CN110471108A - 远距离非接触式判别危岩稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，涉及地质勘探技术领域，用于揭示不同接触模式下危岩崩落振动机制和特性，找出稳固状态与振动特性的内在联系及规律，形成危岩检测评估方法，明确危岩不同稳固状态。本发明的远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，通过振动卓越频率、阻尼比以及RMS振幅比建立了危岩状态评价体系，从而科学地揭示危岩振动特性与稳固状态的内在联系，为危岩崩塌灾害预警、防御、治理等相关科技难题提供关键途径。
Description
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，特别地涉及一种远距离非接触式判别危岩稳定性的方法。
背景技术
山区铁路和公路沿线的危岩造成的崩塌落石已经成为一种危害比较严重的灾害，严重威胁公路及沿线的生命财产安全。由于其灾害的发生具有突发性和毁灭性等特点，因此对铁路和公路沿线可能造成崩塌落石的山区进行测试评估非常关键。
目前我国还没有对铁路和公路交通沿线危岩安全评估技术进行全面系统的研究，也没有修订交通线路上危岩状态测试与评估的相关标准和规范。目前铁路沿线危岩的评估工作主要是引进国外的一些方法或现行标准。但是实际上，危岩状态测试和评估不仅仅是检查危岩是否符合标准，而是应该评价该铁路和公路沿线危岩稳定状态是否能为道路使用者提供安全的行车环境。目前，危岩状态测试与评估技术主要有以下几方面。
(1)人工观测
我国铁路系统危岩、孤石的检测很长一段时间是靠一线人员的巡山调查，建立巡查制度，对危险区段的危岩、孤石进行逐一编号、登记、造册，设置警示标识，然后定期定点进行重点检查，密切关注变化动向，确定采取的防治措施；对无法直接观测的裂缝危岩体，有时甚至采用定点、定专人、定工具，郭书云(2014)用“探测法”分析判断裂缝变化，确定危岩危石的危险程度；尤其汛期铁路行车安全，对于确定为危险处所的地段，铁路部门往往采用配备固定人员进行全天候看守和监视。其调查一般覆盖面广，但较笼统。其对危岩评定的依据大多根据目测结果，翟继伟(2012)对危岩大小、形态、背后裂缝状态、地区条件、风化状态等进行综合判定，往往带有较大的主观性。
(2)应力应变监测法
光纤传感变形监测法：危岩失稳是一个缓慢的累积过程，内部变形逐步扩大，到达一定极限时，可能在外界的雨水、地震等作用下瞬间发现滑坡等灾害，因此实施在线的、长期的危岩内部变形监测，了解内部变形的走势和规律，对危岩失稳发展过程有着重大意义。近年来，逐渐出现了采用光纤光栅传感技术实时监测危岩变形，黄安斌(2002)、唐天国(2006)将光纤光栅等间距布置于类似于测斜管的柔性变形杆上，利用杆随坡体弯曲变形产生的表面应变，来反推杆的变形，从而对变形实时监控。目前国内关于光纤光栅坡面位移监测的研究及工程应用很少，暂没有成熟的专门用于坡面位移监测的光纤光栅传感器。
锚杆应力监测法：危岩体内部应力变化也是衡量危岩状态发展的重要信息，因为在地质体变形的过程中必定伴随着其内部应力的变化，所以监测危岩体内应力的变化对衡量危岩稳定状态十分必要，常用于危岩内部应力变化监测的仪器是锚杆应力计。国内外关于锚杆应力测量的研究很多，从机械式、振弦式到光纤传感类，监测手段和方法创新不断，但我国直接应用锚杆实时监测危岩应力变化的时间并不长，主要是先进行岩质边坡蠕变与锚杆预应力损失耦合效应分析，再根据坡体内锚杆预应力损失变化规律达到推测坡体应力变化的目的。
电磁场差异探测法：工程物探法是目前解决工程地质问题中常用的方法，工程物探法中的瞬变电磁法在危岩裂缝检测应用较为广泛，苏兆锋，陈昌彦(2012)利用危岩断裂产生瞬态的磁场引起岩体内部形成涡流，涡流随时间的推移不断向岩体内部扩散，通过磁场变化率dB/dT来计算不同裂隙发育程度危岩的电阻率，从而达到探明裂缝发育程度的目的。
