基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测方法，在监测区域布置N个数据采集列，将监测区域划分为N

【技术实现步骤摘要】
基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及围岩监测
，具体涉及一种基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，声发射监测技术已经获得广泛的应用，但是在隧道施工方向的应用却依然存在一些不足，包括以下几个方面：1、现有常规的岩石声发射研究主要以实验试块检测为主，研究的岩石受力较为单一，几乎在无干扰影响环境下进行，与隧道施工中实际岩体岩石破裂复杂受力情况和外界干扰存在差异，国内外在开挖隧道岩石声发射实时监测预警应用研究较少；2、现有常规的岩石声发射方法应用于实际的开挖隧洞、巷道内岩石破碎监测时传感器布设以强力胶直接粘合在岩石表面为主，粘合良好的传感器在监测结束后需通过人为外力才能拆卸，很容易因用力过大导致声发射传感器破损，回收率较低；粘合不佳的会因长时间监测或者施工人员拉碰导致传感器监测失效或者辨识度低，影响监测效果；3、现有常规的现场应用岩石声发射主要是对声发射振铃计数、声发射能量、RA值和b值等参数进行有效的监测，预警是否出现岩石破裂现象，在进行岩石破裂发声源的准确定位监测研究方面还存在不足；4、现有应用于开挖隧道围岩（尤其是拱顶、拱腰）破裂声发射监测预警成套系统不完善，急需一种可实时采集并处理监测数据，准确定位岩石破裂声发射源，并实时有效对岩石的失稳破坏过程进行预测的全面成套监测预警方法。
[0003]综上所述，急需一种基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测方法及系统以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测方法，旨在解决现有技术对于声发射源定位存在不足，以及传感器的安装方式存在拆卸困难、监测效果不良的问题，具体技术方案如下：一种基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测方法，包括以下步骤：步骤S1：在监测区域内沿隧道环向间隔布置N个数据采集列，将监测区域划分为N
‑
1个监测子区域；其中，数据采集列的长度方向与隧道的纵向同向；N为大于等于3的自然数，单个数据采集列中包括至少2个间隔布置的采集传感器；步骤S2：声发射源出现时，对各采集传感器采集到的声发射振铃计数、声发射能量进行统计对比分析；步骤S3：提取出声发射振铃计数和声发射能量增加最大的采集传感器，并确认该采集传感器所在的数据采集列编号n；若2≤n≤N
‑
1时，进入步骤S4：若n等于1或N时，进入步骤S5；
步骤S4：在第n+1和n
‑
1个数据采集列中，根据声发射弹性波到达各采集传感器的时间和声发射能量强弱来判断声发射源所在的监测子区域；确认声发射源位于第n与n
‑
1个数据采集列构成的监测子区域中，还是位于第n与n+1个数据采集列构成的监测子区域中，然后进入步骤S6；步骤S5：直接确认声发射源在第n个数据采集列及其相邻数据采集列构成的监测子区域中，然后进入步骤S6；步骤S6：在所确认的监测子区域内，依据声发射弹性波到达监测子区域两侧各采集传感器的时间差，解译出声发射源的位置。
[0005]以上技术方案中优选的，还包括步骤S7：基于发射振铃计数、声发射能量和弹性波到达采集传感器时间及弹性波的持续时间形成声发射振铃计数、声发射能量分别与时间的监测曲线，基于监测曲线对围岩的破裂失稳进行预警。
[0006]以上技术方案中优选的，步骤S4中，在第n+1和n
‑
1个数据采集列中，取声发射弹性波到达采集传感器的时间短、声发射能量强的数据采集列与第n个数据采集列构成声发射源所在的监测子区域。
[0007]以上技术方案中优选的，所述监测区域为隧道的拱部；所述步骤S6中，通过粒子群优化算法解译出声发射源的位置。
[0008]以上技术方案中优选的，所述采集传感器通过固定装置设置于隧道内壁上。
[0009]以上技术方案中优选的，所述固定装置包括安装组件和安装板，所述安装板通过膨胀螺栓安装于隧道内壁上，所述安装板上设有调节安装孔，所述安装组件通过调节安装孔设置于安装板上，所述采集传感器的一端与安装组件的端部固定连接，其另一端涂抹耦合剂后与隧道内壁耦合。
[0010]以上技术方案中优选的，所述安装组件包括螺杆和紧固螺母，所述螺杆穿过调节安装孔之后其两侧分别通过紧固螺母与安装板进行紧固；所述采集传感器设置于螺杆的端部，所述螺杆上设有放置数据线的线槽。
[0011]以上技术方案中优选的，所述安装板上设有多个调节安装孔，所述安装组件与调节安装孔一一对应设置。
