一种基于有限测点位移变形信息实时预警岩石破坏的方法技术

本发明专利技术属于岩石破坏预测技术领域，提出了一种基于有限测点位移变形信息实时预警岩石破坏方法，以满足测点数量经济、监测点信息特征易识别的工程要求。本发明专利技术具有实时高效、操作简便的优点。所述方案基于多测点的岩石位移变形信息，并利用位移增量变异系数计算方法，根据变异系数变化曲线可以准确捕捉岩石破坏前兆信息，以此达到实时预警岩石破坏的作用。以此达到实时预警岩石破坏的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限测点位移变形信息实时预警岩石破坏的方法


[0001]本专利技术属于岩石破坏预测
，具体涉及一种基于有限测点位移变形信息实时预警岩石破坏的方法。

技术介绍

[0002]预测预警工程地质灾害一直是岩土工程领域关注的焦点，崩塌、滑坡、岩爆以及隧道大变形等地质灾害问题的发生都可以认为是岩石变形破坏最终导致。因此，研究岩石破坏前兆信息，得到一种有效、简便地预报岩石破坏技术具有重大意义。
[0003]目前，工程地质中如边坡，通过布置应变计、遥感等技术，可获取边坡一定数量监测点的位移变化信息。但对应的所获取的位移信息，变化趋势呈现随机变化，无法根据对应的位移变形量或变化率进行有效的预测。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于有限测点位移变形信息实时预警岩石破坏方法，以满足测点数量经济、监测点信息特征易识别的工程要求。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：一种基于有限测点位移变形信息实时预警岩石破坏的方法，具体步骤如下：
[0006]1)根据岩石表面区域，利用随机算法生成相应的测点数量与位置；
[0007]2)对岩石变形破坏过程，采用公知相关测量方法，实时追踪记录岩石表面测点的变形信息ξ
i，j
，其中：ξ
i，j
为j测点在第i时刻的位移值；
[0008]3)根据实时获取的测点变形信息，计算各测点随时间序列的位移增量，位移增量的平均值、方差以及变异系数，按公式：
[0009]Δξ<br/>i，j
＝|ξ
i，j
‑
ξ
i
‑
1，j
|
ꢀꢀ
(1)
[0010][0011][0012][0013]上式中：Δξ
i，j
为j测点在第i时刻的位移增量；为i时刻所有测点的位移增量平均值；S
i
为i时刻所有测点的位移增量标准差；CV
i
为i时刻所有测点的位移增量的变异系数；
[0014]4)根据计算得到的各测点位移增量变异系数值变化范围，确定测点位移增量变异系数变化的下限为a；
[0015]5)根据位移增量变异系数时间序列值CV(t)与下限a综合判断岩石稳定状态；当(|CV(t)
‑
a|/a)＜0.5时，岩石处于线弹性和塑性变形前阶段，此时岩石状态稳定：岩石未破
坏；当0.5＜(|CV(t)
‑
a|/a)＜1时，岩石变形进入塑性变形后阶段，表明岩石内部开始产生大量裂缝，岩石状态趋于不稳定；当(|CV(t)
‑
a|/a)＞1时，岩石临近破坏失稳，根据CV(t)/dt，预测岩石最终破坏发生在Δt后，即可确定岩石最终破坏发生在t+Δt时刻。
[0016]进一步，所述步骤1)中的随机算法生成相应的测点数量与位置，其中，测点数量最少为20个，测点控制区域总面积应覆盖岩石表面区域的1/3至2/3；
[0017]本专利技术具有以下有益效果：
[0018]1、无需应力及全场变形信息，通过非接触等技术获取有限测点位移信息，即可直接预测岩石破坏状态及破坏时间，操作方便。
[0019]2、基于位移增量变异系数大小，可判断岩石系统状态，能够精确地提前确定岩石最终破坏预报时间点，准确性高。
[0020]3、变异系数指标为无量纲量，不受岩石尺度大小影响，适用性强。
[0021]总之，本专利技术具有实时高效、操作简便的优点。所述方案基于多测点的岩石位移变形信息，并利用位移增量变异系数计算方法，根据变异系数变化曲线可以准确捕捉岩石破坏前兆信息，以此达到实时预警岩石破坏的作用。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提供的基于有限测点位移变形信息实时预警岩石破坏方法的流程示意图；
