【摘要】：世界上的凍土面積占大陸面積的70%左右,我國的凍土面積占到國土面積的53%左右,凍土是對溫度極其敏感的土體介質(zhì),其凍融作用受季節(jié)交替時溫度的變化影響,凍土的體積變化不可避免。在凍土的凍融作用下,凍土區(qū)巖石遭到破壞,致使建筑物遭遇變形、崩塌等危害,尤其堤壩等水利工程,若遭到破壞,將產(chǎn)生不可估量的損失。在我國的建筑工程中,堤壩等水工建筑物作為重要的組成部分,如果受到凍土凍融作用的影響,水工建筑物地基將因凍土的膨脹或沉降而改變,致使建筑物遭到變形破壞甚至更為嚴(yán)重的崩塌危害,建筑物遭受破壞會嚴(yán)重影響使用壽命,若進(jìn)行修復(fù)將耗費高昂的成本。目前對凍土的研究多為路基凍土,而對堤壩凍土研究相較甚少,已有研究也多停留在人工采集凍土數(shù)據(jù)上,并且大多數(shù)只單獨采集凍土的溫度數(shù)據(jù),利用溫度的變化來研究凍土的凍融特性,但人工采集凍土數(shù)據(jù)存在采集繁瑣,耗時耗力,不能及時分析和預(yù)防等問題。本文旨在針對預(yù)防凍土變化引起的堤壩變形破壞問題,提出對堤壩凍土實時監(jiān)測和預(yù)警模型的研究。本研究共分為實時監(jiān)測和預(yù)警模型兩個階段。第一階段,根據(jù)凍土凍融特性和堤壩變形影響因素確定了堤壩凍土預(yù)警模型的影響因子有凍土溫度、凍土位移、凍土類型和建筑物修筑時間;在確定影響因子后選定凍土溫度和位移數(shù)據(jù)作為實時監(jiān)測的參數(shù),通過查閱資料以及實地勘測監(jiān)測區(qū)地質(zhì)環(huán)境,選擇Pt100溫度傳感器和JM測縫計作為凍土溫度和位移的測量工具,并選擇4G作為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),設(shè)計通信協(xié)議以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集端與監(jiān)測終端之間的數(shù)據(jù)交互。第二階段,利用已采集到的數(shù)據(jù)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對凍土溫度和位移數(shù)據(jù)訓(xùn)練預(yù)測,在此過程中,面對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢的問題選擇了附加動量項和學(xué)習(xí)率自適應(yīng)設(shè)計方法進(jìn)行改進(jìn),提高了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度,對實現(xiàn)凍土數(shù)據(jù)預(yù)測起到更好的效果;最后,利用模糊推理技術(shù)建立了預(yù)警模型,實現(xiàn)了堤壩變形的預(yù)警功能。本文研究的凍土監(jiān)測和預(yù)警模型解決了人工采集繁瑣、觀測不及時、危險不能預(yù)防等問題,為研究凍土的凍融特性提供了數(shù)據(jù)支持,它對堤壩凍土的研究具有一定的促進(jìn)作用,實時監(jiān)測和預(yù)警功能的實現(xiàn)為預(yù)防凍土區(qū)工程危害的發(fā)生提供了技術(shù)支持。
【圖文】：

堤壩凍土數(shù)據(jù)采集與傳輸式：振弦式傳感器是以拉緊的金屬弦作為敏感元件，以其變化來測有準(zhǔn)確度高、長期穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、信號傳播遠(yuǎn)、點非線性，，必須做線性化處理。對比，選擇振弦式位移傳感器，本系統(tǒng)中選用加拿大 Rocket 公司生器作為位移測量工具[53]，選擇量程為 200mm 以及精度為 0.1%的 J圖 2-1 所示。

10b）監(jiān)測區(qū)域垂直布置圖b）Monitoring area vertical layout圖 2-2 監(jiān)測區(qū)域傳感器布局圖Fig.2-2 Sensor layout2.3 傳輸方式選擇及通訊協(xié)議設(shè)計本章第一節(jié)中已經(jīng)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)為凍土的溫度和位移數(shù)據(jù)，完成各傳感器數(shù)據(jù)采集后，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳和存儲操作，上傳和存儲時間最小單位為每 5 分鐘一次，最長時間為 1天一次。在上傳數(shù)據(jù)的同時將上傳數(shù)據(jù)存儲在本地，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)表如表 2-1 所示，傳感器
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP277;TV871

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本文編號：2594485