一种静力触探曲线辅助自动分层系统及方法与流程

1.本发明属于岩土工程勘察技术领域，尤其涉及一种静力触探曲线辅助自动分层系统及方法。


背景技术：

2.现有技术：
3.静力触探原位测试技术是岩土工程勘察中一种重要的原位勘察测试技术，该技术通过将探头压入土中，并以一定间隔采集探头在不同深度土层中的阻力，根据阻力的分析结果确定不同深度土层的物理力学性质，该法具有勘察成本低、效率高的特点。此外，结合土层的物理力学性质与探头阻力的关系，探测成果曲线不仅可用于划分岩土的层位，更可以根据各层土的锥尖阻力、侧壁阻力及摩阻比等参数评价岩土的物理力学性质、地基承载力等，静力触探原位测试是岩土工程勘察中常用的一种重要原位勘察测试技术。在当前的工程实践中，静力触探数据曲线划分岩土层时采用人工分层法、分层后层间数据经手工剔除异常数据后进行统计分析，计算平均值、大值平均值等参数。
4.但本技术发明人发现上述现有技术至少存在如下技术问题：
5.(1)现有的人工分层法具有人为影响大，误差不易控制的不足：由于岩土层的不均匀性等原因，原位静力触探测试曲线在层内具有沿某一中心线起伏的特点，在不同土层间则具有中心线位置突变或渐变的特点，在采用人工方法对静力触探曲线进行分层的过程中，仅通过人工判断曲线的起伏对曲线进行分层，无法准确的对分层点位置(即土层分界面)进行定位，且该人工分层法受技术人员的能力、经验、熟练程度等各方面的影响较大，导致根据静力触探曲线人工划分岩土层分界面存在一定的误差和不确定性(即不同的人处理的结果可能有一定的出入)。
6.(2)人工法分层效率低：面对大量岩土工程静力触探数据，人工分层法的手动分层处理效率较低，且分层后层间异常数据需手工剔除，不能满足大量数据的快速处理，缺少静力触探数据曲线的自动处理和分层方法。
7.上述技术问题的难度和意义：
8.因此，基于这些问题，通过对静力触探数据特征的深入分析，提供一种提高静力触探曲线划分岩土层位的精度、效率，降低人为影响的静力触探曲线辅助自动分层系统及方法具有重要的理论意义，且通过计算机系统，对于实现静力触探数据的高效、自动分层和层间数据分析处理具有重要的工程实用价值。


技术实现要素：

9.本技术目的在于为解决现有静力触探曲线划分岩土层技术中存在的人为影响大、效率低、误差不易控制等技术问题而提供一种提高静力触探曲线划分岩土层位的精度、效率，降低人为影响的静力触探曲线辅助自动分层系统及方法。
10.本技术实施例为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
11.一种静力触探曲线辅助自动分层系统，所述静力触探曲线辅助自动分层系统包括：
12.数据搜集模块：将探头压入土中，以一定间隔采集探头在不同深度土层中的阻力，以深度为横坐标，阻力为纵坐标，绘制静力触探曲线；
13.计算模块：所述计算模块包括依次相连的降噪模块、第一次平滑模块、处理模块和第二次平滑模块：
14.其中：
15.所述降噪模块将触探曲线上每个数据点与其前连续两个数据的均值和其后连续两个数据的均值分别进行比较，并用与其差值小的均值替换该点位数据值；
16.所述第一次平滑模块采用加权平均值法重新计算经降噪模块处理后的曲线上每一个点位数据；
17.所述处理模块计算经第一次平滑模块处理后曲线上每一个数据点及其前2个数据的平均值，计算经第一次平滑模块处理后曲线上每一个数据点及其后2个数据的平均值，计算两个平均值的差值，并以该差值重新形成曲线；
18.所述第二次平滑模块计算以处理模块处理后的曲线数据点为中心的连续5个数据的平均值，并以该平均值替换中心数据点的值，得到可直接判断触探曲线岩土分层位置的分层位置最终曲线；
19.结果分析模块：将计算模块得到的分层位置最终曲线的极值点所对应的深度作为分层位置进行输出。
20.本技术实施例还可以采用以下技术方案：
