CN112530138A - 一种岩体崩塌早期预警方法 - Google Patents

一种岩体崩塌早期预警方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112530138A
CN112530138A CN202011371026.9A CN202011371026A CN112530138A CN 112530138 A CN112530138 A CN 112530138A CN 202011371026 A CN202011371026 A CN 202011371026A CN 112530138 A CN112530138 A CN 112530138A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vibration
rock mass
early warning
collapse
warning method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011371026.9A
Other languages
English (en)
Inventor
孙广存
刘伟良
李宁
尚强
陈晨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Zhongguancun Zhilian Safety Science Research Institute Co ltd
Original Assignee
Beijing Zhongguancun Zhilian Safety Science Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Zhongguancun Zhilian Safety Science Research Institute Co ltd filed Critical Beijing Zhongguancun Zhilian Safety Science Research Institute Co ltd
Priority to CN202011371026.9A priority Critical patent/CN112530138A/zh
Publication of CN112530138A publication Critical patent/CN112530138A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
    • G08B21/10—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to calamitous events, e.g. tornados or earthquakes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本发明提供了一种岩体崩塌早期预警方法，包括以下步骤：对岩体进行振动监测，并将监测得到的信号绘制成振动波形图；从振动波形图中计算提取振动幅值和振动绝对均值两种时域动力学指标；通过分析振动幅值、振动绝对均值两种指标对崩塌灾害进行预警分析。