[0012]本专利技术还提供了一种基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测系统，该系统采用上述基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测方法。
[0013]以上技术方案中优选的，包括数据采集单元、传输单元和处理平台，所述数据采集单元用于实现监测数据采集；所述传输单元用于实现数据采集单元与处理平台之间的数据传输；所述处理平台用于实现数据实时在线查看、数据处理分析和预警功能。
[0014]应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：本专利技术的监测方法和系统，为开挖隧道围岩破裂失稳、尤其是隧道拱顶和拱腰岩石破裂脱落提前预测预警问题提供解决方法，从根本上解决目前开挖隧道支护前围岩的突然脱落、崩塌造成的人员伤亡、工期延误和巨大经济损失等问题，做到在事故发生前进行预测预报并提示及时进行有效处理，防范未然。
[0015]采用固定装置进行采集传感器的安装，解决传感器通过强力胶粘贴存在的缺陷，从根本上解决采集传感器粘合不佳导致传感器监测失效或者辨识度低以及回收率低等问题。该固定装置解决了在隧道拱顶、拱腰钻孔布设传感器存在的施工难度大、危险系数高等
问题，同时也解决了常规岩石声传感器需布设在节理面附近或者指定区域位置的布设局限性问题，做到一次性布设，可安全、高效、准确监测整个隧道拱部岩石破裂实时状态，并准确定位破裂位置区域，提前预报预警。
[0016]本专利技术的监测方法通过在监测区域布置多个数据采集列，相邻两个数据采集列将监测区域划分为监测子区域，可以准确的定位声发射源的位置（即裂纹的位置）；结合声发射振铃计数、声发射能量分别与时间的监测曲线，可直观看出岩石在初始受力压密阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段实时状态，为预测岩石破裂提供依据；同时设置预警值，结合监测曲线可以实现对岩石的脱落、失稳进行预警，做到及时提示、及时处理。
[0017]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0018]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是各数据采集列的布置示意图；图2是固定装置的俯视图；图3是固定装置的正视图；图4是安装组件的结构示意图；图5是声发射源的位置解算示意图；图6是监测系统的框架图；其中，1、声发射源，2、数据采集列，3、采集传感器，4、安装组件，4.1、螺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：在监测区域内沿隧道环向间隔布置N个数据采集列（2），将监测区域划分为N
‑
1个监测子区域；其中，数据采集列（2）的长度方向与隧道的纵向同向；N为大于等于3的自然数，单个数据采集列（2）中包括至少2个间隔布置的采集传感器（3）；步骤S2：声发射源（1）出现时，对各采集传感器采集到的声发射振铃计数、声发射能量进行统计对比分析；步骤S3：提取出声发射振铃计数和声发射能量增加最大的采集传感器，并确认该采集传感器所在的数据采集列编号n；若2≤n≤N
‑
1时，进入步骤S4：若n等于1或N时，进入步骤S5；步骤S4：在第n+1和n
‑
1个数据采集列中，根据声发射弹性波到达各采集传感器的时间和声发射能量强弱来判断声发射源（1）所在的监测子区域；确认声发射源位于第n与n
‑
1个数据采集列构成的监测子区域中，还是位于第n与n+1个数据采集列构成的监测子区域中，然后进入步骤S6；步骤S5：直接确认声发射源在第n个数据采集列及其相邻数据采集列构成的监测子区域中，然后进入步骤S6；步骤S6：在所确认的监测子区域内，依据声发射弹性波到达监测子区域两侧各采集传感器的时间差，解译出声发射源（1）的位置。2.根据权利要求1所述的基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测方法，其特征在于，还包括步骤S7：基于发射振铃计数、声发射能量和弹性波到达采集传感器时间及弹性波的持续时间形成声发射振铃计数、声发射能量分别与时间的监测曲线，基于监测曲线对围岩的破裂失稳进行预警。3.根据权利要求1所述的基于声发射的开挖隧道围岩破裂失稳监测方法，其特征在于，步骤S4中，在第n+1和n
‑
1个数据采集列中，取声发射弹性波到达采集传感器的时间短、声发射能量强的数据采集列与第n个数据采集列构成声发射源所在的监测子区域。4.根据权利要求1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳龙，曾雄鹰，杨承昆，吴勇生，文言，谢鸿，赵世民，李熙，吴顺平，
申请(专利权)人：湖南联智监测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：