CN105974469A - 岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统及方法，该系统包括设置在边坡内部的信号接收单元、信号采集单元、信号存储和处理单元、分析和预警单元；信号接收单元用于接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，并发送给信号采集单元，信号采集单元用于对微震信号进行汇集，并发送给信号存储和处理单元，信号存储和处理单元用于对汇集后的信号进行存储和处理，并发送给分析和预警单元，分析和预警单元用于根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警。本发明能够对开挖扰动作用下高陡岩质边坡微震活动进行实时监测和分析，并对边坡失稳灾害进行预警，工作效率高，成本低，应用前景广阔。

Description

岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统及方法

技术领域

本发明涉及水利水电技术领域，尤其涉及一种岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统及方法。

背景技术

边坡作为一个非线性复杂系统，难以将外部开挖扰动的特征数据直接以显式非线性方式映射到合适的特征空间。当变形达到一定阈值时，便会造成边坡失稳破坏导致巨大的滑坡地质灾害。近十几年来，随着大量工程建设的迅速发展，高陡边坡开挖工程稳定性问题是国内外水电、矿山、铁路、公路等各行业普遍关注的问题。

在大型水利水电工程建设中，河谷边坡的岩体开挖是形成工程边坡的重要步骤，深切河谷和200～300米级高坝导致了边坡的开挖规模巨大。这样，使得边坡岩体变形与开挖扰动区的演化规律密切相关，由开挖扰动引起的水利工程事故更是屡见不鲜。

高陡边坡开挖过程中所发生的变形现象和地质—力学响应是高边坡稳定性评价和工程处理的基础性问题。虽然针对高陡边坡开挖扰动区的形成与稳定性分析国内外学者已经进行了不少探索，但由于开挖施工打破了边坡内部原有的动态平衡，边坡的坡体结构、赋存环境以及岩体力学特性都将发生变化，使得边坡的变形破坏机理具有模糊性，导致开挖边坡岩体的变形破坏极其复杂。在数值计算中即使输入参数、边界条件与初始实际情况相符，但由于开挖导致边坡坡体结构的不断变化，就很难找到一个可靠的计算方法来实现对这种高度非线性岩石力学过程的描述。其中“岩体实时参数标定”和“数值模型的选取”已成为开挖岩质边坡理论分析与数值模拟的“瓶颈”性问题。

针对于开挖边坡的地质模型研究不足，其损伤演化理论的研究暂处于起步阶段。到目前已有的研究大都未考虑开挖过程中岩体损伤及变形的影响，仍然主要依赖边坡岩体的变形与松弛检测等手段来探究开挖扰动区的时空演化规律及岩体的力学特性，还没有建立严格的计算理论或形成一个较为系统的理论指导体系，对开挖过程中边坡岩体损伤演化规律研究更是空白，基本上没有多少工程可借鉴之处。

目前解决这一问题的常用方法主要依赖于专家的经验分析和宏观变形迹象的定性分析，使得计算结果与实际不符。这样，不规范的开挖作业很可能是导致边坡失稳破坏的重要诱因。使人们对此类工程的开挖存在较大的盲目性，从而导致边坡的较大变形或(局部)失稳。因此，在复杂坡体结构的大岗山右岸边坡大规模开挖施工中，其稳定性问题就显得极为突出。因此，为了保证开挖期间的边坡安全性，就需要通过科学有效的现场监测来获取边坡岩体受力变形情况的物理力学时效特性，掌握边坡变形发展趋势的动态信息，从而了解边坡的实际状况，为预测预报滑坡灾害提供科学依据。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统及方法，以实现对开挖扰动作用下高陡岩质边坡微震活动性的实时监测和分析，识别边坡开挖损伤区，评价开挖扰动过程中的高陡岩质边坡稳定性，从而对边坡失稳灾害进行预警。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统，包括设置在边坡内部的信号接收单元、与所述信号接收单元相连的信号采集单元、与所述信号采集单元相连的信号存储和处理单元、以及与所述信号存储和处理单元远程连接的分析和预警单元；