[0023]图2是岩样1在单轴压缩载荷作用下岩石变形过程中的多测点位移增量变异系数曲线图；
[0024]图3是岩样2在单轴压缩载荷作用下岩石变形过程中的多测点位移增量变异系数曲线图。
具体实施方式
[0025]下面结合实施案例，对本专利技术一种基于有限测点位移变形信息实时预报岩石破坏的方法作出进一步说明。具体实施方法如下：以2组50mm*50mm*100mm和200mm*200mm*400mm的花岗岩单轴压缩试验结果为样本，对岩石破坏进行实时预测。样本数据包括试验时间载荷曲线、测点位移增量变异系数曲线。
[0026]步骤1：对单轴压缩下的岩石表面，利用数字图像相关方法，实施追踪记录由随机算法生成的20个测点变形信息，测点控制区域总面积占岩石表面区域的1/3；
[0027]步骤2：对记录的测点变形信息，计算各测点随时间序列的位移增量，位移增量的平均值、方差以及变异系数，按公式：
[0028]Δξ
i，j
＝|ξ
i，j
‑
ξ
i
‑
1，j
|
ꢀꢀ
(1)
[0029][0030][0031][0032]其中：Δξ
i，j
为j测点在第i时刻的位移增量；为i时刻所有测点的位移增量平均值；S
i
为i时刻所有测点的位移增量标准差；CV
i
为i时刻所有测点的位移增量的变异系数。
[0033]步骤3：根据计算得到的各测点位移增量变异系数值变化范围，确定测点位移增量变异系数变化的下限为a；
[0034]步骤4：根据位移增量变异系数时间序列值CV(t)与下限a，判断岩石稳定状态。当(|CV(t)
‑
a|/a)＜0.5时，岩石处于线弹性和塑性变形前阶段，此时岩石状态稳定：岩石未破坏；当0.5＜(|CV(t)
‑
a|/a)＜1时，岩石变形进入塑性变形后阶段，表明岩石内部开始产生大量裂缝，岩石状态趋于不稳定；
[0035]步骤5：当1＜(|CV(t)
‑
a|/a)时，岩石状态临近失稳，再根据CV(t)/dt，预测岩石破坏时间为Δt。
[0036]两种尺度岩石试样的计算过程和预测结果如下：
[0037]岩样1(50mm*50mm*100mm)和岩样2(200mm*200mm*400mm)参数分别见图2和图3：
[0038][0039][0040]上述表格为两组不同尺度大小岩样计算和预测结果。可以得出，本专利技术方法能够对不同尺度大小岩石试样实时预警岩石状态，并提前预测出岩石最终破坏时间，误差控制在1.38％
‑
1.69％之间，预测效果良好，进一步说明本专利技术的准确性和适用性。
[0041]以上实施例为本专利技术的较佳实施方式，并非对本专利技术作任何形式上的限制，任何在不脱离本专利技术所提技术特征的范围内，利用本专利技术所作出的等同替换，均仍属于本专利技术的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有限测点位移变形信息实时预警岩石破坏的方法，其特征在于，具体步骤如下：1)根据岩石表面区域，利用随机算法生成相应的测点数量与位置；2)对岩石变形破坏过程，采用公知相关测量方法，实时追踪记录岩石表面测点的变形信息ξ
i，j
，其中：ξ
i，j
为j测点在第i时刻的位移值；3)根据实时获取的测点变形信息，计算各测点随时间序列的位移增量，位移增量的平均值、方差以及变异系数，按公式：Δξ
i，j
＝|ξ
i，j
‑
ξ
i
‑
1，j
|
ꢀꢀꢀꢀ
(1)(1)(1)上式中：Δξ
i，j
为j测点在第i时刻的位移增量；为i时刻所有测点的位移增量平均值；S
i
为i时刻所有测点的位移增量标准差；CV
i
为i时刻所有测点的位移增量的变异系数；4)根据计算得到的各测点位移增量变异系数值变化范围，确定测点位移增量变异系数变化...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈永星，冯增朝，周动，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：