CN113405450A - 一种基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法 - Google Patents

一种基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，该方法包括：以混凝土和磁性材料制备磁性混凝土试件；在待监测岩砼结构体上开挖与试件等体积，用于容纳试件的空腔；在空腔的正前方固定磁场传感器，并测试当前环境磁场强度；将试件放入空腔内；利用磁场传感器测试空腔内试件的磁场强度，直到磁场传感器的数据稳定，读取空腔内试件的初始磁场强度；定期测试试件受压变形过程的磁场强度；基于试件的磁场强度的变化率，根据预设的判别准则，判断待监测岩砼结构体的稳定性，实现对待监测岩砼结构体稳定性的监测与预警。本发明具有测试成本小，敏感性强以及精确度高等优点。

Description

一种基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法
技术领域
本发明涉及建筑、桥梁、矿井及隧道等岩砼结构体稳定性监测技术领域，特别涉及一种基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法。
背景技术
近年来，经常出现建筑、桥梁、矿井及隧道等岩石或者混凝土结构体在应力作用下发生失稳的问题，严重威胁着岩土工程的安全。对岩砼结构稳定性进行监测，及时发现失稳危险并进行预警，是防治岩土工程灾害的重要途径。
目前，对于岩砼结构体稳定性的监测技术主要是利用测斜仪测量结构的位移变化，或者利用支护或围护结构的变形量或沉降量反映结构体外部的位移变化来实现，不能反映岩砼结构体内部的变化，存在监测结果可靠性不足等问题。
发明内容
本发明提供了一种基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，以解决现有的岩砼结构体稳定性监测预警方法不能反映岩砼结构体内部的变化，监测结果可靠性不足的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，包括：
以混凝土和磁性材料制备磁性混凝土试件；
在待监测岩砼结构体上开挖与所述试件相适配，用于容纳所述试件的空腔；
在所述空腔正前方预设距离处固定磁场传感器，测试当前环境磁场强度H0；
将所述试件放入所述空腔内；
利用所述磁场传感器测试所述空腔内的所述试件的磁场强度，直到所述磁场传感器的数据稳定，读取所述空腔内的所述试件的初始磁场强度H1；
按照预设周期，定期测试所述试件受压变形过程的磁场强度Ht；
基于所述试件的磁场强度的变化率，根据预设的判别准则，判断待监测岩砼结构体的稳定性，实现对待监测岩砼结构体稳定性的监测与预警；其中，所述预设的判别准则为：所述试件的磁场强度变化率μ＝(Ht－H1)/(H1－H0)越大，岩砼结构体越不稳定，当μ大于等于设定阈值时，岩砼结构体有失稳的危险。
进一步地，所述以混凝土和磁性材料制备磁性混凝土试件，包括：
将混凝土与磁性材料按质量比例5:1混合，并利用振动棒搅拌均匀；
将混凝土与磁性材料的混合物料放入模具中加水浇筑成型，并进行养护；
从所述模具中取出养护好的混凝土块，利用切割机从所述混凝土块中部切出样品，并利用磨光机将所述样品打磨为外表面光滑的长方体试件。
进一步地，所述混凝土为标号C80的混凝土；所述磁性材料为直径1mm的铁镍合金颗粒；所述模具的容积在20cm3以上；在将混凝土与磁性材料的混合物料放入模具中加水浇筑成型，并进行养护时，养护天数为28天以上。
进一步地，所述长方体试件的尺寸为10mm×5mm×5mm。
进一步地，所述空腔的形状与所述试件相同，所述空腔的容积与所述试件的体积相等，且所述空腔的内表面被打磨光滑，以用于容纳所述试件。
进一步地，空腔位于待监测岩砼结构体底部距地面20～50cm的致密区域。
进一步地，在将所述试件放入空腔内时，试件5mm×5mm的一面朝外放置。
进一步地，所述磁场传感器为静态磁场传感器，对交变磁场不敏感。
进一步地，所述磁场传感器放置在空腔前方2cm处，并正对所述空腔。
进一步地，所述设定阈值的取值为20％。
