[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

本發明涉及危巖崩塌預警技術領域，公開了危巖裂縫水深度測量方法、危巖崩塌預警方法與系統，本發明通過超聲脈沖平測法可以實現對危巖裂縫深度的實時監測，基于橫波和縱波在水中傳播的特性可以測量出危巖主控結構面裂縫水深度，克服目前工程上采用經驗估計而無法準確得出裂縫水深度導致的缺陷。基于危巖裂縫水深度和裂縫張開角度的監測，采用斷裂力學COD準則、最大周向應力準則等其他相關理論對危巖主控結構面的擴展進行分析，建立基于斷裂力學的危巖穩定性判別公式，實現對危巖體的崩塌預警。

技術領域

本發明涉及危巖崩塌預警技術領域。

背景技術

危巖通常是指坐落于陡崖上并且被巖體結構面切割，隨時可能崩塌的巖石塊體，根據失穩模式可將危巖分為滑塌式危巖、傾倒式危巖和墜落式危巖三類。危巖崩塌是山區常見的地質災害，沖擊能量大、形成的破壞強，給人類生產和生活帶來嚴重威脅。危巖的失穩破壞主要是在危巖體自重和外部荷載(主要考慮裂縫水壓力，不考慮地震力)作用下，危巖體主控結構面裂縫擴展、貫通的過程。

危巖主控結構面裂縫的張開角度對危巖穩定性的影響很大，危巖體在自重和外部荷載作用下裂縫張開角度逐漸增大，對危巖整體穩定性產生不利影響，可根據測量裂縫的張開角度來計算張開位移，從而判斷裂縫是否發生擴展。降雨條件下，危巖主控結構面內會聚集裂縫水，裂縫水深度目前都是根據經驗進行取值，天然工況下取裂縫貫通段長度的1/3，暴雨工況下取裂縫貫通段長度的1/2～2/3。危巖主控結構面裂縫水深度無法準確的測量，導致計算危巖的裂縫水壓力值不準確，無法獲得合理的危巖穩定性狀態。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種危巖裂縫水深度監測裝置，解決現有技術對裂縫水深度依賴經驗取值的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：一種裂縫水深度測量方法，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。

本發明還提供一種危巖崩塌預警方法，一種危巖崩塌預警方法，采用本發明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：