Description

一种岩体崩塌早期预警方法
技术领域
本发明涉及崩塌灾害的早期监测预警领域，具体而言，涉及一种岩体崩塌早期预警方法。
背景技术
越来越多的大型水电站、公路、铁路、桥梁、隧道和能源管线将在我国西南山区进行建设。复杂的高山峡谷地形地貌，恶劣的气候条件以及大量高陡边坡的工程开挖扰动，使得岩体崩塌灾害事故的发生概率大大增加。这些潜在危岩体是目前我国工程建设最主要的安全隐患，一旦发生，轻则造成较大的经济损失和工期延误，重则还会造成严重的人员伤亡。因此，如何实现崩塌灾害的早期监测预警是岩土工程领域亟待解决的主要工程问题之一。崩塌灾害除受到岩体强度及结构面力学状况等内部因素作用外，还与降雨、地震、爆破等多种外界触发因素有关。因此，目前相对单一的监测指标体系，必然导致监测预警技术的预警时效性、准确性与可实施性方面存在较大制约，传统方法中基于位移、应力应变等监测指标的监测预警，虽然有较好的准确性，但时效性差；而单一固有振动频率的预警方法，虽然在时效性方面有较好效果，但其监测往往会受到环境白噪音的影响，预警的准确性方面存在诸多限制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种岩体崩塌早期预警方法，为岩体崩塌的早期预警提供一种新的预警方法，从而提高预警时效性、准确性与可实施性。
一种岩体崩塌早期预警方法，包括以下步骤：对岩体进行振动监测，并将监测得到的信号绘制成振动波形图；从振动波形图中计算提取振动幅值和振动绝对均值两种时域动力学指标；通过分析振动幅值、振动绝对均值两种指标对崩塌灾害进行预警分析。
进一步地，所述振动幅值xp通过以下方法计算：
xp＝max|xi|；其中，xi为不同时刻的振动幅值。
进一步地，所述振动绝对均值xav通过以下方法计算：
Figure RE-GDA0002913680090000021
其中，xi为不同时刻的振动幅值，N为监测样本数。
进一步地，所述振动幅值和振动绝对均值不需要进行傅里叶等变换。
进一步地，所述振动幅值可识别岩体的分离破坏前兆和加速破坏前兆。
进一步地，所述振动绝对均值可识别岩体的分离破坏前兆和加速破坏前兆。
进一步地，所述振动幅值和振动绝对均值可识别岩体的分离破坏前兆和加速破坏前兆。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：
1、本发明利用的时域动力学指标是从监测得到的时间振动信号中直接提取，不需要进行傅里叶等变换，是率先引入到崩塌灾害监测预警体系的基础指标之一。
2、本发明通过引入多个时域动力学指标，实现岩体由稳定→分离→加速破坏全过程远程监测，进一步丰富目前动力学监测指标体系的同时，也为岩体剧动破坏机制等崩塌灾害机理研究提供新的启示。
3、振动幅值与振动绝对均值可为基于分离破坏前兆识别的早期预警方法提供新的敏感性指标，可提前实现崩塌灾害的早期预警。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程图；
图2为某岩体的振动波形图；
图3为振动幅值，振动绝对均值的过程线；
图4为430s后振动幅值，振动绝对均值的过程线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：对岩体进行振动监测，并将监测得到的信号绘制成振动波形图。
采用激光多普勒测振仪(Laser Doppler Vibrometer,LDV)来实现岩体崩塌全过程的振动监测，并将监测得到的时间振动信号绘制成振动波形图。
岩体的很多脆性破坏多是系统不稳定导致的动力破坏，因此引入振动特征参数，可有助于实现岩体的安全稳定分析与岩体崩塌的早期预警。岩体崩塌的全过程一般分为三个阶段，稳定阶段-分离阶段-加速破坏阶段，而激光多普勒测振仪可分别测量不同阶段的岩体时域动力学指标。
步骤S2：从振动波形图中计算提取振动幅值和振动绝对均值两种时域动力学指标。
分析监测的振动波形图,所述振动波形图为振动历史曲线，其从稳定到破坏的全过程的曲线，分析时某时刻的数据为此时刻之前的一段数据分析结果作此时刻的数据值。例如，监测了400秒的数据，采样频率是50HZ，取1s为一时间段，1s的数据值，是0s-1s时间段内50个样本的数据分析得到的结果，400s时就是399s-400s的样本数据分析的结果，从中计算提取振动幅值和振动绝对均值两种时域动力学指标，两种时域动力学指标不需要进行傅里叶等变换。
根据如下公式可计算振动幅值xp：
xp＝max|xi| (1)
其中，xi为不同时刻的振动幅值。
根据如下公式可计算振动绝对均值xav：
Figure RE-GDA0002913680090000041
其中，xi为不同时刻的振动幅值，N为监测样本数，监测样本数取决于采样频率与分析时的所选取的时间段大小。
步骤S3：通过分析振动幅值、振动绝对均值两种指标对崩塌灾害进行预警分析。
下面以一具体岩体坍塌的数据为例来说明上述的分析方法。
假设岩体崩塌过程中，0s-390s为稳定阶段，390s-440s为分离阶段，440s-445s为加速破坏阶段，图3为振动幅值、振动绝对均值的过程线图。由图3可知，在稳定阶段(0-390s)，振动幅值和振动绝对均值随着结构面强度的下降不断呈上升趋势，并在390s出现急剧升高，分别较前一时刻增长2.4和3.1倍，明显触发分离破坏前兆预警；在分离阶段(390-440s)，振动幅值和振动绝对均值随着岩体稳定性的下降继续呈上升趋势，并在 440s出现明显升高，较前一时刻增大1.5和1.9倍，可触发加速破坏前兆预警。
综上，振动幅值与振动绝对均值这两种时域动力学指标均可识别分离破坏与加速破坏前兆。在振动幅值与振动绝对均值的分离阶段前兆识别中较前一时刻增长2倍以上，敏感性良好，因此振动幅值与振动绝对均值可为基于分离破坏前兆识别的早期预警方法提供新的敏感性指标，可提前55s 实现崩塌灾害的早期预警。
本研究通过引入多个时域动力学监测指标，开展了岩体崩塌破坏全过程的实时监测，通过振动幅值与振动绝对均值等多个指标，对岩体分离破坏前兆与加速破坏前兆进行分析研究，得出如下结论：
在岩体分离破坏前兆识别方面，振动幅值、振动绝对均值均在390s识别岩体的分离破坏前兆。由于分离破坏前兆识别预警方法在岩体崩塌等脆性破坏灾害监测预警方面具有更好的时效性，可提前55s实现岩块体崩塌破坏的早期预警。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种岩体崩塌早期预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
对岩体进行振动监测，并将监测得到的信号绘制成振动波形图；
从振动波形图中计算提取振动幅值和振动绝对均值两种时域动力学指标；
通过分析振动幅值、振动绝对均值两种指标对崩塌灾害进行预警分析。
2.根据权利要求1所述的一种岩体崩塌早期预警方法，其特征在于，所述振动幅值xp通过以下方法计算：
xp＝max|xi|；其中，xi为不同时刻的振动幅值。
3.根据权利要求1所述的一种岩体崩塌早期预警方法，其特征在于，所述振动绝对均值xav通过以下方法计算：
Figure FDA0002806185030000011
其中，xi为不同时刻的振动幅值，N为监测样本数。
4.根据权利要求1所述的一种岩体崩塌早期预警方法，其特征在于，所述振动幅值和振动绝对均值不需要进行傅里叶等变换。
5.根据权利要求1所述的一种岩体崩塌早期预警方法，其特征在于，所述振动幅值可识别岩体的分离破坏前兆和加速破坏前兆。
6.根据权利要求1所述的一种岩体崩塌早期预警方法，其特征在于，所述振动绝对均值可识别岩体的分离破坏前兆和加速破坏前兆。
7.根据权利要求1所述的一种岩体崩塌早期预警方法，其特征在于，所述振动幅值和振动绝对均值可识别岩体的分离破坏前兆和加速破坏前兆。
CN202011371026.9A 2020-11-30 2020-11-30 一种岩体崩塌早期预警方法 Pending CN112530138A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011371026.9A CN112530138A (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种岩体崩塌早期预警方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011371026.9A CN112530138A (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种岩体崩塌早期预警方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112530138A true CN112530138A (zh) 2021-03-19