本发明提供的岩砼结构体稳定性监测预警方法以磁性材料受压过程中磁场强度与应力及变形量之间的正相关关系为物理基础，在岩砼结构体中放置磁性混凝土试件，通过测试磁性混凝土的磁场强度，判断岩砼结构体的承载与变形情况。当岩砼结构体的承载情况发生变化时会引起磁性混凝土试件的应力与变形量的变化，通过测试环境中磁场强度、磁性混凝土试件初始磁场强度及受压变形后的磁场强度，计算磁性混凝土试样受压变形过程的磁场强度变化率，可判断岩砼结构体的承载与变形情况，从而实现对岩砼结构体稳定性的监测预警。
本发明提供的上述技术方案带来的有益效果至少包括：
1、本发明的检测方法可以反映岩砼结构体内部的变化，评价结果更可靠。
2、本发明在岩砼结构体中嵌入磁性混凝土试件之后，可以根据需要随时对岩砼结构体稳定性进行实时监测，即时性较好。
3、本发明的方法适用于建筑、桥梁、矿井及隧道等地上、地下岩土工程稳定性的监测预警，适应性较强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法的流程示意图；
图2为本发明第二实施例提供的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法的流程示意图；
图3为本发明第二实施例提供的岩砼结构体与磁场传感器的位置示意图。
附图标记说明：
1、岩砼结构体；2、磁性混凝土试件；3、空腔；4、磁场传感器；
5、三角固定支架；6、数据线；7、主机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一实施例
通过监测岩砼结构体内部应力与变形情况，可以监测岩土工程承载情况与变形情况，从而对其稳定性做出准确评价。基于此，本实施例提供了一种即时性好、适应性强、可靠性高的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，以解决现有的岩砼结构体稳定性监测预警方法不能反映岩砼结构体内部的变化，监测结果可靠性不足的技术问题，该方法适用于岩土工程承载情况与变形情况的监测及稳定性评价。该方法的执行流程如图1所示，包括以下步骤：
S101，以混凝土和磁性材料制备磁性混凝土试件；
S102，在待监测岩砼结构体上开挖与试件相适配，用于容纳试件的空腔；
S103，在空腔正前方预设距离处固定磁场传感器，测试当前环境磁场强度H0；
S104，将试件放入空腔内；
S105，利用磁场传感器测试空腔内试件的磁场强度，直到磁场传感器的数据稳定，读取空腔内试件的初始磁场强度H1；
S106，按照预设周期，定期测试试件受压变形过程的磁场强度Ht；
S107，基于试件的磁场强度的变化率，根据预设的判别准则，判断待监测岩砼结构体的稳定性，实现对待监测岩砼结构体稳定性的监测与预警；其中，预设的判别准则为：试件的磁场强度变化率μ＝(Ht－H1)/(H1－H0)越大，岩砼结构体越不稳定，当μ大于等于设定阈值时，岩砼结构体有失稳的危险。
其中，需要说明的是，在本实施例中，上述设定阈值的取值为20％；上述磁场传感器为静态磁场传感器，对交变磁场不敏感，其放置在空腔正前方2cm处。而且在测试环境磁场强度H0、读取空腔内磁性混凝土试件初始磁场强度H1、定期测试磁性混凝土试件受压变形过程的磁场强度Ht过程中，应保证周围无电源、无振动干扰。此外，在测试过程中，磁场传感器的位置和朝向应保持一致。
综上，本实施例的岩砼结构体稳定性监测预警方法通过测试磁性混凝土的磁场强度，判断岩砼结构体的承载与变形情况，可实现对岩砼结构体稳定性的监测预警。解决了现有技术不能反映岩砼结构体内部的变化，监测结果可靠性不足的问题。本实施例的方法适用性较强，可用于建筑、桥梁、矿井及隧道等地上、地下岩土工程稳定性的监测预警。此外，在岩砼结构体中嵌入磁性混凝土试件之后，可根据需要随时对岩砼结构体稳定性进行实时监测，即时性较好。
第二实施例
请参阅图2和图3，本实施例提供了一种基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，适用于岩土工程承载情况与变形情况的监测及稳定性评价。
该方法的执行流程如图2所示，包括以下步骤：
S201，根据岩土工程监测需要，确定需要进行稳定性监测的岩砼结构体1，并选择岩砼结构体1的底部致密的位置作为测试地点。
