置固定格式之后辅助生成监测周报、旬报、月报,并以ExcelWord文档格式输出,便于查阅、打印和提交。以输出EXCEL成果表格为例,部分代码如下:

%创建服务器并返回句柄

Excel =actxserver('Excel.Application'); 

%创建工作簿

Workbooks = Excel.Workbooks;    

%创建空白表格

Workbook = invoke(Workbooks,'Add');        

%在空白表格第一行添加名称

set(ActivesheetRange(1,:),'Value','基坑沉降监测成果表');

%按照固定格式填充内容

%在表格最后一行按照固定格式添加监测单位名称

set(ActivesheetRange(m+7,1),'Value','监测单位:海南水文地质工程地质勘察院');       

%生成变化曲线图时,按照固定格式设置标题

plot(x,y1,'b-*'),xlabel('观测时间'),title('沉降变化曲线图') 

%设置横轴为监测日期

End

3、工程实例

海口市某深基坑是海南省重点项目工程,基坑场地周边环境复杂,南侧临近2~4层老建筑;东南侧紧挨一排2~4层民房。该项目基坑深度约11.45米。根据《建筑基坑支护技术规程(JGJ 120-99)》和有关规范的规定,该基坑的重要性等级为一级。

根据相关规范、委托单位技术要求和现场实际情况,围护墙(边坡)水平位移监测点位共24个;围护墙(边坡)沉降监测点位共24个;地下水位监测共8个,井深15米;周边建筑沉降监测点位共31个监测点;周边道路沉降监测点位共11个监测点;土体深层位移监测点位共8个,井深15米;锚索应力监测点位共312个。

将现场监测获得的七项监测项目成果输入深基坑变形监测数据处理系统对应的模块中,进行处理分析。共输出了围护墙(边坡)水平位移监测成果表和曲线图、围护墙(边坡)沉降监测成果表和曲线图、地下水位监测成果表和曲线图、周边建筑沉降监测成果表和曲线图、周边道路沉降监测成果表和曲线图、土体深层位移监测成果表和曲线图、锚索应力监测成果表和曲线图,在变形情况异常时还输出了固定格式的报警工作联系单。部分成果截图如下。

4、结语

本文以海口市某深基坑变形监测项目为,基于MATLAB开发了深基坑变形监测数据处理系统。结果表明,该数据处理系统达到了设计的功能要求,将繁琐的监测数据的计算流程化、规范化,可以减少人工整理资料失误,提高了工作效率,生成的成果可以满足现行国家规范和本地规范要求,准确性、时效性可以满足施工需求,充分发挥了先进仪器的功能和效率,提高了变形监测程度反馈的自动化和信息化程度。

但由于作者在深基坑工程理论方面仍需学习和时间所限,论文在数据兼容性和通用性、根据己有的观测数据量自动选择预报模型、输出成果三维可视化等方面仍存在一些不足之处,这也是今后工作的努力方向。

 

参考文献:

[1] 山东省建设厅.中华人民共和国国家标准建筑基坑工程监测技术规范(GB 50497—2009)[S],北京:中国计划出版社,2009.

[2] 刘国彬,王卫东.基坑工程手册第二版[M].北京:中国建筑工业出版社.2009.

[3]建设综合勘察研究设计院.中华人民共和国行业标准建筑变形测量规范(JGJ 8—2016)[S],北京:中国计划出版社,2007.

[4] 邓聚龙.灰理论基础[M].武汉:华中科技大学出版社,2002.

[5] 张志涌,杨祖樱等.MATLAB教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010.

[6] 黄声享等. 变形监测数据处理(第2版)[M]. 武汉:武汉大学出版社,2010.


稿源:《海南省测绘地理信息学会》

本文仅供学术经验分享之用

转载请注明稿源