21.在上述静力触探曲线辅助自动分层系统中，进一步的，所述降噪模块为：计算x1、x2、δ
x
1和δx2，如果δx1＜δx2，则将xi的值用x1进行替换，如果δx1＞δx2，则将xi的值用x2进行替换，公式如下：
22.x1＝（x
i-2
+x
i-1
）/2
23.x2＝（x
i+2
+x
i+1
）/2
24.δx1＝|x
1-x1|
25.δx2＝|x
i-x2|
26.其中：xi为数据值；x1为计算数据点之前两个数据的平均值；x2为计算数据点之后两个数据的平均值；δx1为计算数据点与其之前两个数据平均值的差值的绝对值；δx2为计算数据点与其之后两个数据平均值的差值的绝对值。
27.在上述静力触探曲线辅助自动分层系统中，进一步的，所述第一次平滑模块为：计算数据点的新值x
i1
，公式如下：
[0028][0029]
其中：x
i1
为采用加权平均计算的对应数据点的新值；x
i-1
，xi，x
i+1
：经降噪模块处理后各数据点及其前后的数值。
[0030]
在上述静力触探曲线辅助自动分层系统中，进一步的，所述处理模块为：对第一次平滑模块处理后的数据再次进行处理，计算处理后的数据点的新值x
12
，公式如下：
[0031][0032]
其中：x
i2
为数据xi及其前2个数据的平均值与数据xi及其后2个数据的平均值的差值；x
i-2
，x
i-1
，xi，x
i+1
，x
i+2
为经第一次平滑模块处理后的数据xi及其前后各2个数据的值。
[0033]
在上述静力触探曲线辅助自动分层系统中，进一步的，所述第二次平滑模块为：计算x
13
，计算公式如下：
[0034][0035]
其中：x
13
为数据xi以及其前后各2个数据，共5个数据的平均值；x
i-2
，x
i-1
，xi，x
i+1
，x
i+2
为经处理模块处理后的数据xi以及其前后各2个数据的值，共5个数据的值。
[0036]
一种静力触探曲线辅助自动分层方法，所述静力触探曲线辅助自动分层方法包括以下步骤：
[0037]
步骤一：触探曲线上每个数据点与其前连续两个数据的均值和其后连续两个数据的均值分别进行比较，并用与其差值小的均值替换该点位数据值；
[0038]
步骤二：采用加权平均值法重新计算经步骤一处理后的曲线上每一个点位数据；
[0039]
步骤三：计算经步骤二处理后曲线上每一个数据点及其前2个数据的平均值，计算经步骤二处理后曲线上每一个数据点及其后2个数据的平均值，计算两个平均值的差值，并以该差值重新形成曲线；
[0040]
步骤四：计算以步骤三处理后的曲线数据点为中心的连续5个数据的平均值，并以该平均值替换中心数据点的值，得到可直接判断触探曲线岩土分层位置的曲线。
[0041]
在上述静力触探曲线辅助自动分层方法中，进一步的，所述步骤一为：计算x1、x2、δx1和δx2，如果δx1＜δx2，则将xi的值用x1进行替换，如果δx1＞δx2，则将xi的值用x2进行替换，公式如下：
[0042]
x1＝(x
i-2
+x
i-1
)/2
[0043]
x2＝(x
i+2
+x
i+1
)/2
[0044]
δx1＝|x
i-x1|δx2＝|x
i-x2|其中：xi为数据值；x1为计算数据点之前两个数据的平均值；x2为计算数据点之后两个数据的平均值；δx1为计算数据点与其之前两个数据平均值的差值的绝对值；δx2为计算数据点与其之后两个数据平均值的差值的绝对值；
[0045]
所述步骤二为：计算数据点的新值x
i1
，公式如下：
[0046][0047]
其中：x
i1
为采用加权平均计算的对应数据点的新值；x
i-1，
xi，x
i+1
：经步骤一处理后各数据点及其前后的数值；
[0048]
所述步骤三为：对步骤二处理后的数据再次进行处理，计算处理后的数据点的新值x
12
，公式如下：
[0049][0050]
其中：x