所述信号接收单元用于接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，并将所述微震信号发送给所述信号采集单元，所述信号采集单元用于对所述微震信号进行汇集，并将汇集后的信号发送给所述信号存储和处理单元，所述信号存储和处理单元用于对汇集后的信号进行存储和处理，并将处理后的信号发送给所述分析和预警单元，所述分析和预警单元用于根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警。

优选地，所述信号接收单元包括多个传感器组，每个所述传感器组包括多个排列为阵列的加速度传感器，所述加速度传感器用于接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，所述加速度传感器通过通信电缆与所述信号采集单元相连，所述加速度传感器为单分量加速度传感器或三分量加速度传感器。

优选地，所述信号采集单元包括信号采集器和与所述信号采集器相连的光纤收发器，所述信号采集器用于对接收到的所述微震信号进行汇集，所述光纤收发器用于将汇集后的信号发送给所述信号存储和处理单元。

优选地，所述信号存储和处理单元包括与所述信号采集单元相连的光纤收发终端、与所述光纤收发终端相连的数据存储器、以及与所述数据存储器相连的数据处理终端，所述光纤收发终端用于接收汇集后的信号，所述数据存储器用于对汇集后的信号进行存储，所述数据处理终端用于对汇集后的信号进行筛选，将符合预警分析条件的数据发送给所述分析和预警单元。

优选地，所述分析和预警单元包括微震数据分析中心和边坡灾害预警中心，所述微震数据分析中心用于根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并将分析结果发送给所述边坡灾害预警中心，所述边坡灾害预警中心用于根据所述分析结果对岩质边坡的失稳灾害进行预警，并将预警信息反馈给所述信号存储和处理单元。

优选地，所述信号存储和处理单元设置有无线发射器，所述分析和预警单元设置有无线接收器，所述无线发射器和所述无线接收器通过传输媒介进行信息交互，所述传输媒介基于数据上载技术和网络通讯技术。

一种基于上述微震监测预警分析系统的微震监测预警分析方法，包括以下步骤：

信号接收单元接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，并将所述微震信号发送给信号采集单元；

所述信号采集单元对所述微震信号进行汇集，并将汇集后的信号发送给信号存储和处理单元；

所述信号存储和处理单元对汇集后的信号进行存储和处理，并将处理后的信号发送给分析和预警单元；

所述分析和预警单元根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警。

优选地，所述信号接收单元包括多个传感器组，每个所述传感器组包括多个排列为阵列的加速度传感器；

所述微震监测预警分析方法还包括设置所述加速度传感器的步骤，该步骤包括：

以目标监测区域为原点，结合边坡施工条件，空间等距布置若干所述加速度传感器；

在所述目标监测区域的相邻区域设置若干所述加速度传感器，作为空间布局的拓展；

对所述阵列的空间特征进行评估，对潜在危险区域进行加密布置，对相对安全区域进行稀疏布置。

优选地，设置所述加速度传感器的步骤还包括：

针对所有的所述加速度传感器进行敲击试验，判断所述加速度传感器安装的灵敏性；

在所述阵列的边界和阵列外进行多次定点爆破试验，确定系统实际定位误差的空间分布，并根据系统实际定位误差的空间分布情况调整所述阵列中加速度传感器的分布，以提升系统实际定位精度。

优选地，所述分析和预警单元根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警的步骤包括：

通过跟踪开挖扰动作用下的岩质边坡的微震能量密度的区域演化来识别和圈定边坡开挖扰动区；

通过开挖扰动作用下岩质边坡的震级-频度关系的变化来判断边坡稳定性的演化特征；

以所述边坡开挖扰动区和所述边坡稳定性为预警指标，对岩质边坡的失稳灾害进行预警。

本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果：

本发明基于微破裂是岩体工程失稳前兆本质特征的学术思想，通过建立一套开挖扰动作用下数百米级岩质边坡的微震监测预警分析系统，对边坡开挖过程中的微小破裂进行空间维度的实时动态监测，应用微震监测技术来“捕捉”边坡岩体开挖过程中的微小破裂，研究了开挖扰动作用下的微震活动性分布规律。本发明克服了传统变形监测方法难以反映开挖岩质边坡失稳演化过程的局限性，并圈定和识别了影响开挖岩质边坡稳定性的主要结构面所在位置，揭示了开挖扰动条件下边坡失稳模式与致灾机理。