激光扫描技术：近些年铁路工务部门采取了一些先进的手段进行危岩的检测。李海(2012)采用车载激光扫描设备，对铁路沿线两侧的危岩进行定期扫描，快速获取危岩体点云特征，非接触得到所需的高陡斜坡危岩体几何与地质信息，包括危岩体定位，体积量测及节理裂隙统计等，可获取传统方法无法取得的成果。但该技术还需进一步改进，对于一些对激光反射不敏感的实体(雨水和植被等)，易出现扫描盲区，并且易受到雾气的影响，使扫描效果有所降低，这种方法扫描的精度有限。
(3)危岩振动检测
随着检测技术的发展，国内外开始采用先进的检测手段进行危岩的振动检测，通过分析同一振动环境中不同稳定状态危岩体的振动差异，以及危岩与基岩的振动差异，初步形成了基于振动特性的危岩稳定状态评价新方法，为铁路列车的安全运营提供新的预警手段。在国内，西南交通大学的李秉生、蒋爵光等(1988)、郑黎明(1994)对结构条件振动效应与铁路岩质边坡振动机理进行了探索性的研究，结果表明在列车振动激励下，不同结构面岩质边坡振动响应的强烈程度存在差异性，证实了岩体不同的结构面类型会对其振动响应产生影响。在国外，日本铁道综合研究所上半文昭(2007)应用岩盘斜面检测系统对不稳定危岩体和稳定基岩在无外界激励作用下进行同步微振动的检测，发现危岩体上检测到的微振动在频域上出现多个峰值且幅值较大，而基岩上检测到的振动峰值少且幅值较小。在时域上危岩体振动波动大，而基岩上的振动波动小且时域曲线趋近于零线；緒方健治(2007)等验证了利用振动特性判断落石危险度的可行性，但是没有提出危岩落石危险度的判断标准。
总之，我国的铁路沿线危岩的检测方法还未形成一套基于成熟理论基础的检测方法，远未达到定量化评判的程度，也未形成相关的规范和技术规程。
发明内容
本发明提供一种远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，用于揭示不同接触模式下危岩崩落振动机制和特性，找出稳固状态与振动特性的内在联系及规律，形成危岩检测评估方法，明确危岩不同稳固状态。
本发明提供一种远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，包括以下步骤：
以RMS振动幅值比为横坐标、以振动卓越频率为纵坐标建立危岩状态评价体系；或者
以RMS振动幅值比为横坐标、以阻尼比为纵坐标建立危岩状态评价体系。
在一个实施方式中，所述危岩状态评价体系包括危险度定性评价体系和危险度定量评价体系。
在一个实施方式中，所述危险度定性性评价体系为：RMS振动幅值比增大则危岩的稳固状态减小；振动卓越频率增大则危岩的稳固状态增大。
在一个实施方式中，所述危险度定性性评价体系为：RMS振动幅值比增大则危岩的稳固状态减小；阻尼比增大则危岩的稳固状态增大。
在一个实施方式中，所述危险度定量评价体系为：当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
则表明危岩为不稳固或欠稳固状态；
当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
0≤x＜4
则表明危岩为稳固状态；
当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
则表明危岩为较稳固状态；
其中，a＝30；b＝-75。
在一个实施方式中，所述危险度定量评价体系为：当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
则表明危岩为不稳固或欠稳固状态；
当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
0≤x＜4
则表明危岩为稳固状态；
当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
则表明危岩为较稳固状态。
其中，c＝0.0233；d＝-0.0583。
在一个实施方式中，还包括通过刚体平衡法和锤击音法对危险度定量评价体系进行可行性验证的操作步骤。
在一个实施方式中，危岩的RMS振动幅值比、振动卓越频率以及阻尼比通过非接触式测振设备获得。
在一个实施方式中，所述非接触式测振设备包括激光多普勒测振仪。
在一个实施方式中，分别以力锤激励的方式和地脉动的激励方式，采用振动测振传感器对激光多普勒测振仪测量的数据进行有效性验证。