i2
为数据xi及其前2个数据的平均值与数据xi及其后2个数据的平均值的差值；x
i-2
,x
i-1
,xi,x
i+1
,x
i+2
为经步骤二处理后的数据xi及其前后各2个数据的值；
[0051]
所述步骤四为：计算x
i3
,计算公式如下：
[0052][0053]
其中：x
i3
为数据xi以及其前后各2个数据，共5个数据的平均值；x
i-2
,x
i-1
,xi,x
i+1
,x
i+2
为经步骤三处理后的数据xi以及其前后各2个数据的值，共5个数据的值。
[0054]
一种信息数据处理终端，其特征在于，用于实现上述任一项所述静力触探曲线辅助自动分层方法。
[0055]
一种计算机可读存储介质，其特征在于：包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述任一项所述静力触探曲线辅助自动分层方法。
[0056]
本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：
[0057]
1、本发明通过静力触探曲线辅助自动分层系统实现了静力触探曲线的自动分层，通过计算模块对数据搜集模块收集的原始静力触探数据进行处理，得到了一条可直接判断静力触探分层位置的新曲线，即分层位置最终曲线，该曲线不仅消除了非分层点位的数据起伏，并且可以弧状起伏的方式显示分层的位置，弧形的极值点代表分层点位置。因此，结果分析模块可直观、准确、快速的判断分层位置。
[0058]
2、本发明的静力触探曲线辅助自动分层方法对静力触探数据的异常数据剔除、数据的平滑、计算层间差值，最后再次对数据进行平滑，得到可直接判断静力触探分层位置的新曲线，为实现静力触探数据曲线的计算机自动处理、识别及分层提供了技术支撑，从而可实现计算机系统的自动化分层。
[0059]
3、现有技术原位静力触探测试曲线由于受上下层岩土物理力学性质、倾斜等的影响，静力触探曲线在岩土分层处显示渐变或突变，分层时受人为影响较大。本发明通过计算模块处理后形成的新曲线，其弧形极值位置代表的即为分层点位置，可通过判断弧形极值的位置进行曲线的辅助自动分层，且该位置(深度)可直接在曲线图上读取。本发明有效的减少了静力触探曲线人工分层时，受经验、技术能力水平等干扰影响，减小了人工分层时的随意性，结果的客观性更强。
[0060]
4、本发明提高了静力触探数据岩土分层的效率，并降低了分层时人为的影响，也提高了静力触探分层及层间数据统计分析处理的效率。同时，对大量的工程静力触探数据进行自动化分层、层间数据的统计分析，可有效的提高静力触探数据处理的效率和质量，具有比较好的工程实用价值。
附图说明
[0061]
以下将结合附图来对本技术实施例的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本技术范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
[0062]
图1是静力触探曲线辅助自动分层系统的流程图；
[0063]
图2是实施例四中锥尖阻力各步骤处理效果曲线；
[0064]
图3是静力触探孔jk2的分层效果；
[0065]
图4是静力触探孔jk2的锥尖阻力曲线；
[0066]
图5是静力触探孔jk2的侧壁阻力曲线；
[0067]
图6是静力触探孔jk2的摩阻比曲线。
具体实施方式
[0068]
所述静力触探曲线辅助自动分层系统包括：
[0069]
数据搜集模块：将探头压入土中，以一定间隔采集探头在不同深度土层中的阻力，以深度为横坐标，阻力为纵坐标，绘制静力触探曲线；
[0070]
计算模块：所述计算模块包括依次相连的降噪模块、第一次平滑模块、处理模块和第二次平滑模块：
[0071]
其中：
[0072]