本发明建立了高陡岩质边坡微震监测数据的远程无线传输模式，实现了微震监测数据的实时备份和远程传输，解决了复杂地质条件和环境恶劣地区的边坡微震监测的数据高效传输问题和工程专家的远程指导问题，大大提高了微震监测预警分析系统的工作效率，节约了系统运行成本，具有广阔的应用前景。

本发明以工程地质资料和常规监测数据为基础，采用定点爆破和敲击试验来实现对系统中加速度传感器的空间阵列优化和精度控制，保证了高陡岩质边坡开挖扰动作用下微震监测预警分析系统的有效性，为高陡岩质边坡稳定性微震监测及安全预警的成套技术和方法体系的构建提供技术支撑。

本发明从开挖扰动诱发岩体微破裂演化导致边坡失稳灾害的本质出发，着眼开挖扰动作用下边坡微破裂震源参数时空分布特征，提出采用微震能量密度和震级-频度关系，识别开挖扰动区，评价边坡稳定性，揭示了开挖扰动作用下高陡岩质边坡的微震活动性演化规律和变形失稳机制，丰富了高陡岩质边坡稳定性的研究方法，为类似高陡岩质边坡的稳定评价、现场监测和安全预警均具有重要的参考价值。

附图说明

图1为本发明所提供的微震监测预警分析系统的示意图；

图2为本发明应用于四川省石棉县大渡河大岗山水电站右岸边坡的一个具体实施例的示意图。

图中：1、信号接收单元；11、加速度传感器；12、通信电缆；2、信号采集单元；21、信号采集器；22、光纤收发器；23、五类双绞线；24、单模光纤；3、信号存储和处理单元；31、光纤收发终端；32、数据存储器；33、数据处理终端；34、硬盘接口线；4、分析和预警单元；41、微震数据分析中心；42、边坡灾害预警中心。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明首先提供了一种岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统，如图1所示，该系统包括设置在边坡内部的信号接收单元1、与信号接收单元1相连的信号采集单元2、与信号采集单元2相连的信号存储和处理单元3、以及与信号存储和处理单元3远程连接的分析和预警单元4；

其中，信号接收单元1用于接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，并将所述微震信号发送给信号采集单元2，信号采集单元2用于对所述微震信号进行汇集，并将汇集后的信号发送给信号存储和处理单元3，信号存储和处理单元3用于对汇集后的信号进行存储和处理，并将处理后的信号发送给分析和预警单元4，分析和预警单元4用于根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警。

本发明基于微破裂是岩体工程失稳前兆本质特征的学术思想，通过建立一套开挖扰动作用下数百米级岩质边坡的微震监测预警分析系统，对边坡开挖过程中的微小破裂进行空间维度的实时动态监测，应用微震监测技术来“捕捉”边坡岩体开挖过程中的微小破裂，研究了开挖扰动作用下的微震活动性分布规律。本发明克服了传统变形监测方法难以反映开挖岩质边坡失稳演化过程的局限性，基于开挖扰动条件下边坡失稳模式与致灾机理，通过接收开挖扰动作用下的边坡岩体微震信号，进行信号的存储和处理，反演岩体微破裂发生的时间、位置和强度，并通过对边坡岩体微破裂规律的分析，进行边坡失稳灾害的预警。

进一步地，如图1所示，信号接收单元1包括多个传感器组，每个所述传感器组包括多个排列为阵列的加速度传感器11，加速度传感器11用于接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，加速度传感器11通过通信电缆12与信号采集单元2相连，加速度传感器11为单分量加速度传感器或三分量加速度传感器。

