[發明專利]一種基于斷裂力學的危巖崩塌預警方法與系統

有效

• 申請號: 202110330435.2
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113010835B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 王林峰;唐寧;張繼旭;程平
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06V10/20;G01B11/02;G01B11/22
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 周玉玲

1.一種基于斷裂力學的危巖崩塌預警方法，其特征在于，包括以下步驟：

實時獲取危巖的裂縫監測圖像，包括裂縫開度監測圖像與裂縫深度監測圖像；

根據所述裂縫開度監測圖像與裂縫深度監測圖像分別提取危巖的裂縫開度與危巖的裂縫深度；裂縫開度是指裂縫在裂縫開口端面上的寬度；裂縫深度是指從裂縫開口端面到裂縫閉合端面的距離；

計算斷裂力學COD判據，COD是指裂縫閉合端面上二裂縫面間的裂縫張開位移δ，根據危巖的裂縫開度V與危巖的裂縫深度a計算裂縫張開位移δ，按如下公式：

式中，V為危巖的裂縫開度；a為危巖的裂縫深度；W為危巖體厚度，r_p為塑性轉動因子；

將裂縫張開位移δ與裂縫張開位移臨界值δ_c進行比較，若δ≥δ_c表明裂縫將發生擴展，危巖存在斷裂風險，則發出危巖崩塌預警信息；

其中，通過如下方式確定所監測危巖的裂縫張開位移臨界值δ_c：

就地提取所監測危巖的巖樣，通過COD試驗確定巖樣的裂縫極限張開位移作為所述裂縫張開位移臨界值δ_c：

式中，K是由試驗荷載依照線彈性理論計算而來；V_p是夾式引伸計口端的張開位移；l表示巖樣的裂縫深度；H表示巖樣的厚度；σ_Y表示巖樣受到的外加應力，ν表示巖樣的泊松比，E表示巖樣的彈模，r_p表示塑性轉動因子，Z表示試驗所用引伸計的厚度；

當采用緊湊拉伸試樣，r_p按如下方式取值：

式中，w表示原始韌帶長度。

2.根據權利要求1所述的基于斷裂力學的危巖崩塌預警方法，其特征在于，根據ASTME1290的建議，r_p＝0.44。

3.根據權利要求1所述的基于斷裂力學的危巖崩塌預警方法，其特征在于，以YOLOv4目標識別算法為基礎建立巖體裂縫識別模型，所述巖體裂縫識別模型用于對裂縫監測圖像先后進行圖像化操作與矢量化操作來提取巖體的裂縫開度V與巖體的裂縫深度a，圖像化操作包括預處理、灰度變換、空間濾波與分割；矢量化操作包括拓撲修復與過濾。

4.一種基于斷裂力學的危巖崩塌預警系統，其特征在于，包括用于實時采集裂縫監測圖像的數據采集系統，所述數據采集系統通過數據傳輸裝置遠程傳輸裂縫監測圖像至遠程監控中心；所述數據采集系統包括設置在裂縫開口上方的第一攝像機與設置在裂縫側面的第二攝像機；所述第一攝像機用于采集裂縫開度監測圖像，所述第二攝像機用于采集裂縫深度監測圖像；

所述遠程監控中心中配置圖像處理程序與崩塌預警程序；所述圖像處理程序用于分別從裂縫開度監測圖像、裂縫深度監測圖像中提取危巖的裂縫開度V與危巖的裂縫深度a；裂縫開度是指裂縫在裂縫開口端面上的寬度；裂縫深度是指從裂縫開口端面到裂縫閉合端面的距離；

所述崩塌預警程序用于根據危巖的裂縫開度V與危巖的裂縫深度a計算斷裂力學COD判據，COD是指裂縫閉合端面上二裂縫面間的裂縫張開位移δ，并將裂縫張開位移δ與裂縫張開位移臨界值δ_c進行比較，若δ≥δ_c表明裂縫將發生擴展，危巖存在斷裂風險，則發出危巖崩塌預警信息；其中，裂縫張開位移的計算公式如下：

式中，W為危巖的厚度，r_p為塑性轉動因子；

其中，通過如下方式確定所監測危巖的裂縫張開位移臨界值δ_c：

就地提取所監測危巖的巖樣，通過COD試驗確定巖樣的裂縫極限張開位移作為所述裂縫張開位移臨界值δ_c：

式中，K是由試驗荷載依照線彈性理論計算而來；V_p是夾式引伸計口端的張開位移；l表示巖樣的裂縫深度；H表示巖樣的厚度；σ_Y表示巖樣受到的外加應力，ν表示巖樣的泊松比，E表示巖樣的彈模，r_p表示塑性轉動因子，Z表示試驗所用引伸計的厚度；

當采用緊湊拉伸試樣，r_p按如下方式取值：

式中，w表示原始韌帶長度。

5.根據權利要求4所述的基于斷裂力學的危巖崩塌預警系統，其特征在于，所述數據傳輸裝置為5G通信裝置。