与现有技术相比，本发明的优点在于：振动卓越频率和阻尼比均反映了危岩体与基岩稳固接触好坏程度，RMS振幅比反映了危岩体与基岩的同一振动作用下振动响应的差异性，因此通过以上三个参数建立了危岩状态评价体系，从而科学地揭示危岩振动特性与稳固状态的内在联系，为危岩崩塌灾害预警、防御、治理等相关科技难题提供关键途径。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明的实施例中RMS振动幅值比-振动卓越频率评价体系图；
图2是本发明的实施例中RMS振动幅值比-阻尼比评价体系图；
图3是本发明的实施例中采用力锤敲击作为振动源的测量结果；
图4是本发明的实施例中以RMS振动幅值比-振动卓越频率评价体系进行评价的结果图；
图5是本发明的实施例中以RMS振动幅值比-阻尼比评价体系进行评价的结果图；
图6是本发明的实施例中接触式传感器的原理图；
图7是本发明的频率响应传递函数曲线图；
图8是本发明的幅频特性曲线曲线图；
图9a-9d是本发明的接触式和非接触式水泥块对比测试图片。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供一种远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，其包括以下步骤：以RMS(均方根)振动幅值比为横坐标、以振动卓越频率为纵坐标建立危岩状态评价体系；或者以RMS振动幅值比(下文中有时也称为RMS振幅比)为横坐标、以阻尼比为纵坐标建立危岩状态评价体系。
具体来说，危岩状态评价体系包括危险度定性评价体系和危险度定量评价体系。
可选地，危险度定性性评价体系为：RMS振动幅值比增大则危岩的稳固状态减小；振动卓越频率增大则危岩的稳固状态增大。
可选地，危险度定性性评价体系为：RMS振动幅值比增大则危岩的稳固状态减小；阻尼比增大则危岩的稳固状态增大。
通过分析危岩的频谱特性，既可以比较岩体振幅和衰减特性，可作为危岩稳固状态的判据，还可以作为判断不同的危岩是否在同一基岩上依据。因此，在基于振动特性评估危岩稳固状态方法中卓越频率指标是最为重要的。此外，阻尼比体现了危岩与基岩之间的接触情况，可以反映危岩与基岩的接触稳固性强弱，因此阻尼比也是危岩稳固状态评估重要指标。RMS振幅比时表征同一振动环境中，危岩与基岩之间振动的差异性的指标，综合的反映了危岩与基岩之间的整体性。
换言之，上述三个评估危岩稳固状态的振动指标中，振动卓越频率和阻尼比均反映了危岩体与基岩稳固接触好坏程度，RMS振幅比反映了危岩体与基岩的同一振动作用下振动响应的差异性。
图1显示了以RMS振动幅值比x为横坐标，以振动卓越频率y1为纵坐标建立的危险度定量评价体系(下文简称RMS振动幅值比-振动卓越频率评价体系)，从图1可知，危险度定量评价体系是将RMS振动幅值比-振动卓越频率的坐标系进行了危险等级区域划分，在测量后获得的表征危岩的参数(x，y1)落入那个危险等级的范围内，即可获得其对应的稳固状态。
如表1所示，崩落区I的危险等级最高，危险区II的危险等级次之，其对应的危岩状态为不稳固状态，较危险区III的危险等级更次之，其对应的危岩状态为欠稳固状态；安全区V的危险等级最低，其对应的危岩状态为稳固状态，较安全区IV的，其对应的危岩状态为较稳固状态。
表1危险等级区域与稳固状态的对应表
第一，当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
则表明危岩为不稳固或欠稳固状态；
其中，a＝30；b＝-75。
进一步地，当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
即表征危岩的参数(x，y1)落入危险区II的范围内，则表明危岩的危险等级为II，即危岩为不稳固状态。
进一步地，当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
其中，a＝30；b＝-75。
即表征危岩的参数(x，y1)落入较危险区III的范围内，则表明危岩的危险等级为III，即危岩为欠稳固状态。