所述降噪模块将触探曲线上每个数据点与其前连续两个数据的均值和其后连续两个数据的均值分别进行比较，并用与其差值小的均值替换该点位数据值；
[0073]
所述第一次平滑模块采用加权平均值法重新计算经降噪模块处理后的曲线上每一个点位数据；
[0074]
所述处理模块计算经第一次平滑模块处理后曲线上每一个数据点及其前2个数据的平均值，计算经第一次平滑模块处理后曲线上每一个数据点及其后2个数据的平均值，计算两个平均值的差值，并以该差值重新形成曲线；
[0075]
所述第二次平滑模块计算以处理模块处理后的曲线数据点为中心的连续5个数据的平均值，并以该平均值替换中心数据点的值，得到可直接判断触探曲线岩土分层位置的分层位置最终曲线。
[0076]
结果分析模块：将计算模块得到的分层位置最终曲线的极值点所对应的深度作为分层位置进行输出。
[0077]
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0078]
实施例1
[0079]
本实施例包括：
[0080]
数据搜集模块：将探头压入土中，以一定间隔采集探头在不同深度土层中的阻力，以深度为横坐标，阻力为纵坐标，绘制静力触探曲线；
[0081]
计算模块：所述计算模块包括依次相连的降噪模块、第一次平滑模块、处理模块和第二次平滑模块：
[0082]
其中：
[0083]
所述降噪模块将触探曲线上每个数据点与其前连续两个数据的均值和其后连续两个数据的均值分别进行比较，并用与其差值小的均值替换该点位数据值；
[0084]
所述第一次平滑模块采用加权平均值法重新计算经降噪模块处理后的曲线上每一个点位数据；
[0085]
所述处理模块计算经第一次平滑模块处理后曲线上每一个数据点及其前2个数据的平均值，计算经第一次平滑模块处理后曲线上每一个数据点及其后2个数据的平均值，计算两个平均值的差值，并以该差值重新形成曲线；
[0086]
所述第二次平滑模块计算以处理模块处理后的曲线数据点为中心的连续5个数据的平均值，并以该平均值替换中心数据点的值，得到可直接判断触探曲线岩土分层位置的分层位置最终曲线。
[0087]
结果分析模块：将计算模块得到的分层位置最终曲线的极值点所对应的深度作为
分层位置进行输出。
[0088]
进一步的：
[0089]
所述降噪模块为：计算x1、x2、δx1和δx2，如果δx1
＜
＞δx2，则将xi的值用x1进行替换，如果δx1＞δx2，则将xi的值用x2进行替换，公式如下：
[0090]
x1＝(x
i-2
+x
i-1
)/2
[0091]
x2＝(x
i+2
+x
i+1
)/2
[0092]
δx1＝|x
i-x1|
[0093]
δx2＝|x
i-x2|
[0094]
其中：xi为数据值；x1为计算数据点之前两个数据的平均值；x2为计算数据点之后两个数据的平均值；δx1为计算数据点与其之前两个数据平均值的差值的绝对值；δx2为计算数据点与其之后两个数据平均值的差值的绝对值。
[0095]
所述第一次平滑模块为：计算数据点的新值x
11
，公式如下：
[0096][0097]
其中：x
i1
为采用加权平均计算的对应数据点的新值；x
i-1
，xi，x
i+1
：经降噪模块处理后各数据点及其前后的数值。
[0098]
所述处理模块为：对第一次平滑模块处理后的数据再次进行处理，计算处理后的数据点的新值x
i2
，公式如下：
[0099][0100]
其中：x
i2
为数据xi及其前2个数据的平均值与数据xi及其后2个数据的平均值的差值；x
i-2
，x
i-1
，xi，x
i+1
，x
i+2
为经第一次平滑模块处理后的数据xi及其前后各2个数据的值。
[0101]
所述第二次平滑模块为：计算x
i3
计算公式如下：
[0102][0103]
其中：x
i3
为数据xi以及其前后各2个数据，共5个数据的平均值；x
i-2
，x
i-1