其中，当选用单分量加速度传感器时，每六个为一组，连接一个信号采集单元，当选用三分量加速度传感器时，每两个一组，连接一个信号采集单元。

进一步地，信号采集单元2包括信号采集器21和与信号采集器21相连的光纤收发器22，信号采集器21用于对接收到的所述微震信号进行汇集，光纤收发器22用于将汇集后的信号发送给信号存储和处理单元3。

进一步地，信号存储和处理单元3包括与信号采集单元2相连的光纤收发终端31、与光纤收发终端31相连的数据存储器32、以及与数据存储器32相连的数据处理终端33，光纤收发终端31用于接收汇集后的信号，数据存储器32用于对汇集后的信号进行存储，数据处理终端33用于对汇集后的信号进行筛选，将符合预警分析条件的数据发送给分析和预警单元4。

进一步地，分析和预警单元4包括微震数据分析中心41和边坡灾害预警中心42，微震数据分析中心41用于根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并将分析结果发送给边坡灾害预警中心42，边坡灾害预警中心42用于根据所述分析结果对岩质边坡的失稳灾害进行预警，并将预警信息反馈给信号存储和处理单元3。这里主要是反馈给存储和处理单元3中的数据处理终端33，以便于现场查看分析结果。

优选地，信号存储和处理单元3设置有无线发射器，分析和预警单元4设置有无线接收器，所述无线发射器和所述无线接收器通过传输媒介进行信息交互，所述传输媒介基于数据上载技术和网络通讯技术。

也就是说，信号接收单元1、信号采集单元2和信号存储和处理单元3可以看作是数据上载端，分析和预警单元4可以看作是数据下载端，所述传输媒介基于数据上载技术和网络通讯协议。所述数据上载技术主要有时分双工长期演进技术(TD-LTE)、频分双工长期演进技术(FDD-LTE)和码分扩频技术(CDMA)等移动通信技术，所述网络通讯协议主要有TCP/IP协议，对所述数据上载技术上载的数据进行传输，供所述数据下载端下载。

本发明建立了高陡岩质边坡微震监测数据的远程无线传输模式，实现了微震监测数据的实时备份和远程传输，解决了复杂地质条件和环境恶劣地区的边坡微震监测的数据高效传输问题和工程专家的远程指导问题，大大提高了微震监测预警分析系统的工作效率，节约了系统运行成本，具有广阔的应用前景。

相应的，本发明还提供了一种基于上述微震监测预警分析系统的微震监测预警分析方法，该方法包括以下步骤：

信号接收单元接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，并将所述微震信号发送给信号采集单元；

所述信号采集单元对所述微震信号进行汇集，并将汇集后的信号发送给信号存储和处理单元；

所述信号存储和处理单元对汇集后的信号进行存储和处理，并将处理后的信号发送给分析和预警单元；

所述分析和预警单元根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警。

本发明基于开挖扰动条件下边坡失稳模式与致灾机理，通过接收开挖扰动作用下的边坡岩体微震信号，进行信号的存储和处理，对岩体微破裂发生的时间、位置和强度进行分析，完成边坡失稳灾害的预警。

进一步地，所述信号接收单元包括多个传感器组，每个所述传感器组包括多个排列为阵列的加速度传感器；

所述微震监测预警分析方法还包括设置所述加速度传感器的步骤，该步骤包括：

以目标监测区域为原点，结合边坡施工条件，空间等距布置若干所述加速度传感器；

在所述目标监测区域的相邻区域设置若干所述加速度传感器，作为空间布局的拓展；

对所述阵列的空间特征进行评估，对潜在危险区域进行加密布置，对相对安全区域进行稀疏布置。

进一步地，设置所述加速度传感器的步骤还包括：

针对所有的所述加速度传感器进行敲击试验，判断所述加速度传感器安装的灵敏性；

在所述阵列的边界和阵列外进行多次定点爆破试验，确定系统实际定位误差的空间分布，并根据系统实际定位误差的空间分布情况调整所述阵列中加速度传感器的分布，以提升系统实际定位精度。