进一步地，当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
x≥7
即表征危岩的参数(x，y1)落入崩落区I的范围内，则表明危岩的危险等级为I，即危岩已经存在崩落的现象。
第二，当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
0≤x＜4
即表征危岩的参数(x，y1)落入安全区V的范围内，则表明危岩的危险等级为V，即危岩为稳固状态。
第三，当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
其中，a＝30；b＝-75。
即表征危岩的参数(x，y1)落入较安全区IV的范围内，则表明危岩的危险等级为IV，则表明危岩为较稳固状态。
图2显示了以RMS振动幅值比x为横坐标，以阻尼比y2为纵坐标建立的危险度定量评价体系(下文简称RMS振动幅值比-阻尼比)，从图2可知，危险度定量评价体系是将RMS振动幅值比-阻尼比的坐标系进行了危险等级区域划分，在测量后获得的表征危岩的参数(x，y2)落入那个危险等级的范围内，即可获得其对应的稳固状态。
类似地，在图2中，崩落区I的危险等级最高，危险区II的危险等级次之，其对应的危岩状态为不稳固状态，较危险区III的危险等级更次之，其对应的危岩状态为欠稳固状态；安全区V的危险等级最低，其对应的危岩状态为稳固状态，较安全区IV的，其对应的危岩状态为较稳固状态。
第一，当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
则表明危岩为不稳固或欠稳固状态。
其中，c＝0.0233；d＝-0.0583。
进一步地，当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
即表征危岩的参数(x，y2)落入危险区II的范围内，则表明危岩的危险等级为II，即危岩为不稳固状态。
进一步地，当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
其中，c＝0.0233；d＝-0.0583。
即表征危岩的参数(x，y2)落入较危险区III的范围内，则表明危岩的危险等级为III，即危岩为欠稳固状态。
进一步地，当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
x≥7
即表征危岩的参数(x，y2)落入崩落区I的范围内，则表明危岩的危险等级为I，即危岩已经存在崩落的现象。
第二，当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
0≤x＜4
即表征危岩的参数(x，y2)落入安全区V的范围内，则表明危岩的危险等级为V，即危岩为稳固状态。
第三，当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
其中，c＝0.0233；d＝-0.0583。
即表征危岩的参数(x，y2)落入较安全区IV的范围内，则表明危岩的危险等级为IV，则表明危岩为较稳固状态。
在建立了上述危险度定量评价体系后，还通过刚体平衡法和锤击音法对危险度定量评价体系进行可行性验证的操作步骤。
在一个实施例中，危岩的RMS振动幅值比、振动卓越频率以及阻尼比通过非接触式测振设备获得。
优选地，非接触式测振设备包括激光多普勒测振仪、放大器和数据采集仪。
在一个实施例中，分别以力锤激励的方式和地脉动的激励方式，采用振动测振传感器对激光多普勒测振仪测量的数据进行有效性验证。
需要进行有效性验证的原因是，由于采用接触式测试系统对危岩的振动参数进行测定已经形成了一套较为完善的系统，因此其数据更为可靠，因此本发明的危岩状态评价体系采用的是通过接触式测试系统测量得到的数据而建立的。
换言之，本发明所示的以RMS振动幅值比x为横坐标，以振动卓越频率y1为纵坐标的危险度定量评价体系，以及以RMS振动幅值比x为横坐标，以阻尼比y2为纵坐标的危险度定量评价体系，均是通过接触式测试系统测量得到的数据，即上述评价体系是通过采用接触式测试系统测量得到的。
