【摘要】：世界上的凍土面積占大陸面積的70%左右,我國(guó)的凍土面積占到國(guó)土面積的53%左右,凍土是對(duì)溫度極其敏感的土體介質(zhì),其凍融作用受季節(jié)交替時(shí)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(guó)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(huì)嚴(yán)重影響使用壽命,若進(jìn)行修復(fù)將耗費(fèi)高昂的成本。目前對(duì)凍土的研究多為路基凍土,而對(duì)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(dú)采集凍土的溫度數(shù)據(jù),利用溫度的變化來研究?jī)鐾恋膬鋈谔匦?但人工采集凍土數(shù)據(jù)存在采集繁瑣,耗時(shí)耗力,不能及時(shí)分析和預(yù)防等問題。本文旨在針對(duì)預(yù)防凍土變化引起的堤壩變形破壞問題,提出對(duì)堤壩凍土實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警模型的研究。本研究共分為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警模型兩個(gè)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(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的參數(shù),通過查閱資料以及實(shí)地勘測(cè)監(jiān)測(cè)區(qū)地質(zhì)環(huán)境,選擇Pt100溫度傳感器和JM測(cè)縫計(jì)作為凍土溫度和位移的測(cè)量工具,并選擇4G作為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),設(shè)計(jì)通信協(xié)議以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集端與監(jiān)測(cè)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(duì)凍土溫度和位移數(shù)據(jù)訓(xùn)練預(yù)測(cè),在此過程中,面對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢的問題選擇了附加動(dòng)量項(xiàng)和學(xué)習(xí)率自適應(yīng)設(shè)計(jì)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(duì)實(shí)現(xiàn)凍土數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)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(shí)現(xiàn)了堤壩變形的預(yù)警功能。本文研究的凍土監(jiān)測(cè)和預(yù)警模型解決了人工采集繁瑣、觀測(cè)不及時(shí)、危險(xiǎn)不能預(yù)防等問題,為研究?jī)鐾恋膬鋈谔匦蕴峁┝藬?shù)據(jù)支持,它對(duì)堤壩凍土的研究具有一定的促進(jìn)作用,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能的實(shí)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(cè)有準(zhǔn)確度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、信號(hào)傳播遠(yuǎn)、點(diǎn)非線性，，必須做線性化處理。對(duì)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(cè)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(cè)區(qū)域垂直布置圖b）Monitoring area vertical layout圖 2-2 監(jiān)測(cè)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(jì)本章第一節(jié)中已經(jīng)分析監(jiān)測(cè)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳和存儲(chǔ)操作，上傳和存儲(chǔ)時(shí)間最小單位為每 5 分鐘一次，最長(zhǎng)時(shí)間為 1天一次。在上傳數(shù)據(jù)的同時(shí)將上傳數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP277;TV871

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