在具体应用过程中，应综合考虑边坡地质条件、目标区域和传感器性能，避免线状、面状等不利几何分布形式，设计传感器的三维空间阵列，形成目标监测区域的近似立方体的阵列网络。通过敲击试验判断传感器的灵敏性，采用定点爆破试验计算定位误差，通过传感器阵列优化调整和岩体波速等效波速模型相结合的办法控制定位精度，促使系统精度满足工程要求，验证微震监测系统的有效性。

在微震监测传感器的三维空间阵列布置时，首先以目标监测区域为原点，考虑边坡施工条件，空间等距布置若干加速度型传感器。其次，进行相邻区域的传感器拓展，保证传感器的空间分布特征。最后，进行整体阵列的空间特征估计，对潜在危险区域进行局部加密布置，对相对安全区域进行稀疏布置，提高传感器空间阵列的效率。

完成微震监测系统组网测试后，针对所有传感器进行敲击试验。所述敲击试验是指对传感器布置点附近岩体分别进行多次强度不同的锤击，比较系统采集的波形特征与锤击强度是否一致，从而判断传感器安装的灵敏性。

之后，在三维空间阵列内，阵列边界和阵列外分别进行多次定点爆破试验，比较系统定位结果和爆破点的误差，确定系统实际误差空间分布。先采用边坡岩体等效波速调整方法，降低微震监测系统实际定位误差。在此基础上，通过调整三维空间阵列，进一步控制微震监测系统的定位精度，以满足边坡微震监测工程的要求。

进一步地，所述分析和预警单元根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警的步骤包括：

通过跟踪开挖扰动作用下的岩质边坡的微震能量密度的区域演化来识别和圈定边坡开挖扰动区；

通过开挖扰动作用下岩质边坡的震级-频度关系的变化来判断边坡稳定性的演化特征；

以所述边坡开挖扰动区和所述边坡稳定性为预警指标，对岩质边坡的失稳灾害进行预警。

本发明提出高陡岩质边坡开挖扰动区的识别方法，选取边坡稳定性评价指标。克服常规监测方法(如GPS、应力应变监测、位移和变形监测等)只能给出岩质边坡局部点已经发生的大变形或者宏观裂缝的不足，具有超前性、远距离、高精度、全天候、三维全局监测的特点。通过本发明所提供的微震监测手段，能够实现对边坡内部岩体渐进破坏过程中微破裂及微破裂演化过程的监测，可以识别边坡开挖扰动区的演化进程，帮助获取边坡失稳灾害的微破裂前兆信息，为开挖作用下的边坡稳定性评价提供参考。

具体地，本发明提出采用微震能量密度的演化来识别岩质边坡的开挖扰动区，采用地震学上的震级-频度关系进行边坡的稳定性评价。

岩体发生微破裂中会发生弹性应变能向非弹性应变能的转化，除去破裂和弹性波播过程中耗散的能量，剩下的即为被传感器接收到的微震能量，其是微破裂事件强度的一种度量(见式(1))。

$E=4{\mathrm{\π\ρcR}}^2\frac{J_c}{{F_c}^2}---\left(1\right)$

其中，E为微震能量；ρ为岩体密度；c为震源体体波波速；R为震源到传感器的距离；J_c为能通量，可以通过质点速度谱在频域积分获得；F_c为地震波辐射类型经验系数，对于P波和S波分别取0.52和0.63，两种体波计算的能量总和就是微震能量。

定义单位体积岩体发生微破裂时释放能量为微震能量密度(见式(2))，

E_d＝E/V (2)

式中，E为微震能量；V为震源体体积。

它不仅可以综合反映岩体微破裂的位置和强度，而且可以表征震源区岩体应变能的储存及释放进程，并探究外界扰动作用下工程岩体状态。边坡岩体中高能量密度分布的区域是岩体应力和能量累积达到岩体强度后的高能量释放区域，也是边坡微破裂集中和岩体扰动的区域。通过跟踪开挖扰动作用下的边坡高微震能量密度区域的演化，识别和圈定边坡开挖扰动区。

