边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法及系统、电子设备

本发明涉及边坡工程安全监测与评价，尤其涉及一种边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法及系统、电子设备。

背景技术：

1、现有边坡监测工作中，支护结构监测与坡体响应监测通常相互分离。工程实践中常见的做法是单独观察锚索轴力是否衰减、抗滑桩应变是否超限，或者单独观察坡表位移、深部位移、裂缝宽度和孔压是否异常。然而，仅仅知道支护结构受力发生了变化，并不能直接说明该变化是否有效抑制了坡体变形；同样，仅仅知道坡体变形出现了变化，也难以判断该变化是否与支护受力变化相协调。

2、例如，在降雨或开挖扰动作用下，锚索轴力可能明显增加，但若坡体深部位移梯度仍持续增大，则说明支护受力增加并未转化为有效的抑制作用；又如抗滑桩内力上升但坡面裂缝扩展和坡脚位移仍同步发展，也表明支护和坡体之间可能处于失协调状态。现有技术普遍缺乏一种能够从“支护结构受力变化—坡体响应变化—二者时空关系”这一链条出发，对支护效能进行定量评价的方法。

3、此外，边坡监测常受到降雨、水位变化、开挖卸荷、爆破施工等环境和工况因素的影响，若不对这些外部激励进行剥离，容易把由工况变化引起的响应误判为支护协调性变化。

技术实现思路

1、本发明提供一种边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法及系统、电子设备，用以解决相关技术中仅监测支护结构本体或仅监测坡体响应、无法判断支护受力变化是否真正抑制坡体变形的缺陷，本技术的方案既能综合支护结构受力和坡体响应，又能考虑时空匹配系数，以服务边坡支护体系的安全运维和精细化管理。

2、本发明提供一种边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法，包括：

3、获取待评价边坡的支护结构受力数据以及坡体响应数据；

4、基于所述支护结构受力数据以及所述坡体响应数据计算支护结构受力增量指标以及坡体校正响应指标；

5、计算所述支护结构受力增量指标以及所述坡体校正响应指标之间的时空匹配系数，并基于所述支护结构受力增量指标、坡体校正响应指标以及所述时空匹配系数计算协调性指数；

6、将所述协调性指数与预设阈值进行对比，得到协调性评价结果。

7、根据本发明提供的边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法，所述基于所述支护结构受力数据以及所述坡体响应数据计算支护结构受力增量指标以及坡体校正响应指标，包括：

8、基于所述支护结构受力数据以及所述坡体响应数据建立支护影响单元以及对应的坡体响应敏感区；

9、基于每一个评价窗口以及每一个所述支护影响单元，计算支护结构受力增量指标以及计算坡体校正响应指标，所述评价窗口为基于所述待评价边坡的工况数据建立。

10、根据本发明提供的边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法，所述时空匹配系数包括时滞惩罚参数和空间匹配度参数；

11、所述计算所述支护结构受力增量指标以及所述坡体校正响应指标之间的时空匹配系数，包括：

12、基于所述支护结构受力增量指标确定所述支护结构受力变化的峰值时刻，基于所述坡体校正响应指标确定坡体现有的转折时刻；

13、基于所述峰值时刻和所述转折时刻的时间差确定所述时滞惩罚参数；

14、基于所述支护影响单元确定对应的坡体响应敏感区；

15、基于所述支护影响单元与所述坡体响应敏感区之间的重合度确定所述空间匹配度参数。

16、根据本发明提供的边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法，所述支护结构受力增量指标包括荷载率、增长速率以及峰后松弛率；

17、所述计算支护结构受力增量指标，包括：

18、通过如下公式计算荷载率：

19、；

20、其中，为窗口内平均受力，为窗口起始受力，为设计控制受力；

21、通过如下公式计算增长速率：

22、；

23、其中，为评价窗口内受力增长最大速率，为速率参考值；

24、通过如下公式计算峰后松弛率：

25、；

26、其中，为评价窗口峰值受力，为窗口结束时受力；

27、所述计算坡体校正响应指标，包括：

28、根据历史样本建立无支护基线响应模型；

29、利用所述待评价边坡的工况数据预测在同类工况下的基线响应值；

30、将实测响应值与基线响应值比较，得到校正后的坡体校正响应指标。

31、根据本发明提供的边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法，所述基于所述支护结构受力增量指标、坡体校正响应指标以及所述时空匹配系数计算协调性指数，还包括：

32、基于所述支护结构受力增量指标、坡体校正响应指标计算抑制效能参数；

33、对所述抑制效能参数、所述时滞惩罚参数以及所述空间匹配度参数进行加权得到协调性指数。

34、根据本发明提供的边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法，所述对所述抑制效能参数、所述时滞惩罚参数以及所述空间匹配度参数进行加权得到协调性指数，符合如下公式：

35、；

36、其中，为协调性指数，e为抑制效能参数，m为空间匹配度参数，h为时滞惩罚参数，s为符号一致性参数，用于表征支护结构受力增加与坡体变形减速之间的方向一致程度，、、以及为权重系数，且。

37、根据本发明提供的边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法，所述将所述协调性指数与预设阈值进行对比，得到协调性评价结果，包括：

38、当所述协调性指数大于或者等于0.75时，确定所述待评价边坡支护结构的受力与坡体响应高协调；

39、当所述协调性指数大于或者等于0.55，且小于0.75时，确定所述待评价边坡支护结构的受力与坡体响应协调；

40、当所述协调性指数大于或者等于0.35，且小于0.55时，确定所述待评价边坡支护结构的受力与坡体响应弱协调；

41、当所述协调性指数小于0.35时，确定所述待评价边坡支护结构的受力与坡体响应失协调。

42、根据本发明提供的边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法，所述将所述协调性指数与预设阈值进行对比，得到协调性评价结果，还包括：

43、当连续若干个评价窗口的协调性评价结果均小于0.55，进行报警。

44、本发明还提供一种边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价系统，应用边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法，包括：

45、数据获取模块，用于获取待评价边坡的支护结构受力数据以及坡体响应数据；

46、指标计算模块，用于基于所述支护结构受力数据以及所述坡体响应数据计算支护结构受力增量指标以及坡体校正响应指标；

47、协调性计算模块，用于计算所述支护结构受力增量指标以及所述坡体校正响应指标之间的时空匹配系数，并基于所述支护结构受力增量指标、坡体校正响应指标以及所述时空匹配系数计算协调性指数；

48、协调性评价模块，用于将所述协调性指数与预设阈值进行对比，得到协调性评价结果。

49、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述任一种边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法。

50、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法。

51、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法。

52、本发明提供的边坡支护结构的受力与坡体响应协调性评价方法至少具有如下有益效果：

53、（1）从支护结构受力和坡体响应的联合关系出发，而不是孤立监测单一对象，能够更真实地评价支护体系对坡体稳定的控制效果；

54、（2）通过引入无支护基线响应模型，可剥离降雨、开挖、水位等背景激励的影响，减少误判；

55、（3）通过引入时滞惩罚和空间匹配度，能够识别“支护加载后存在合理滞后抑制”的有效场景，也能够识别“受力变化与响应衰减不在同一敏感区”的失协调场景；

56、（4）方法具有良好的可扩展性，可适配锚索边坡、抗滑桩边坡和桩锚联合支护边坡等多种工程类型，并可部署为在线评价系统。