而在对某一具体的危岩进行评价时，则采用非接触式测试系统(例如，激光多普勒测振仪)进行振动参数的测定。因此，将采用非接触式测试系统测量得到的数据用采用接触式测试系统测量得到的评价系统进行评价时，需要对非接触式测试系统测量得到的数据进行有效性验证。
即，需要验证激光多普勒测振仪测量危岩振动特性的有效性，其比较对象为接触式测量法测量危岩的振动特性。
具体的有效性验证如下：
首先对接触式测量法所采用的测试系统进行说明。其包括传感器、放大器和数据采集仪三部分。
具体地，传感器为941B型超低频测振仪，这是一种用于超低频或低频振动测量的多功能仪器，地面和各种结构物的脉动测量及振动监测，一般工程结构如桥梁、楼房、码头、大坝、海洋平台等的脉动测量和各种振动试验中的振动测量及监测。通过拾振器的微型拨动开关，可直接测量加速度或速度，与放大器配接后，可测量位移。拾振器无需电源供电，无需调零。由于使用了无源伺服反馈技术，能够实现超低频(低至0.17Hz)大位移(600mm)振动测量。宽频带、高分辨率、大动态范围、抗冲击性能好、适合运输，可直接与各种数据采集系统配接。
如图9所示，Km为微型拨动开关。当微型拨动开关的开关1接通(ON)时，动圈式往复摆的运动微分方程为：
式中：m1为摆的运动部分质量，x分别为摆的加速度，速度和位移，b1为阻尼系数，k为簧片的刚度，为地面运动的加速度。
此时，电阻RPl的阻值较小，故阻尼常数D≥1，拾振器的运动部分构成速度摆，即摆的位移与地面运动的速度成正比，拾振器构成加测振传感器，它的输出电压与地面运动的加速度成正比，其加速度灵敏度
Sa＝m1RP1/RL
式中：BL为机电耦合系数。
当微型拨动开关2或开关3或开关4接通时，摆的运动微分方程为：
式中：M1为并联电容后的当量质量，此时，由于线圈回路的电阻较大，因此，Dl＜1，当Ml＞＞ml时，拾振器的速度灵敏度。
SV＝m1/BL·C
式中：C为电容器的电容量。
接触式传感器的相关指标如表1所示。
表1 941B型拾振器主要技术指标
941B型振动传感器可与941型放大器、G01型数据采集仪(USB接口)构成一套完整的振动测试系统，完成各种振动测量和分析任务。放大器具有放大、积分、高陡度滤波和阻抗变换的功能，G01型数据采集分析系统可完成数据采集和分析功能。可根据需要，选取拾振器上微型拨动开关及放大器上参数选择开关相应的档位，可提供测点的加速度、速度或位移参量，并可提供不同频带和不同滤波陡度。
其次对非接触式测量法所采用的测试系统进行说明，其包括激光多普勒测振仪(LDV)、放大器和数据采集仪三部分。
激光多普勒测振仪(LDV)能够非常准确的测量宽范围振幅和频率的振动，已应用于精确地、非接触地测量机械和声学参数，如振动位移幅度、速度和加速度的非反应性的测量，
具体来说，该系统包括：激光测振仪(Vector-Basis)，Picoscope(4262)，PC(配备DataDemon1.4版信号分析软件)。
激光测振仪(激光多普勒测振仪)：用于岩石微振动信号的测量，配备通用速度解码器(D-VD-1)；位移解码器(D-DD-1)；超长镜头(OBJ-SLR)；望远瞄准镜；三脚架。
Picoscope：连接激光测振仪与PC，捕获激光测振仪的数据，并通过PC接口传递给DataDemon进行分析。
DataDemon：数据时频分析专家，用于分析振动信号。不但提供传统的傅立叶频谱分析等算法，还具备HHT算法，该算法适用于分析非线性非平稳信号。
针对上述两种测试系统，分别采用地脉动和力锤敲击两种方式进行验证，测试距离22m，每次测试10分钟时间。
所采用的水泥块尺寸为0.2*0.3*0.7m，测量时将水泥块竖起，在顶部安装振动测振传感器。为了进行严格的对比，测量时将多普勒激光测振仪的发射激光束的镜镜头与水泥块顶部X方向测振传感器平齐，同时在激光多普勒位置的地基也进行速度测量(如图9a-9d所示)。
如图3所示为采用力锤敲击作为振动源的测量结果。由图3可知在力锤作为振动源条件下，接触式传感器计和激光多普勒测振仪测量结果非常接近。说明在二者在振动较大条件下测量效果是一致的，进而证明了采用激光多普勒测振仪测量危岩振动参数的有效性。