，xi，x
i+1
，x
i+2
为经处理模块处理后的数据xi以及其前后各2个数据的值，共5个数据的值。
[0104]
实施例2
[0105]
本实施例包括以下步骤：
[0106]
步骤一：
[0107]
由于土层的不均匀性，静力触探信号可能存在某些异常的数据，如某一深度数据异常大或异常小，明显与该层的触探参数不符。为删除此类异常点数据，对静力触探曲线首先进行如下处理，即将每一深度点的数据值分别与其前后各两个点的均值分别进行比较，并把与该深度数值的差值小的前或后两个点的均值替换为该深度点数值，公式如下：
[0108]
x1＝(x
i-2
+x
i-1
)/2
[0109]
x2＝(x
i+2
+x
i+1
)/2
[0110]
δx1＝|x
i-x1|
[0111]
δx2＝|x
i-x2|
[0112]
如果δx1＜δx2，则将xi的值用x1进行替换，反之则将xi的值用x2进行替换。
[0113]
其中：xi为数据值；x1为计算数据点之前两个数据的平均值；x2为计算数据点之后
两个数据的平均值；δx1为计算数据点与其之前两个数据平均值的差值的绝对值；δx2为计算数据点与其之后两个数据平均值的差值的绝对值。
[0114]
步骤二：
[0115]
由于土层的相对不均一性，因此即使同一层土，其静力触探信号也会或多或少有一定的起伏，为尽量减少这种土层内部的起伏(锯齿状)对数据进一步处理的影响，采用每一数据点与其前后各一个数据点的加权平均值作为该点的新的数值，从而一定程度上消除层内数据的起伏，平滑数据的计算公式见下式。
[0116][0117]
其中：x
i1
为采用加权平均计算的对应数据点的新值；x
i-1
，xi，x
i+1
：经步骤一处理后各数据点及其前后的数值；
[0118]
步骤三：
[0119]
为获取触探信号的层间起伏变化特征，需要对步骤二处理后的数据再次进行处理，处理后的数据曲线能正确反映触探曲线层间的数据变化、分界点位置等，采用如下计算公式：
[0120][0121]
其中：x
i2
为数据xi及其前2个数据的平均值与数据xi及其后2个数据的平均值的差值；
[0122]
x
i-2
，x
i-1
，xi，x
i+1
，x
i+2
为经步骤二处理后的数据xi及其前后各2个数据的值。
[0123]
步骤四：
[0124]
经步骤三处理后，使新曲线在非分层点的值为零，在分层点位置有弧状起伏，且弧状起伏的高低与层间的数据差异大小直接相关，以有利于分层点位置的识别。计算公式如下：
[0125][0126]
其中：x
i3
为数据xi以及其前后各2个数据，共5个数据的平均值；x
i-2，
x
i-1
，xi，x
i+1
，x
i+2
为经步骤三处理后的数据xi以及其前后各2个数据，共5个数据的值。
[0127]
上述本技术实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
[0128]
本实施例提高了静力触探数据曲线的处理效率，有效避免了触探数据分层时的人为干扰，该实施例为实现触探曲线的处理和自动分层提供了理论依据，为工程上实现静力触探曲线的高效、自动、人为干扰小的辅助自动分层，为自动辅助划分岩土层位、层间数据的高效统计分析等提供切实可行的技术支撑。
[0129]
实施例3
[0130]
某拟建工程场地岩土工程勘察深度为20m，地基土层从上至下分别为1-1淤泥质粉质粘土；1-2粉质粘土；1-3粉质粘土和1-4粉质粘土。
[0131]
步骤一：将探头压入土中，以一定间隔采集探头在不同深度土层中的阻力，并将数据输入到数据搜集模块中，数据搜集模块以深度为横坐标，阻力为纵坐标，绘制静力触探曲线；
[0132]
步骤二：通过计算模块对通过数据搜集模块得到的静力触探曲线进行处理，所述
计算模块包括依次相连的降噪模块、第一次平滑模块、处理模块和第二次平滑模块：
