[發(fā)明專利]一種基于振動(dòng)特征參數(shù)的崩塌預(yù)測方法、系統(tǒng)及裝置

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• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN109060963A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 北京北科安地科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G01N29/12
• 分類號: G01N29/12
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供了一種基于震動(dòng)特征監(jiān)測的危巖塊體崩塌預(yù)測方法、系統(tǒng)及裝置，該方法包括：對目標(biāo)巖塊進(jìn)行分類，并依據(jù)巖塊種類對應(yīng)的類型，求出所述巖塊的粘結(jié)面積；獲取所述巖塊的振動(dòng)特征參數(shù)，所述振動(dòng)特征參數(shù)包括固有振動(dòng)頻率；基于所述振動(dòng)特征參數(shù)及粘結(jié)面積，計(jì)算所述巖塊的安全系數(shù)；基于所述安全系數(shù)及固有振動(dòng)頻率，對所述巖塊的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并對所述巖塊進(jìn)行崩塌預(yù)測。本發(fā)明從多種振動(dòng)特征角度，對危巖塊體的穩(wěn)定性作出定性和定量分析，提高了崩塌預(yù)測的快捷性、準(zhǔn)確性和可靠度，同時(shí)有效保障了工作人員的人身安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖體脆弱性判斷領(lǐng)域，尤其涉及一種巖體崩塌研究中的巖體穩(wěn)定性判斷方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國存在大量的自然或人工邊坡，邊坡上的危巖塊體在開挖卸荷、爆破、地震、降雨、冰凍等人為因素或自然因素作用下，邊坡危巖塊體與基座粘結(jié)面受損，穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致邊坡危巖塊體崩塌多發(fā)，其發(fā)生具有無明顯突變位移特征，其穩(wěn)定性難以通過位移、應(yīng)力及應(yīng)變等準(zhǔn)確快速監(jiān)測預(yù)警。

目前國內(nèi)外對崩塌預(yù)測的研究，主要是建立在邊坡危巖塊體穩(wěn)定性分析上，而分析方法多集中于摩爾-庫倫強(qiáng)度的極限平衡法、數(shù)值模擬法、模糊理論、數(shù)學(xué)模型等方法。其中極限平衡法應(yīng)用的最為廣泛，采用安全系數(shù)即抗滑力(抗傾覆力矩)與下滑力(傾覆力矩)比值評價(jià)危巖體穩(wěn)定性。而邊坡危巖塊體是相對獨(dú)立的單個(gè)巖石塊體，其穩(wěn)定性取決于結(jié)構(gòu)面的粘結(jié)面積大小和粘結(jié)強(qiáng)度的大小，極限平衡法難以準(zhǔn)確獲得危巖體與基巖的粘結(jié)面積大小，同時(shí)邊坡危巖塊體在開挖卸荷、爆破、地震、降雨、冰凍等人為或自然因素作用下，其粘結(jié)面損傷導(dǎo)致粘結(jié)面積或粘結(jié)強(qiáng)度下降，容易導(dǎo)致監(jiān)測指標(biāo)失效；模糊理論雖然對邊坡危巖塊體穩(wěn)定性評價(jià)相對較為快捷，但是難以達(dá)到真正定量評價(jià)的目的；數(shù)學(xué)模型法雖然能達(dá)到定量評價(jià)目的，但是需要詳盡的邊坡危巖塊體勘察資料，其應(yīng)用范圍受到限制，同時(shí)也存在邊坡危巖塊體粘結(jié)面結(jié)構(gòu)損傷后監(jiān)測指標(biāo)失效等問題，難以廣泛應(yīng)用于實(shí)際的工程中。

邊坡危巖塊體的穩(wěn)定性關(guān)鍵取決于其主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度，主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度和邊坡危巖塊體和基座的粘結(jié)面積及粘結(jié)強(qiáng)度密切相關(guān)，邊坡危巖塊體在破壞前其結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度必然發(fā)生損傷，而邊坡危巖塊體的振動(dòng)特征參數(shù)會(huì)隨著邊坡危巖塊體結(jié)構(gòu)面損傷而變化，邊坡危巖塊體的快速識(shí)別、穩(wěn)定性評價(jià)、損傷識(shí)別及監(jiān)測預(yù)警可通過邊坡危巖塊體的振動(dòng)特征參數(shù)變化進(jìn)行判斷。因此通過監(jiān)測動(dòng)力特征的變化推導(dǎo)出邊坡危巖塊體主控結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度變化達(dá)到邊坡危巖塊體快速識(shí)別、損傷監(jiān)測、穩(wěn)定性評價(jià)及安全預(yù)警的目的，具有更強(qiáng)的實(shí)際意義和科學(xué)的預(yù)判性。

傳統(tǒng)的利用組合球位置變化預(yù)測危巖體崩塌的裝置，包括無線位移傳感器，接收主機(jī)，接收終端，無線位移傳感器與接收主機(jī)通過無線數(shù)據(jù)傳輸連接，其傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，接收主機(jī)與接收終端通過無線或有線數(shù)據(jù)連接，無線位移傳感器設(shè)于不同直徑的若干球形塑料殼體內(nèi)。接收主機(jī)采集的數(shù)據(jù)，通過在電腦上讀取、進(jìn)行處理和準(zhǔn)確分析，圖像化地給出各個(gè)球形塑料殼體的位置變化情況，建立組合球的位置變化與裂縫發(fā)育寬度擴(kuò)展的時(shí)空關(guān)系，進(jìn)一步預(yù)測裂縫的發(fā)育狀況和危巖體的崩塌。該方式只能定性的判斷危巖塊體裂縫的發(fā)育情況，無法準(zhǔn)確預(yù)測崩塌發(fā)生的可能性，對于高陡邊坡上的危巖塊體難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備安裝和投放，預(yù)測結(jié)果不可靠，對于安裝人員的安全也極為不利。另外，對于監(jiān)測結(jié)果不能自動(dòng)分析，難以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確預(yù)警。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明即是在振動(dòng)特征參數(shù)研究的基礎(chǔ)上，對危巖塊體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，進(jìn)而為崩塌預(yù)測提供依據(jù)。本發(fā)明具體提供了如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種基于震動(dòng)特征監(jiān)測的危巖塊體崩塌預(yù)測方法，該方法包括：

步驟1、對目標(biāo)巖塊進(jìn)行分類，并依據(jù)巖塊種類對應(yīng)的類型，求出所述巖塊的粘結(jié)面積；

步驟2、獲取所述巖塊的振動(dòng)特征參數(shù)，所述振動(dòng)特征參數(shù)至少包括固有振動(dòng)頻率，當(dāng)然，還可以包括其他振動(dòng)特征參數(shù)，例如阻尼比、振動(dòng)粒子軌跡、最大振動(dòng)速度、最大振幅等；

步驟3、基于所述振動(dòng)特征參數(shù)及粘結(jié)面積，計(jì)算所述巖塊的安全系數(shù)。