一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法技术

本发明专利技术提供了一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法，包括以下步骤：对岩体进行振动监测，并将监测得到的信号绘制成振动波形图；从振动波形图中计算提取振动幅值、振动绝对均值、方差和峭度指标四种时域动力学指标；计算岩体中的冲击能量指标；通过所述时域动力学指标和冲击能量指标对崩塌灾害进行预警分析。警分析。警分析。

【技术实现步骤摘要】
一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法


[0001]本专利技术涉及崩塌灾害的早期监测预警领域，具体而言，涉及一种基于 冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法。

技术介绍

[0002]越来越多的大型水电站、公路、铁路、桥梁、隧道和能源管线将在我 国西南山区进行建设。复杂的高山峡谷地形地貌，恶劣的气候条件以及大 量高陡边坡的工程开挖扰动，使得岩体崩塌灾害事故的发生概率大大增加。 这些潜在危岩体是目前我国工程建设最主要的安全隐患，一旦发生，轻则 造成较大的经济损失和工期延误，重则还会造成严重的人员伤亡。因此， 如何实现崩塌灾害的早期监测预警是岩土工程领域亟待解决的主要工程问 题之一。崩塌灾害除受到岩体强度及结构面力学状况等内部因素作用外， 还与降雨、地震、爆破等多种外界触发因素有关。因此，目前相对单一的 监测指标体系，必然导致监测预警技术的预警时效性、准确性与可实施性 方面存在较大制约，传统方法中基于位移、应力应变等监测指标的监测预 警，虽然有较好的准确性，但时效性差；而单一固有振动频率的预警方法， 虽然在时效性方面有较好效果，但其监测往往会受到环境白噪音的影响， 预警的准确性方面存在诸多限制。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期 预警方法，为岩体崩塌的早期预警提供一种新的参考指标
‑
冲击能量指标， 从而提高预警时效性、准确性与可实施性。
[0004]一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法，包括以下步骤： 对岩体进行振动监测，并将监测得到的信号绘制成振动波形图；从振动波 形图中计算提取最大振动幅值、振动绝对均值、方差、和峭度指标四种时 域动力学指标；计算岩体中的冲击能量指标；通过所述时域动力学指标和 冲击能量指标对崩塌灾害进行预警分析。
[0005]进一步地，所述最大振动幅值x
p
通过以下方法计算：
[0006]x
p
＝max|x
i
|；其中，x
i
为不同时刻的振动幅值。
[0007]进一步地，所述振动绝对均值x
av
通过以下方法计算：
[0008]其中，x
i
为不同时刻的振动幅值，N为监测样本数。
[0009]进一步地，所述方差D
x
通过以下方法计算：
[0010][0011]其中，x
i
为不同时刻的振动幅值，x
av
为振动绝对均值，N为监测样本 数。
[0012]进一步地，所述峭度指标β通过以下方法计算：
[0013][0014]其中，x
i
为不同时刻的振动幅值，x
av
为振动绝对均值，D
x
为方差，N 为监测样本数。
[0015]进一步地，所述冲击能量指标E
i
通过以下方法计算：
[0016][0017]其中，其中，x
p
为最大振动幅值，β为峭度指标，c为转换系数，m 为激活质量，E
t
为激活质量m产生的动能。
[0018]进一步地，所述转换系数c为最大峭度指标β的倒数。
[0019]进一步地，所述冲击能量指标E
i
可识别岩体的分离破坏前兆和加速破 坏前兆。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点和有益效果：
[0021]1、本专利技术利用的时域动力学指标是从监测得到的时间振动信号中直接 提取，不需要进行傅里叶等变换，是率先引入到崩塌灾害监测预警体系的 基础指标之一。
[0022]2、本专利技术为崩塌灾害的预警预测分析得到一种新的参考指标——冲击 能量指标，在针对不同阶段时可以采用不同的指标，从而科学实现崩塌灾 害预警的精度和准确性。
[0023]3、本专利技术通过引入多个时域动力学指标，实现岩体由稳定
→
分离
→
加 速破坏全过程远程监测，进一步丰富目前动力学监测指标体系的同时，也 为岩体剧动破坏机制等崩塌灾害机理研究提供新的启示。
[0024]4、在岩体崩塌分离破坏前兆识别方面，冲击能量指标可提前识别岩体 的分离破坏前兆，可提前实现岩块体崩塌破坏的早期预警；在岩体崩塌加 速破坏前兆识别方面，冲击能量指标也可提前识别其加速破坏前兆。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对 实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术的流程图；
[0027]图2为某岩体的振动波形图；
[0028]图3为累积损伤作用下发生崩塌破坏的全过程位移与冲击能量监测数 据对比。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附 图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实 施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]如图1所示，一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法，具体 包括以下步
骤：
[0031]步骤S1：对岩体进行振动监测，并将监测得到的信号绘制成振动波形 图。
[0032]采用激光多普勒测振仪(Laser Doppler Vibrometer,LDV)来实现岩 体崩塌全过程的振动监测，并将监测得到的时间振动信号绘制成振动波形 图。
[0033]岩体的很多脆性破坏多是系统不稳定导致的动力破坏，因此引入振动 特征参数，可有助于实现岩体的安全稳定分析与岩体崩塌的早期预警。岩 体崩塌的全过程一般分为三个阶段，稳定阶段
‑
分离阶段
‑
加速破坏阶段， 而激光多普勒测振仪可分别测量不同阶段的岩体时域动力学指标。
[0034]步骤S2：从振动波形图中计算提取最大振动幅值、振动绝对均值、方 差和峭度指标四种时域动力学指标。
[0035]分析监测的振动波形图,所述振动波形图为振动历史曲线，其从稳定到 破坏的全过程的曲线，分析时某时刻的数据为此时刻之前的一段数据分析 结果作此时刻的数据值。例如，监测了400秒的数据，采样频率是50HZ， 取1s为一时间段，0s的数据值，是0s
‑
1s时间段内50个样本的数据分析 得到的结果，400s时就是400s
‑
401s的样本数据分析的结果，从中计算提 取最大振动幅值、振动绝对均值、方差和峭度指标四种时域动力学指标， 四种时域动力学指标不需要进行傅里叶等变换。
[0036]根据如下公式可计算最大振动幅值x
p
：
[0037]x
p
＝max|x
i
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法，其特征在于，包括以下步骤：对岩体进行振动监测，并将监测得到的信号绘制成振动波形图；从振动波形图中计算提取最大振动幅值、振动绝对均值、方差和峭度指标四种时域动力学指标；计算岩体中的冲击能量指标；通过冲击能量指标对崩塌灾害进行预警分析。2.根据权利要求1所述的一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法，其特征在于，所述最大振动幅值x
p
通过以下方法计算：x
p
＝max|x
i
|；其中，x
i
为不同时刻的振动幅值。3.根据权利要求1所述的一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法，其特征在于，所述振动绝对均值x
av
通过以下方法计算：其中，x
i
为不同时刻的振动幅值，N为监测样本数。4.根据权利要求1所述的一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法，其特征在于，所述方差D
x
通过以下方法计算：其中，x
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，尹留阳，祁凯宁，刘伟良，杨晶浩，
申请(专利权)人：北京中关村智连安全科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：