[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

本發明公開了一種基于斷裂力學的危巖崩塌預警方法與系統，根據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，并計算斷裂力學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，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。一種基于斷裂力學的危巖崩塌預警系統，包括用于實時采集裂縫監測圖像的數據采集系統，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；遠程監控中心中配置圖像處理程序與崩塌預警程序。本發明從危巖形成與發展的本質入手，解決如何提高危巖崩塌預警的準確性和實時性的技術問題。

技術領域

本發明涉及危言崩塌預警技術領域。

背景技術

西南地區由于地質條件限制，危巖崩塌等地質災害頻發。危巖崩塌作為最常見的地質災害之一，由于其突發性強、分布范圍廣、致災能力強和一定的隱蔽性等特點，常常會對交通設施、城鎮和礦區等造成較大的危害，也嚴重威脅著人民的生命財產安全。西南地區危巖眾多，如何選擇經濟、安全合理的監測裝置對危巖進行實時監控，并及時預警，使危巖崩塌得到科學的預防，進而保障交通設施的安全通暢，保障人民群眾生命財產不受威脅。目前，危巖崩塌預警裝置及方法有基于多時間序列的深度學習危巖變形預測方法及裝置；基于計算機視覺的危巖崩塌監控方法；基于深度學習技術的危巖失穩模式判別方法及裝置等。這些方法或裝置基本是通過采集危巖圖像，根據危巖特征對圖像進行識別，形成危巖特征識別系統，最終對危巖變形、崩塌等進行預測。但這些方法均依賴視頻序列圖像，需要比較當前時刻和上一時刻的圖像來對特征參數進行識別，如危巖關鍵點的位移，危巖體變形量等；既比較耗時，又不能準確反應危巖崩塌的本質。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種基于斷裂力學的危巖崩塌預警方法與系統，解決如何提高危巖崩塌預警的準確性和實時性的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：一種基于斷裂力學的危巖崩塌預警方法，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。

進一步的，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。