1.隧道结构变形承载力监测方法,其特征在于,具体步骤包括:步骤1:获取隧道的设计参数,地质参数;所述设计参数包括衬砌厚度、隧道长度、隧道直径、隧道材料的抗压强度和弹性模量;所述地质参数包括岩土比,岩石的密度、孔隙度和渗透率,土壤的黏聚力和土壤渗透系数;步骤2:对设计参数进行数学分析,生成设计承压系数,对地质参数进行数学分析生成地质施压系数和水影响系数;根据设计承压系数和地质施压系数生成外部压力形变系数;步骤3:获取隧道环境数据,对环境数据和水影响系数进行分析获得环境评估系数,根据环境评估系数和外部压力形变系数生成外部压力形变评估系数;步骤4:获取隧道荷载数据,对隧道荷载数据进行分析获得内部压力形变评估系数;根据外部压力形变评估系数和内部压力形变评估系数生成第一隧道压力形变评估系数;步骤5:获取隧道底部图像数据,对隧道底部图像数据进行缝隙特征提取得到隧道缝隙特征数据,对隧道缝隙特征数据进行分析获得隧道老化修正系数;使用隧道老化修正系数对第一隧道压力形变评估系数进行修正生成第二隧道压力形变评估系数;步骤6:根据第二隧道压力形变评估系数对隧道结构变形承载力进行监测。
2.根据权利要求1所述的隧道结构变形承载力监测方法,其特征在于:生成外部压力形变系数所依据的具体逻辑为:对设计参数进行数学分析,生成设计承压系数,对地质参数进行数学分析生成地质施压系数;根据设计承压系数和地质施压系数生成外部压力形变系数;生成设计承压系数所依据的具体公式为:其中,Cw为设计承压系数,H为衬砌厚度,L为隧道长度,D为隧道直径,Q为隧道材料的抗压强度,E为隧道材料的弹性模量;生成地质施压系数所依据的具体公式为:其中,Gw为地质施压系数,RT为岩土比,σ R 为岩石的密度,Fa为土壤黏聚力;生成外部压力形变系数所依据的具体逻辑为:其中,Pw为外部压力形变系数。
3.根据权利要求2所述的隧道结构变形承载力监测方法,其特征在于:生成外部压力形变评估系数所依据的具体逻辑为:对地质参数进行数学分析生成水影响系数;获取隧道环境数据,对环境数据和水影响系数进行分析获得环境评估系数,根据环境评估系数和外部压力形变系数生成外部压力形变评估系数;所述环境数据包括隧道内温度,隧道内地下水位高度和隧道内空气湿度;生成水影响系数所依据的具体公式为:Wa=Tt*tan -1 (Tr*St)其中,Wa为水影响系数,Tt为土壤渗透系数;St为岩石孔隙度,Tr为岩石渗透率;生成环境评估系数所依据的具体公式为:其中,Ee为环境评估系数,T为隧道内温度,Lw为隧道内地下水位高度,Ws为隧道内空气湿度;生成外部压力形变评估系数所依据的具体逻辑为:Pe=Pw*Ee其中,Pe为外部压力形变评估系数,Pw为外部压力形变系数。
4.根据权利要求3所述的隧道结构变形承载力监测方法,其特征在于:获取隧道荷载数据,对隧道荷载数据进行分析获得内部压力形变评估系数;根据外部压力形变评估系数和内部压力形变评估系数生成第一隧道压力形变评估系数;所述荷载数据包括隧道内交通工具数量,隧道内每种交通工具速度和质量,生成内部压力形变评估系数所依据的具体公式为:其中,Pn为内部压力形变评估系数,M i 为第i个交通工具的质量,v i 为第i个交通工具的速度;N为隧道内交通工具数量,i为交通工具索引;生成第一隧道压力形变评估系数所依据的具体逻辑为:Pz 1 =Pn+Pe其中,Pz 1 为第一隧道压力形变评估系数,Pe为外部压力形变评估系数。