Family

ID=74995000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011371026.9A Pending CN112530138A (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种岩体崩塌早期预警方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112530138A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114495430A (zh) * 2021-12-23 2022-05-13 北京中关村智连安全科学研究院有限公司 一种土石坝安全状态预警方法及系统
CN114495428A (zh) * 2021-12-23 2022-05-13 北京中关村智连安全科学研究院有限公司 一种滑坡灾害早期预警方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013104239A (ja) * 2011-11-15 2013-05-30 Railway Technical Research Institute 不安定岩塊の崩落危険度の評価方法
CN109765297A (zh) * 2019-01-03 2019-05-17 北京科技大学 一种基于分离破坏前兆识别的崩塌早期预警方法
CN110471108A (zh) * 2019-07-15 2019-11-19 姚国专 远距离非接触式判别危岩稳定性的方法
CN111275931A (zh) * 2019-12-24 2020-06-12 湖北民族大学 一种危岩体断裂预警方法及系统
CN111521257A (zh) * 2020-04-17 2020-08-11 北京科技大学 一种岩块体崩塌早期预警方法
CN111950151A (zh) * 2020-08-13 2020-11-17 黄河勘测规划设计研究院有限公司 基于振幅比的高陡岩质边坡滑移型危岩体稳定性评价方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013104239A (ja) * 2011-11-15 2013-05-30 Railway Technical Research Institute 不安定岩塊の崩落危険度の評価方法
CN109765297A (zh) * 2019-01-03 2019-05-17 北京科技大学 一种基于分离破坏前兆识别的崩塌早期预警方法
CN110471108A (zh) * 2019-07-15 2019-11-19 姚国专 远距离非接触式判别危岩稳定性的方法
CN111275931A (zh) * 2019-12-24 2020-06-12 湖北民族大学 一种危岩体断裂预警方法及系统
CN111521257A (zh) * 2020-04-17 2020-08-11 北京科技大学 一种岩块体崩塌早期预警方法
CN111950151A (zh) * 2020-08-13 2020-11-17 黄河勘测规划设计研究院有限公司 基于振幅比的高陡岩质边坡滑移型危岩体稳定性评价方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114495430A (zh) * 2021-12-23 2022-05-13 北京中关村智连安全科学研究院有限公司 一种土石坝安全状态预警方法及系统
CN114495428A (zh) * 2021-12-23 2022-05-13 北京中关村智连安全科学研究院有限公司 一种滑坡灾害早期预警方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112530138A (zh) 一种岩体崩塌早期预警方法
CN112560135B (zh) 一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法
Darbre et al. Natural frequencies measured from ambient vibration response of the arch dam of Mauvoisin
CN112525327B (zh) 基于变异系数时域动力学指标的岩体崩塌早期预警方法
CN109765297A (zh) 一种基于分离破坏前兆识别的崩塌早期预警方法
CN101539472A (zh) 一种低速重载设备微弱故障并联随机共振检测方法
Li et al. Characteristics of microseismic b-value associated with rock mass large deformation in underground powerhouse caverns at different stress levels
CN104596766A (zh) 一种轴承早期故障确定方法
CN104500141B (zh) 基于矿压监测动态特征的突出预警方法
CN104297788A (zh) 基于波形起振趋势线斜率的矿山微震和爆破信号识别方法
Liu et al. Characteristics of electromagnetic radiation signal of coal and rock under uniaxial compression and its field application
CN103994815A (zh) 一种识别光纤振源的方法
CN105021706A (zh) 一种砂轮破碎状态预警识别装置及方法
CN111983035A (zh) 一种基于声发射技术的岩样破坏预测方法
Li et al. Investigation on acoustic emission characteristics of hole-joint contained granite under a compressive disturbance: experimental insights
Shen et al. Research on the influence of parallel joints on the extension length and morphology of blasting cracks
CN102080945A (zh) 基于输入能量的爆破震动安全评价方法及系统
CN101354445A (zh) 以新型锚杆为传感媒介的光纤光栅传感矿山安全监测技术
Yang et al. Predicting the failure of rock using critical slowing down theory on acoustic emission characteristics
Lei Dragon-Kings in rock fracturing: Insights gained from rock fracture tests in the laboratory
CN117116010A (zh) 一种岩体崩塌智能预警方法和系统
CN116643307A (zh) 一种通过岩体波速精准预测岩爆强度和位置的方法
Zeng et al. Research on Time-frequency Characteristics for Blasting Vibration Signal of CO 2 Blasting by Frequency Slice Wavelet Transform.
Fukun et al. Study on Multiparameter Precursory Information Identification of the Fracture of Yellow Sandstone
Zeng et al. Analysis on Time-frequency Characteristics and Delay Time Identification for Blasting Vibration Signal by Hilbert-Huang Transform in Fangchenggang Nuclear Power Station.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210319