一种基于分离破坏前兆识别的崩塌早期预警方法与流程

本发明涉及崩塌监测预警技术领域，特别是指一种基于分离破坏前兆识别的崩塌早期预警方法。

背景技术：

边坡岩块体的崩塌破坏以其时间的突发性，很难实现早期预警，因此成为岩土工程领域亟待解决的难点问题之一。目前，传统的监测手段和思路更多关注于加速破坏阶段前的预警，例如针对滑坡、泥石流进行的位移监测等，虽然这些监测方法和思路对塑性破坏灾害有较好的早期预警效果，但是对于崩塌等脆性破坏灾害的早期预警效果，则有待于进一步商榷。虽然相关研究通过应用振动特征参数监测提前实现崩塌破坏前期的预判，但其时效性仍然无法满足崩塌灾害的应急预防需求。因此，选取与脆性破坏灾害相适应的早期预警方法并进行调整，是危岩块体崩塌早期预警的关键所在。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于分离破坏前兆识别的崩塌早期预警方法，为实现崩塌早期预警提供更为科学、便利的方法。

该方法包括步骤如下：

(1)在崩塌危岩潜在的发生区域内，选取易于发生崩塌的危岩作为监测对象；

(2)根据步骤(1)选定的危岩监测对象的特征以及崩塌危岩潜在发生区的地形地貌条件，选取合适的振动监测仪器；

(3)将步骤(2)选定的振动监测仪器安装在能够监测到危岩的范围内，且保证安装地点安全，对危岩进行振动监测；

(4)对步骤(3)获取的振动监测数据进行处理，得到危岩的固有振动频率曲线；

(5)根据步骤(4)得到的危岩固有振动频率曲线识别分离破坏前兆时间；

(6)将步骤(5)中得到的分离破坏前兆时间设定为崩塌早期预警时间，从而实现崩塌早期预警。

其中，步骤(2)中合适的振动监测仪器是指激光多普勒测振仪或加速度计。

步骤(4)中数据处理方法为由振动数据进行傅里叶变换后分析得到固有振动频率数据。

步骤(4)中得到的固有振动频率曲线是固有振动频率随时间变化的曲线。

步骤(5)中分离破坏前兆时间为固有振动频率指标出现明显下降时所对应的时间。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、本发明针对岩体崩塌等脆性破坏灾害的特点，通过对固有振动频率等振动特征进行实时监测，可形成一套基于分离破坏前兆识别的早期监测预警方法。

2、本发明可有效改变目前岩块体崩塌破坏预警被动预防的态势，为工程现场提供较为充分的应急预警和避险撤离时间。

3、本发明可以有效减少崩塌灾害造成的人员伤亡和财产损失。

附图说明

图1为本发明的基于分离破坏前兆识别的崩塌早期预警方法流程图；

图2为岩块体力学模型；

图3为远程激光测振仪监测示意图；

图4固有振动频率曲线。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种基于分离破坏前兆识别的崩塌早期预警方法。

如图1所示，该方法包括步骤如下：

(1)在崩塌危岩潜在的发生区域内，选取易于发生崩塌的危岩作为监测对象；

(2)根据步骤(1)选定的危岩监测对象的特征以及崩塌危岩潜在发生区的地形地貌条件，选取合适的振动监测仪器；

(3)将步骤(2)选定的振动监测仪器安装在能够监测到危岩的范围内，且保证安装地点安全，对危岩进行振动监测；

(4)对步骤(3)获取的振动监测数据进行处理，得到危岩的固有振动频率曲线；

(5)根据步骤(4)得到的危岩固有振动频率曲线识别分离破坏前兆时间；

(6)将步骤(5)中得到的分离破坏前兆时间设定为崩塌早期预警时间，从而实现崩塌早期预警。

下面结合具体实施过程予以说明。

步骤一：选取危岩监测对象

本实施例通过物理模型实验对危岩监测对象进行模拟，将模型实验块体作为危岩进行监测。岩块体力学模型如图2所示。为模拟岩块体在累积损伤作用下主控结构面的粘结力随时间推移逐渐减弱的全过程，实验采取冰冻法来模拟，通过预设粘结力不断弱化的结构面，实现在自重作用下发生脆性崩塌破坏的全过程。

步骤二：选取振动监测仪器

本实施例振动监测仪器设备采用远程多普勒激光测振仪，可通过信号中波长变化来对物体表面振动进行测量。设备结构简单、精度高，并且可以在高压、腐蚀、强电磁干扰和易燃易爆等环境下进行远程监测。非接触的采集方式更加保证测试人员的安全，同时其精度和灵敏度的提高，以及数据处理流程的进一步完善，也使得在岩土工程灾害监测和预警的时效性和科学性有了很大提升。因此，该设备在灾害前的预警监测，灾害中的应急决策，以及灾后次生灾害的识别、重建规划设计等方面正发挥积极作用。图3为远程激光测振仪监测示意图。

步骤三：安装振动监测仪器

安装激光多普勒测振仪，包括三角支架支放、仪器设备安装、仪器设备连接等步骤，使危岩块体处于激光多普勒测振仪的测量范围之内。调整激光多普勒测振仪的方向，使其对准危岩块体，对危岩块体进行振动监测，得到振动监测数据。

步骤四：数据处理

通过与激光多普勒测振仪相配套的软件，将步骤三中得到的振动监测数据通过傅里叶变化分析进行处理后，得到固有振动频率随时间变化的曲线，如图4所示。

步骤五：分离破坏前兆识别

步骤四中得到的数据显示，随着时间的推移，块体粘接长度不断下降，固有振动频率由起始的10.31hz逐渐下降到预警线(6hz)以下，当达到3.75hz后，发生破坏。实验中频率指标在40-50s时首次产生明显的下降，故40-50s时间段即为分离破坏前兆时间段。

步骤六：崩塌预警

根据固有振动频率变化，识别出危岩块体出现分离破坏前兆时(40-50s)，进行崩塌早期预警。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种基于分离破坏前兆识别的崩塌早期预警方法，属于崩塌监测预警技术领域。该方法在崩塌危岩潜在发生区域内，选取易于发生崩塌的危岩作为监测对象；根据崩塌危岩潜在发生区的地形地貌条件，选取合适的振动监测仪器；安装振动监测仪器；对获取的振动监测数据进行处理，得到危岩体的固有振动频率曲线；识别分离破坏前兆时间，实现崩塌早期预警。通过该方法可以有效地实现对崩塌的早期预警。

技术研发人员：杜岩;谢谟文;陆永都;陈晨;刘卫南
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2019.01.03
技术公布日：2019.05.17