震级-频度关系(b值)描述的是在一定时间范围内，地震监测区域内的事件频率与震级遵循的关系(见式(3))。

lgN(M)＝a-bM (3)

式中：M为地方性震级，也称里氏震级；N(M)为以震级为中心的小区间(M+ΔM)在一定时期内发生地震的次数；a和b为常数。

b值表征微震事件相对震级分布的函数，为关系曲线的斜率。当岩质边坡稳定性恶化时，边坡岩体大震级事件增多而小震级事件减少，所述b值降低；当边坡稳定性提高时，所述b值由于小震级微震增多而逐渐增大。因此，通过开挖扰动作用下边坡岩体b值的变化可以判断边坡稳定性的演化特征。

可以看出，微震能量密度和震级-频度关系，二者共同构成高陡岩质边坡开挖扰动作用下微震监测预警分析系统的分析预警指标，能够用于识别边坡开挖扰动区，评价边坡稳定性，进行高陡岩质边坡的微震监测分析预警。

图2为本发明应用于四川省石棉县大渡河大岗山水电站右岸边坡的一个具体实施例的示意图。本实施例采用加拿大ESG公司生产的高精度微震监测设备，结合微震监测数据远程无线传输，综合现场微震分析中心和灾害预警中心，形成开挖过程大岗山右岸边坡微震监测预警分析系统，包括阵列布置在边坡内部的信号接收单元1，连接于信号接收单元1的信号采集单元2，信号采集单元2连接到信号存储和处理单元3，信号存储和处理单元3远程连接于分析和预警单元4。

进一步，信号采集单元2采集信号接收单元1接收到的微震信号，通过光纤传输给信号存储和处理单元3，信号存储和处理单元3存储所述信号，并对存储的信号进行处理，将处理结果传送至分析和预警单元4。

进一步，信号接收单元1包括4组共计24通道阵列布置的单分量型加速度传感器11和连接加速度传感器11与信号采集单元2的3芯屏蔽通信电缆12。本实施例中，每6个单分量型加速度传感器11为1组，24个加速度传感器11阵列分布在大岗山右岸边坡13个高程上。进一步，本实施例采用的单分量型加速度传感器11的频响范围为50～5000Hz，灵敏度为30v/g。

进一步，信号采集单元2包括与信号接收单元1连接的信号采集器21，以及通过五类双绞线23与信号采集器21连接的光纤收发器22，光纤收发器22通过单模光纤24连接于信号存储和处理单元3。进一步，本实施例采用的信号采集器21为24位模数转换，采样频率为50Hz～20kHz，动态范围大于115dB。进一步，采用的光纤收发器22为双收双发。

进一步，信号存储和处理单元3包括与信号采集单元2连接的光纤收发终端31，连接于光纤收发终端31的数据存储器32，以及通过硬盘接口线34连接于数据存储器32的数据处理终端33，数据处理终端33通过移动通信远程无线传输方式连接于分析和预警单元4。

进一步，分析和预警单元4包括微震数据分析中心41和边坡灾害预警中心42。微震数据分析中心41和边坡灾害预警中心42通过无线通讯方式与数据处理终端33进行互联。进一步，边坡灾害预警中心42接收微震数据分析中心41的分析结果，进行边坡失稳灾害的预警，并将结果反馈给数据处理终端33，以供现场查看。

综上所述，本发明能够实现对开挖扰动作用下高陡岩质边坡微震活动性的实时监测和分析，识别边坡开挖损伤区，评价开挖扰动过程中的高陡岩质边坡稳定性，从而对边坡失稳灾害进行预警，减少滑坡灾害等事故的发生。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统，其特征在于，包括设置在边坡内部的信号接收单元、与所述信号接收单元相连的信号采集单元、与所述信号采集单元相连的信号存储和处理单元、以及与所述信号存储和处理单元远程连接的分析和预警单元；