如图4所示为采用地脉动作为振动源的测量结果。由图4可知在地脉动条件下两套设备测量系统获得的数值整体上峰值位置重合，且在13HZ以后测量曲线基本重合，13HZ之前激光多普勒测振仪测量结果略大。这主要是由于水泥块本身质量相较于激光多普勒测振仪及其支架质量较大，导致低频区间由地脉动所产生的顶部位移会偏大的原因造成的。因此可认为激光多普勒测振仪地脉动测量与测振传感器测量结果一致，进而证明了采用激光多普勒测振仪测量危岩振动参数的有效性。
综上所示，本发明中，采用危岩状态评价体系对非接触式测试系统测量得到的数据进行评价，具有有效性。
当然，危岩状态评价体系也可以采用通过非接触式测试系统测量得到的数据而建立，在此不再赘述。
下面以G109国道危岩为例，对本发明的方法进行详细的说明。
首先，选取了道路两侧的4个危岩测试点。
其次，为了说明采用非接触式测量方法获得的数据的有效性，对上述4个危岩测试点分别采用接触式测量方法(即采用振动测振传感器进行测量)和非接触式测量方法(即采用激光多普勒测振仪进行测量)进行振动参数的测量，获得的参数如表2所示。
表2危岩振动特性指标、刚体极限平衡法、锤击音调查三种方法结果对比表
由表2可知，三者测试结果是一致的，具有较高的相似度，即采用激光多普勒测振仪获取危岩的振动参数具有有效性。
随后，确定上述振动卓越频率、RMS振幅比和阻尼比的数值落入了危岩状态评价体系的哪个区域中。
由图4可以看出，在RMS振动幅值比-振动卓越频率中，测点WY-2和WY-4落入危险区II的范围之内，测点WY-1落入安全区V的范围之内，测点WY-3落入较安全区域Ⅳ范围之内。
其中，空心三角△○表示用941B型测振传感器测得的不稳固危岩，实心三角▲和●表示用激光多普勒测振仪测得的不稳固危岩。
由图5可以看出，在以RMS振动幅值比-阻尼比评价体系中，测点WY-2和WY-4落入危险区II的范围之内，测点WY-1落入安全区V的范围之内，测点WY-3落入较安全区域Ⅳ范围之内。
上述两个评价体系得到的结论相同。
另外需要说明的是，如果上述两个评价体系得到的结论不相同，则以保守结果为评定结论。例如，RMS振动幅值比-振动卓越频率评价体系中，测点M落入危险区II的范围之内；而RMS振动幅值比-阻尼比评价体系中，测点M落入安全区V的范围之内，则选取测点M的危岩为不稳固状态为评定结论。
最后，采用缸体极限平衡法和锤击音法对上述结果进行可行性验证。
采用缸体极限平衡法和锤击音法对上述四个测点进行测量对上述结果进行可行性验证得到的结论相同。
下面对本发明的参数进行说明。(1)RMS振幅比
RMS振幅比为基岩与危岩振动幅值均方根值(Root Meam Square)的比值，计算式为：
公式(1)中：R为RMS振幅比；
Xi为基岩加速度历程曲线上i时刻对应的振幅；
Yi为危岩加速度历程曲线上i时刻对应的振幅；
N为振动幅值个数。
RMS振幅比作为统计量可以显示出一定时间内物体的整个振动倾向。与最大振幅相比，在评价危岩体的振动特性时，该指标可靠性较高。R为1时，说明地基部和危岩体按照相同振幅振动，则可将危岩体与地基视为一体，危岩体处于稳定状态；如果R大于1，即该危岩体比地基的振动振幅大，则说明危岩体与地基的连接较弱，二者处于较大的分离状态，危岩体则有可能处于不稳定状态之中。
(2)卓越频率
在分析卓越频率和衰减常数时，首先利用选取的波形，分别对危岩体和地基进行快速傅里叶变换得到各自的傅里叶频谱，将危岩体频域曲线作为输出、地基的频域曲线作为输入，二者的比值即响应传递函数。计算过程中使用窗函数(一般采用汉宁窗)进行曲线平滑，从而获得卓越越频率，如图7所示。
(3)阻尼比
频率响应传递函数一般呈现单一峰值的形状，可将其视为带阻尼的单质点单自由度振动系统模型。其运动方程可用公式(2)表示。
公式(2)中：K为弹簧常数；
F为摩擦力；
M为质量；
ξ为阻尼比；
ω为角频率；
ω0为固有频率。
该公式表示质点同时受到与速度成比的阻尼力和周期性外力作用。质点达到定常状态时的振幅响应特性用公式(3)表示。
式中：A为放大因子；
ξ为阻尼比。
为了表示公式(3)，以为横坐标，A为纵坐标，然后规定不同的阻尼比，得到图8。从图8中可知，为0时放大因子为1，且固有频率处有峰值，随着频率的增高，放大因子变小。变换不同阻尼比可知，阻尼比变越小，峰值形状越尖锐，阻尼比变大，峰值形状变缓，当阻尼比为0.01时，则呈现出过衰减、没有峰值的形状。
