[发明专利]一种基于振动特征参数的崩塌预测方法、系统及装置

说明书

本发明提供了一种基于震动特征监测的危岩块体崩塌预测方法、系统及装置，该方法包括：对目标岩块进行分类，并依据岩块种类对应的类型，求出所述岩块的粘结面积；获取所述岩块的振动特征参数，所述振动特征参数包括固有振动频率；基于所述振动特征参数及粘结面积，计算所述岩块的安全系数；基于所述安全系数及固有振动频率，对所述岩块的稳定性进行分析，并对所述岩块进行崩塌预测。本发明从多种振动特征角度，对危岩块体的稳定性作出定性和定量分析，提高了崩塌预测的快捷性、准确性和可靠度，同时有效保障了工作人员的人身安全。

技术领域

本发明涉及岩体脆弱性判断领域，尤其涉及一种岩体崩塌研究中的岩体稳定性判断方法及系统。

背景技术

我国存在大量的自然或人工边坡，边坡上的危岩块体在开挖卸荷、爆破、地震、降雨、冰冻等人为因素或自然因素作用下，边坡危岩块体与基座粘结面受损，稳定性变差，导致边坡危岩块体崩塌多发，其发生具有无明显突变位移特征，其稳定性难以通过位移、应力及应变等准确快速监测预警。

目前国内外对崩塌预测的研究，主要是建立在边坡危岩块体稳定性分析上，而分析方法多集中于摩尔-库伦强度的极限平衡法、数值模拟法、模糊理论、数学模型等方法。其中极限平衡法应用的最为广泛，采用安全系数即抗滑力(抗倾覆力矩)与下滑力(倾覆力矩)比值评价危岩体稳定性。而边坡危岩块体是相对独立的单个岩石块体，其稳定性取决于结构面的粘结面积大小和粘结强度的大小，极限平衡法难以准确获得危岩体与基岩的粘结面积大小，同时边坡危岩块体在开挖卸荷、爆破、地震、降雨、冰冻等人为或自然因素作用下，其粘结面损伤导致粘结面积或粘结强度下降，容易导致监测指标失效；模糊理论虽然对边坡危岩块体稳定性评价相对较为快捷，但是难以达到真正定量评价的目的；数学模型法虽然能达到定量评价目的，但是需要详尽的边坡危岩块体勘察资料，其应用范围受到限制，同时也存在边坡危岩块体粘结面结构损伤后监测指标失效等问题，难以广泛应用于实际的工程中。

边坡危岩块体的稳定性关键取决于其主控结构面强度，主控结构面强度和边坡危岩块体和基座的粘结面积及粘结强度密切相关，边坡危岩块体在破坏前其结构面强度必然发生损伤，而边坡危岩块体的振动特征参数会随着边坡危岩块体结构面损伤而变化，边坡危岩块体的快速识别、稳定性评价、损伤识别及监测预警可通过边坡危岩块体的振动特征参数变化进行判断。因此通过监测动力特征的变化推导出边坡危岩块体主控结构面强度变化达到边坡危岩块体快速识别、损伤监测、稳定性评价及安全预警的目的，具有更强的实际意义和科学的预判性。

传统的利用组合球位置变化预测危岩体崩塌的装置，包括无线位移传感器，接收主机，接收终端，无线位移传感器与接收主机通过无线数据传输连接，其传统结构如图1所示，接收主机与接收终端通过无线或有线数据连接，无线位移传感器设于不同直径的若干球形塑料壳体内。接收主机采集的数据，通过在电脑上读取、进行处理和准确分析，图像化地给出各个球形塑料壳体的位置变化情况，建立组合球的位置变化与裂缝发育宽度扩展的时空关系，进一步预测裂缝的发育状况和危岩体的崩塌。该方式只能定性的判断危岩块体裂缝的发育情况，无法准确预测崩塌发生的可能性，对于高陡边坡上的危岩块体难以实现设备安装和投放，预测结果不可靠，对于安装人员的安全也极为不利。另外，对于监测结果不能自动分析，难以实现快速准确预警。

发明内容

有鉴于此，本发明即是在振动特征参数研究的基础上，对危岩块体稳定性进行分析，进而为崩塌预测提供依据。本发明具体提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于震动特征监测的危岩块体崩塌预测方法，该方法包括：

步骤1、对目标岩块进行分类，并依据岩块种类对应的类型，求出所述岩块的粘结面积；

步骤2、获取所述岩块的振动特征参数，所述振动特征参数至少包括固有振动频率，当然，还可以包括其他振动特征参数，例如阻尼比、振动粒子轨迹、最大振动速度、最大振幅等；

步骤3、基于所述振动特征参数及粘结面积，计算所述岩块的安全系数。