5.根据权利要求1所述的隧道结构变形承载力监测方法,其特征在于:获取所述隧道荷载数据所依据的具体逻辑为:在隧道入口设置压力传感器和速度传感器,在出口设置压力传感器,记录交通工具进入时的压力与速度和交通工具出去时的压力,若出去时压力传感器记录的压力值与进入时的压力值在预设误差内,则判断该交通工具离开隧道,删除入口对应记录的数据,将入口记录未删除的压力数据除以重力加速度即可得到对应交通工具的质量。
6.根据权利要求1所述的隧道结构变形承载力监测方法,其特征在于:获取隧道缝隙特征数据所依据的具体逻辑为:将隧道分为K段,采集每段中心位置的隧道底部图像,使用最大类间方差法识别图隧道底部图像的缝隙部分,将隧道底部图像缝隙部分的像素点比上隧道底部图像总像素点获取缝隙占比,获取裂缝区域的平均灰度值和最大灰度值。
7.根据权利要求4所述的隧道结构变形承载力监测方法,其特征在于:生成第二隧道压力形变评估系数所依据的具体逻辑为:对隧道缝隙特征数据进行分析获得隧道老化修正系数;使用隧道老化修正系数对第一隧道压力形变评估系数进行修正生成第二隧道压力形变评估系数;生成隧道老化修正系数所依据的具体公式为:其中,Ol为隧道老化修正系数,Yb k 为第k段隧道底部图像的缝隙占比, 为第k段隧道底部图像的裂缝区域平均灰度值,I maxk 为第k段隧道底部图像的裂缝区域最大灰度值;K为隧道段数,k为隧道段的索引;生成第二隧道压力形变评估系数所依据的具体公式为:Pz 2 =Pz 1 *Ol其中,Pz 2 为第二隧道压力形变评估系数,Pz 1 为第一隧道压力形变评估系数。
8.根据权利要求7所述的隧道结构变形承载力监测方法,其特征在于:使用第二隧道压力形变评估系数对隧道结构变形承载力进行监测所依据的具体逻辑为:预设第二隧道压力形变评估阈值,将第二隧道压力形变评估系数与第二隧道压力形变评估阈值进行比较,将Pz 2 <0.6Pz 20 定义为隧道结构变形承载力正常,将0.6Pz 20 ≤Pz 2 <Pz 20 定义为隧道结构变形承载力预警,将Pz 2 ≥Pz 20 定义为隧道结构变形承载力危险;其中,Pz 2 为第二隧道压力形变评估系数,Pz 20 为第二隧道压力形变评估阈值。
9.一种隧道结构变形承载力监测系统,其特征在于:所述系统用于实现权利要求1-8任意一项所述的隧道结构变形承载力监测方法的步骤,具体包括:数据采集模块,用于获取隧道的设计参数,地质参数;所述设计参数包括衬砌厚度、隧道长度、隧道直径、隧道材料的抗压强度和弹性模量;所述地质参数包括岩土比,岩石的密度、孔隙度和渗透率;土壤的黏聚力和土壤渗透系数;外部分析模块,用于对设计参数进行数学分析,生成设计承压系数,对地质参数进行数学分析生成地质施压系数和水影响系数;根据设计承压系数和地质施压系数生成外部压力形变系数;外部评估模块,用于获取隧道环境数据,对环境数据和水影响系数进行分析获得环境评估系数,根据环境评估系数和外部压力形变系数生成外部压力形变评估系数;内外评估模块,用于获取隧道荷载数据,对隧道荷载数据进行分析获得内部压力形变评估系数;根据外部压力形变评估系数和内部压力形变评估系数生成第一隧道压力形变评估系数;老化修正模块,用于获取隧道底部图像数据,对隧道底部图像数据进行缝隙特征提取得到隧道缝隙特征数据,对隧道缝隙特征数据进行分析获得隧道老化修正系数;使用隧道老化修正系数对第一隧道压力形变评估系数进行修正生成第二隧道压力形变评估系数;综合监测模块,用于根据第二隧道压力形变评估系数对隧道结构变形承载力进行监测。