因此，可通过获得振动系统的固有频率和放大因子，然后将其代入式(3)逆向解析求出阻尼比。
综上所述，本发明以坠落式危岩为研究对象，着眼于危岩振动机制，以危岩接触模式为突破口结合模型试验、数值分析及现场测试，揭示不同接触模式下危岩崩落振动机制和特性，找出稳固状态与振动特性的内在联系及规律，形成危岩检测评估方法，明确危岩不同稳固状态。这对形成危岩稳定性评价新途径有一定的参考价值，同时对危岩预警技术研究有着积极的意义。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
以RMS振动幅值比为横坐标、以振动卓越频率为纵坐标建立危岩状态评价体系；或者
以RMS振动幅值比为横坐标、以阻尼比为纵坐标建立危岩状态评价体系。
2.根据权利要求1所述的远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，其特征在于，所述危岩状态评价体系包括危险度定性评价体系和危险度定量评价体系。
3.根据权利要求2所述的远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，其特征在于，所述危险度定性性评价体系为：RMS振动幅值比增大则危岩的稳固状态减小；振动卓越频率增大则危岩的稳固状态增大。
4.根据权利要求2所述的远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，其特征在于，所述危险度定性性评价体系为：RMS振动幅值比增大则危岩的稳固状态减小；阻尼比增大则危岩的稳固状态增大。
5.根据权利要求2或3所述的远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，其特征在于，所述危险度定量评价体系为：当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
则表明危岩为不稳固或欠稳固状态；
当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
0≤x＜4
则表明危岩为稳固状态；
当危岩的RMS振动幅值比x和振动卓越频率y1满足下列定义式：
则表明危岩为较稳固状态；
其中，a＝30；b＝-75。
6.根据权利要求2或4所述的远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，其特征在于，所述危险度定量评价体系为：当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
则表明危岩为不稳固或欠稳固状态；
当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
0≤x＜4
则表明危岩为稳固状态；
当危岩的RMS振动幅值比x和阻尼比y2满足下列定义式：
则表明危岩为较稳固状态。
其中，c＝0.0233；d＝-0.0583。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，其特征在于，还包括通过刚体平衡法和锤击音法对危险度定量评价体系进行可行性验证的操作步骤。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，其特征在于，危岩的RMS振动幅值比、振动卓越频率以及阻尼比通过非接触式测振设备获得。
9.根据权利要求8所述的远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，其特征在于，所述非接触式测振设备包括激光多普勒测振仪。
10.根据权利要求9所述的远距离非接触式判别危岩稳定性的方法，其特征在于，分别以力锤激励的方式和地脉动的激励方式，采用振动测振传感器对激光多普勒测振仪测量的数据进行有效性验证。
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