[發(fā)明專利]一種軟巖崩解實(shí)時監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110070560.4
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112763582A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧華鋒;王文東;馮云杰;陳天楠;程雷
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/44;G01N21/88;G01B11/16
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 吳思高

一種軟巖崩解實(shí)時監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，該裝置包括內(nèi)部監(jiān)測裝置、外部監(jiān)測裝置；所述內(nèi)部監(jiān)測裝置包括布置在試件內(nèi)的多個聲發(fā)射傳感器，聲發(fā)射傳感器連接聲信號放大器，聲信號放大器連接信號采集系統(tǒng)，信號采集系統(tǒng)連接記錄與顯示系統(tǒng)。所述外部監(jiān)測裝置包括布置在試件外部的多個高速攝像機(jī)，高速攝像機(jī)連接記錄與顯示系統(tǒng)。本發(fā)明能夠有效從軟巖巖體內(nèi)部對解進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測；同時集監(jiān)測、定位為一體，適合工程現(xiàn)場環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖體崩解的監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種軟巖崩解實(shí)時監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

從工程上來說，一般認(rèn)為當(dāng)巖石的單軸抗壓強(qiáng)度小于30MPa時，便被視為軟巖。軟巖的微觀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，顆粒之間膠結(jié)性差，在應(yīng)力作用下可產(chǎn)生大量裂隙，風(fēng)化程度高。軟巖的力學(xué)特性總結(jié)如下：①易擾動性；②可塑性；③膨脹性；④流變性；⑤崩解性。崩解性是巖體喪失強(qiáng)度發(fā)生崩解的一種現(xiàn)象，軟巖在長時間的水化作用下可呈現(xiàn)出崩解性，喪失力學(xué)強(qiáng)度。

軟巖的崩解時一個由表及里的過程。在現(xiàn)場施工時，軟巖表面原先的崩解物質(zhì)覆蓋層會被破壞，從而使下部新的軟巖暴露出來，吸收水蒸氣而發(fā)生軟化、膨脹和崩解。最重要的破壞是：覆蓋層被破壞后，水蒸氣會進(jìn)入節(jié)理，節(jié)理吸水膨脹。節(jié)理膨脹會使斷裂面產(chǎn)生擠壓，進(jìn)而加劇節(jié)理的斷裂，甚至?xí)a(chǎn)生明顯位移而形成斷層。且由于節(jié)理是地下水移動的通道，所以在有大量降水的時候，地下水會大量進(jìn)入節(jié)理，使軟巖吸水軟化，不僅會增加巖體的自重，還會使巖體本身的物理力學(xué)性質(zhì)降低，使巖體內(nèi)部原有的平衡發(fā)生變化，應(yīng)力重分布加劇，從而大大增加了圍巖破壞的可能性。這些變化最終會導(dǎo)致軟巖的穩(wěn)定性降低，從而降低工程施工的安全性。

韓蕾蕾在《基于信息化的軟巖巷道聯(lián)合監(jiān)測技術(shù)中》將傳感器安裝在支護(hù)結(jié)構(gòu)及圍巖上,然后進(jìn)行監(jiān)測；秦江濤在《深部高構(gòu)造應(yīng)力破碎軟巖巷道支護(hù)的應(yīng)用研究》中將位移測站布置在了試驗(yàn)巷道表面，然后進(jìn)行位移監(jiān)測；李輝在《富堿性水弱膠結(jié)軟巖巷道圍巖控制機(jī)理與應(yīng)用研究》中，將綜合觀測測站布置在巷道內(nèi)。已有的巖體監(jiān)測大部分都將監(jiān)測裝置布置在了巖體外部，很少有將監(jiān)測裝置布置在巖體內(nèi)部的。現(xiàn)有技術(shù)中的對軟巖崩解等破壞的監(jiān)測方式存在很大的弊端，比如：①現(xiàn)行的監(jiān)測方式多為從外部進(jìn)行，而從外部進(jìn)行的監(jiān)測存在不足，比如外部環(huán)境對傳感器造成的影響(腐蝕、噪聲等)，進(jìn)而對聲發(fā)射信號造成影響下，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果的不準(zhǔn)確；②軟巖的風(fēng)化、崩解是從外到內(nèi)的漸進(jìn)的過程，因此，如果傳感器布置在外部，會首先受到風(fēng)化、崩解的影響，這樣也會損壞傳感器。

另一方面，現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的耐崩解性指數(shù)為即用崩解后烘干的質(zhì)量m_r與原試樣的烘干質(zhì)量m_d的比值，來評價巖體的崩解性，這只是根據(jù)崩解后的結(jié)果來評價巖體的崩解，無法定量描述巖體崩解過程。

因此，本專利將聲發(fā)射傳感器布置在試樣內(nèi)部，更好地監(jiān)測從外到內(nèi)的崩解過程的同時還能更好地保護(hù)傳感器。另外，采用崩解速率v_d和崩解損傷率D來對軟巖崩解的過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

綜上所述，有必要開展從內(nèi)部對軟巖崩解實(shí)時監(jiān)測裝置的研究。但是軟巖崩解實(shí)時監(jiān)測還是存在很多的難點(diǎn)，比如：①如何對傳感器進(jìn)行保護(hù)；②如何更好地定位軟巖崩解的位置；③如何對隔絕噪聲或其它信號的干擾。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種軟巖崩解實(shí)時監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，能夠有效從軟巖巖體內(nèi)部對崩解進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測；同時集監(jiān)測、定位為一體，適合工程現(xiàn)場環(huán)境。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種軟巖崩解實(shí)時監(jiān)測裝置，該裝置包括內(nèi)部監(jiān)測裝置、外部監(jiān)測裝置；

所述內(nèi)部監(jiān)測裝置包括布置在試件內(nèi)的多個聲發(fā)射傳感器，聲發(fā)射傳感器連接聲信號放大器，聲信號放大器連接信號采集系統(tǒng)，信號采集系統(tǒng)連接記錄與顯示系統(tǒng)。

所述外部監(jiān)測裝置包括布置在試件外部的多個高速攝像機(jī)，高速攝像機(jī)連接記錄與顯示系統(tǒng)。