[0133]
其中：
[0134]
所述降噪模块将触探曲线上每个数据点与其前连续两个数据的均值和其后连续两个数据的均值分别进行比较，并用与其差值小的均值替换该点位数据值；
[0135]
所述第一次平滑模块采用加权平均值法重新计算经降噪模块处理后的曲线上每一个点位数据；
[0136]
所述处理模块计算经第一次平滑模块处理后曲线上每一个数据点及其前2个数据的平均值，计算经第一次平滑模块处理后曲线上每一个数据点及其后2个数据的平均值，计算两个平均值的差值，并以该差值重新形成曲线；
[0137]
所述第二次平滑模块计算以处理模块处理后的曲线数据点为中心的连续5个数据的平均值，并以该平均值替换中心数据点的值，得到可直接判断触探曲线岩土分层位置的分层位置最终曲线。
[0138]
步骤三：通过结果分析模块将计算模块得到的分层位置最终曲线的极值点所对应的深度作为分层位置进行输出。
[0139]
步骤四：按照步骤一至三，分别对某项目jk2静力触探原位测试孔的锥尖阻力、侧壁阻力、摩阻比曲线进行了处理(处理结果见说明书附图4、附图5和附图6)，经处理后的三条曲线可共同有效的显示分层点的位置，且自动分层结果与实际岩土的分层有准确、良好的对应关系，结果见说明书附图3。
[0140]
上述本技术实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
[0141]
根据上述数据处理结果，针对jk2钻孔的锥尖、侧壁及摩阻比曲线的处理效果及显示的分层位置，结合实际的岩土分层结果，两者具有较好且准确的一致性，取得了良好的应用效果。
[0142]
实施例4
[0143]
某拟建工程场地岩土工程勘察深度为20m，地基土层从上至下分别为1-1淤泥质粉质粘土；1-2粉质粘土；1-3粉质粘土和1-4粉质粘土，针对钻孔jk2的静力触探曲线的处理，具体通过以下4步对该触探曲线(以锥尖阻力数据为例)进行处理。
[0144]
1)利用曲线每个数据点与其前面连续2个数据和其后面连续2个数据平均值的比较，并采用与其差值小的平均值替换该数据，剔除曲线上的异常点数据(见附图2去除异常点曲线)；
[0145]
2)采用加权平均值法重新计算曲线上每一个点位的数据，对曲线进行平滑处理，消除层内的曲线起伏(见附图2公式1-1平滑曲线)；
[0146]
3)分别计算曲线上每一个数据点及其前2个数据的平均值与该数据点及其后2个数据的平均值的差值，并以该差值重新形成曲线以突出层间的曲线变化特征(见附图2公式1-2差值曲线)；
[0147]
4)计算曲线每个数据点及其前后各2个数据，共5个数据的平均值，对曲线数据再次进行平滑，得到可直接判断触探曲线岩土分层位置的新曲线(见附图2公式1-3平滑曲线)。
[0148]
5)分别对某项目jk2静力触探原位测试孔的锥尖阻力、侧壁阻力、摩阻比曲线进行了处理(处理结果见说明书附图4、附图5和附图6)，经处理后的三条曲线可共同有效的显示
分层点的位置，且自动分层结果与实际岩土的分层有准确、良好的对应关系，结果见说明书附图3。
[0149]
实施例5
[0150]
一种信息数据处理终端，用于实现上述静力触探曲线辅助自动分层方法。
[0151]
实施例6
[0152]
一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述静力触探曲线辅助自动分层方法。
[0153]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。
[0154]
综上所述，本发明提供一种提高静力触探曲线划分岩土层位的精度、效率，降低人为影响的静力触探曲线辅助自动分层系统及方法。
[0155]
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。