[发明专利]铁路高陡岩质边坡微震监测方法和系统

摘要

铁路高陡岩质边坡微震监测方法和监测系统，涉及铁路安全监测领域，本发明的方法包括下述步骤：1)现场取得边坡岩体岩样，通过室内三轴和单轴试验获得岩石强度、弹性模量、岩石的m、s值；2)获得边坡岩体的粘聚力和内摩擦角；3)边坡微震发生后通过传感器采集并计算，得到微震的定位、能量；4)计算岩体损伤变量和损伤模量；5)计算微震震源范围内岩体质量分类指标的RMR的损伤：6)基于受扰动岩体计算获得微震范围内岩体的m、s值：7)基于边坡应力监测获得边坡内部应力值，并通过计算获得微震范围岩体的强度力学参数。本发明能够实现对高陡岩质边坡稳定性的准确监测和评估。

主权项

1.铁路高陡岩质边坡微震监测方法，其特征在于，包括下述步骤：1)现场取得边坡岩体岩样，通过室内三轴和单轴试验获得岩石强度(σc)、弹性模量(E)，并采用三轴试验获得岩石的m、s值：通过室内三轴试验获得岩石强度和经验参数m，首先假设s＝1，再通过三轴试验数据的回归计算的到m、σc，公式如下:令x＝σ3，y＝(σ1‑σ3)2，有:式中：n为σ1～σ3的组数(一般不小于5)；σ1轴向压力；σ3侧向围压；σc岩石强度；计算出岩石的经验参数m后，把m值带入(3)式后计算出参数s：若计算得到的s小于零时，则令s＝0，表示其为破碎岩体；2)采用室内三轴试验，分别获得边坡岩体的粘聚力和内摩擦角，公式如下：式中：c为岩石的内聚力(MPa)；φ为岩石的内摩擦角；σ为曲线在纵坐标上的截距(MPa)；m为曲线斜率；3)边坡微震发生后通过计算，分别得到微震的定位、能量：微震定位：采用联合定位方法对落石冲击进行定位，首先应用线性定位方法进行初步定位，获得初步位置h(x0,y0,z0)，线性初始定位公式如下：其中，Ti(h)为微震位置到第i台传感器的走时；h(x0,y0,z0)为微震位置；(xi,yi,zi)(i＝1,2,…,n)为各传感器空间位置；再以线性定位解作为Geiger定位方法的迭代初值进行求解定位，微震到达每个传感器的时间：其中，t0i为第i个传感器检测的P波的到达时间；tci为线性定位计算出的P波到达第i个传感器时间；vp为岩体纵波速；对于N个传感器，得到N个方程，矩阵形式为：AΔθ＝B式中，由上式求得修正后向量Δθ，以θ+Δθ为新的定位解继续进行迭代，直到迭代值收敛于时间残值函数I(φ)全局最小值，即得到微震的发生位置；微震能量：其中，ΔU为微震能量；ρ为岩体结构密度；v为岩体波速；R为冲击位置到传感器的距离；Jc为能通量(质点运动速度的积分)；Fc为振动波辐射类型经验系数；4)岩体损伤变量和损伤模量的获得：式中，D为微震震源范围内岩体单元损伤变量；ΔU为微震监测反算得到的能量；Ue为岩体单元可释放应变总能；E为岩体单元初始的弹性模量；σ1、σ2、σ3为应力；微震后岩体单元对应的损伤模量：Er＝(1‑D)E   (6)式中，E为岩体单元初始的弹性模量；Er为损伤模量；5)微震震源范围内岩体质量分类指标的RMR的损伤：RMRS＝40ln(Em)+10   (7)Em＝E‑Er   (8)式中，RMRS为损伤后岩体质量分类指标；Em为微震范围内岩体模量；6)基于受扰动岩体计算获得微震范围内岩体的m、s值：对受扰动岩体式中，m为新鲜完整岩石的m值，由三轴试验获得；ms为微震范围内岩体m值；ss为微震范围内岩体s值；7)基于边坡应力监测获得边坡内部应力值，并通过计算获得微震范围岩体的强度力学参数:cs＝τ‑σntgφs        (15)式中：τ、σn为岩体破坏时剪应力、正应力(MPa)；φs、cs为在给定剪应力和正应力下岩体的瞬间内摩擦角(°)和粘聚力(MPa)；σ为新鲜岩石单轴抗压强度(MPa)；ms，ss为微震范围内岩体经验参数。