[發明專利]危巖裂縫水深度測量方法、危巖崩塌預警方法與系統

在審

• 申請號: 202110969131.0
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113686274A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 王林峰;張繼旭;唐寧;冉楗
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01B17/00
• 分類號: G01B17/00;G08B21/10
• 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

1.一種裂縫水深度測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

布置超聲波換能器：中心換能器兩側分別等間距布置跨縫換能器與不跨縫換能器；中心換能器與不跨縫換能器均位于母巖頂面，跨縫換能器位于危巖體頂面；中心換能器能夠分別與跨縫換能器、不跨縫換能器之間進行超聲波收發；

采用超聲脈沖平測法中的橫波法測量裂縫深度h：

采用超聲脈沖平測法中的縱波法測量水面至裂縫開口端的端面的深度h₁：

式中，t₀為中心換能器與不跨縫換能器之間的不跨縫平測聲時；t為中心換能器與跨縫換能器之間的跨縫平測聲時；L為中心換能器與跨縫換能器之間的測距，L＝L'+a，L'為中心換能器與跨縫換能器之間的間距，即內邊緣距離；a為預先標定的時-距圖的截距，時-距圖是以不跨縫各測點聲時為橫坐標，測距為縱坐標形成的散點圖，最后根據直線回歸方法求出截距a；

計算裂縫水深度h₂：h₂＝h-h₁。

2.根據權利要求1所述的裂縫水深度測量方法，其特征在于，預先將不跨縫換能器依次布置在距離中心換能器不同間距的測點上，分別讀取各個測點上的聲時值與測距，從而根據聲時值與測距繪制出時-距圖。

3.一種危巖崩塌預警方法，其特征在于：采用如權利要求1所述的裂縫水深度測量方法實時測量裂縫水深度，從而對裂縫水深度進行監測；包括以下步驟：

利用表盤式角度測量儀對裂縫張開角度進行監測：平行于初始未張開裂縫方向在危巖體頂面插入表盤式角度測量儀，隨著裂縫不斷張開表盤式角度測量儀和危巖體保持整體移動，表盤式角度測量儀的重力式指針在重力作用下始終保持豎直，重力式指針的讀數α便是危巖體發生位移后與豎直方向的夾角，90°-α-β便是裂縫張開的角度值，β為裂縫未張開時與水平面的初始夾角；

根據裂縫深度h與裂縫張開角度計算裂縫開度V：

根據裂縫開度V計算裂縫張開位移δ：

式中，H為危巖體厚度，r為轉動因子，轉動因子值在0.3～0.5之間取值；

將計算得到的危巖主控結構面裂縫張開位移δ和對危巖巖樣進行三點彎曲試驗測得的裂縫臨界張開位移δ_c進行比較，若δ≥δ_c表明裂縫將發生擴展，危巖有發生失穩崩塌的可能性；

當δ≥δ_c時，計算危巖穩定性系數Fs，根據危巖穩定性系數Fs判斷危巖是否穩定，包括以下步驟：

根據傾倒式危巖的受力特征，不考慮地震力的影響，在自重和裂縫水壓力作用下，將危巖主控結構面裂縫尖端受到的荷載分解為由σ_max、τ_max和σ_M；三種荷載單獨作用下的情況，斷裂模式就分解成了受拉Ⅰ型斷裂、受剪Ⅱ型斷裂和受彎Ⅰ型斷裂三種模式；

根據裂縫水深度h₂與主控結構面裂縫擴展的臨界深度h₀計算荷載σ_max，根據主控結構面裂縫擴展的臨界深度h₀計算荷載τ_max和σ_M；當δ＝δ_c時測得的裂縫深度即為主控結構面裂縫擴展的臨界深度h₀。

單獨針對每種斷裂模式進行分析，根據相應的荷載計算每種情模式下的應力強度因子，再根據疊加原理進行組合疊加，得到危巖裂縫尖端的Ⅰ型和Ⅱ型應力強度因子，根據危巖裂縫尖端的Ⅰ型和Ⅱ型應力強度因子計算危巖主控結構面的聯合應力強度因子Ke；

計算危巖穩定性系數Fs：F_s＝K_C/K_e；其中，危巖完整巖石斷裂韌度K_C通過斷裂力學試驗測出；

若F_s≥1，則判斷危巖體穩定，F_s1，則判斷危巖體將失穩崩塌。