所述信号接收单元用于接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，并将所述微震信号发送给所述信号采集单元，所述信号采集单元用于对所述微震信号进行汇集，并将汇集后的信号发送给所述信号存储和处理单元，所述信号存储和处理单元用于对汇集后的信号进行存储和处理，并将处理后的信号发送给所述分析和预警单元，所述分析和预警单元用于根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警。

2.根据权利要求1所述的微震监测预警分析系统，其特征在于，所述信号接收单元包括多个传感器组，每个所述传感器组包括多个排列为阵列的加速度传感器，所述加速度传感器用于接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，所述加速度传感器通过通信电缆与所述信号采集单元相连，所述加速度传感器为单分量加速度传感器或三分量加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的微震监测预警分析系统，其特征在于，所述信号采集单元包括信号采集器和与所述信号采集器相连的光纤收发器，所述信号采集器用于对接收到的所述微震信号进行汇集，所述光纤收发器用于将汇集后的信号发送给所述信号存储和处理单元。

4.根据权利要求1所述的微震监测预警分析系统，其特征在于，所述信号存储和处理单元包括与所述信号采集单元相连的光纤收发终端、与所述光纤收发终端相连的数据存储器、以及与所述数据存储器相连的数据处理终端，所述光纤收发终端用于接收汇集后的信号，所述数据存储器用于对汇集后的信号进行存储，所述数据处理终端用于对汇集后的信号进行筛选，将符合预警分析条件的数据发送给所述分析和预警单元。

5.根据权利要求1所述的微震监测预警分析系统，其特征在于，所述分析和预警单元包括微震数据分析中心和边坡灾害预警中心，所述微震数据分析中心用于根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并将分析结果发送给所述边坡灾害预警中心，所述边坡灾害预警中心用于根据所述分析结果对岩质边坡的失稳灾害进行预警，并将预警信息反馈给所述信号存储和处理单元。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的微震监测预警分析系统，其特征在于，所述信号存储和处理单元设置有无线发射器，所述分析和预警单元设置有无线接收器，所述无线发射器和所述无线接收器通过传输媒介进行信息交互，所述传输媒介基于数据上载技术和网络通讯技术。

7.一种基于权利要求1至6中任意一项所述的微震监测预警分析系统的微震监测预警分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

信号接收单元接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，并将所述微震信号发送给信号采集单元；

所述信号采集单元对所述微震信号进行汇集，并将汇集后的信号发送给信号存储和处理单元；

所述信号存储和处理单元对汇集后的信号进行存储和处理，并将处理后的信号发送给分析和预警单元；

所述分析和预警单元根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警。

8.根据权利要求7所述的微震监测预警分析方法，其特征在于，所述信号接收单元包括多个传感器组，每个所述传感器组包括多个排列为阵列的加速度传感器；

所述微震监测预警分析方法还包括设置所述加速度传感器的步骤，该步骤包括：

以目标监测区域为原点，结合边坡施工条件，空间等距布置若干所述加速度传感器；

在所述目标监测区域的相邻区域设置若干所述加速度传感器，作为空间布局的拓展；

对所述阵列的空间特征进行评估，对潜在危险区域进行加密布置，对相对安全区域进行稀疏布置。

9.根据权利要求8所述的微震监测预警分析方法，其特征在于，设置所述加速度传感器的步骤还包括：

针对所有的所述加速度传感器进行敲击试验，判断所述加速度传感器安装的灵敏性；

在所述阵列的边界和阵列外进行多次定点爆破试验，确定系统实际定位误差的空间分布，并根据系统实际定位误差的空间分布情况调整所述阵列中加速度传感器的分布，以提升系统实际定位精度。

10.根据权利要求7所述的微震监测预警分析方法，其特征在于，所述分析和预警单元根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警的步骤包括：

通过跟踪开挖扰动作用下的岩质边坡的微震能量密度的区域演化来识别和圈定边坡开挖扰动区；

通过开挖扰动作用下岩质边坡的震级-频度关系的变化来判断边坡稳定性的演化特征；

以所述边坡开挖扰动区和所述边坡稳定性为预警指标，对岩质边坡的失稳灾害进行预警。