S202，取制备标号C80的混凝土物料，加入其质量1/5的直径1mm的铁镍合金颗粒，利用振动棒搅拌均匀；将混凝土与磁性材料的混合物料放入20cm3以上的大型模具中加水浇筑成型，并养护28天以上；养护完成后，从模具中取出混凝土块，用切割机从块体中部切出小块样品，利用小型磨光机将切出的样品打磨为10mm×5mm×5mm的长方体磁性混凝土试件2。
S203，在岩砼结构体1的底部距离地面20cm～50cm的位置开挖内部尺寸为10mm×5mm×5mm的空腔3，并打磨光滑腔体的内表面，其中，空腔3的5mm×5mm面朝外，作为装填磁性混凝土试件2的开口。
S204，将磁场传感器4放置在空腔3前方2cm处，磁场传感器4的检测端正对空腔3，利用三角固定支架5固定好磁场传感器4，记录磁场传感器4的位置；将磁场传感器4通过数据线6与主机7相连；在主机7上启动磁场测试软件，利用磁场传感器4测试环境磁场强度H0，并将数据传回主机7。
S205，将磁场传感器4从三角固定支架5上取下，将磁性混凝土试件2放入空腔3内，磁性混凝土试件2的5mm×5mm面朝外放置，再将磁场传感器4放在三角固定支架5上，固定在与S204中同样的位置处。
S206，在主机7上启动磁场测试软件，利用磁场传感器4测试空腔3内磁性混凝土试件2的磁场强度，直到磁场传感器4的数据稳定，读取空腔3内磁性混凝土试件2的初始磁场强度H1。
S207，定期测试磁性混凝土试件2受压变形过程的磁场强度Ht；
S208，根据环境磁场强度H0、磁性混凝土试件2初始磁场强度H1和磁性混凝土试件2受压变形过程的磁场强度Ht，计算磁性混凝土试件2的磁场强度变化率μ＝(Ht－H1)/(H1－H0)。
S209，根据磁性混凝土试件2的磁场强度的变化率μ＝(Ht－H1)/(H1－H0)的大小监测岩土工程的承载情况与变形情况，对岩砼结构体1的稳定性做出评价，判别准则为：磁性混凝土试件2的磁场强度变化率μ越大，岩砼结构体1越不稳定，当μ≥20％时，岩砼结构体1有失稳的危险。
其中，需要说明的是，磁场传感器4为静态磁场传感器，对交变磁场不敏感；在测试环境磁场强度H0、读取空腔3内磁性混凝土试件2的初始磁场强度H1、定期测试磁性混凝土试件2受压变形过程的磁场强度Ht的过程中，磁场传感器4的位置和朝向应保持一致，并保证周围无电源、无振动干扰。
综上，本实施例的岩砼结构体稳定性监测预警方法，通过在岩砼结构体中放置磁性混凝土试件，测试环境中磁场强度、磁性混凝土试件初始磁场强度以及受压变形后的磁场强度，根据磁性混凝土试样受压变形过程的磁场强度变化率判断岩砼结构体的承载与变形情况，对岩砼结构体稳定性进行监测预警。具有适用性较强，而且可根据需要随时对岩砼结构体稳定性进行实时监测的优点。
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，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。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

Claims (10)

1.一种基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，其特征在于，所述基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法包括：
以混凝土和磁性材料制备磁性混凝土试件；
在待监测岩砼结构体上开挖与所述试件相适配，用于容纳所述试件的空腔；
在所述空腔正前方预设距离处固定磁场传感器，测试当前环境磁场强度H0；
将所述试件放入所述空腔内；
利用所述磁场传感器测试所述空腔内的所述试件的磁场强度，直到所述磁场传感器的数据稳定，读取所述空腔内的所述试件的初始磁场强度H1；
按照预设周期，定期测试所述试件受压变形过程的磁场强度Ht；
基于所述试件的磁场强度的变化率，根据预设的判别准则，判断待监测岩砼结构体的稳定性，实现对待监测岩砼结构体稳定性的监测与预警；其中，所述预设的判别准则为：所述试件的磁场强度变化率μ＝(Ht－H1)/(H1－H0)越大，岩砼结构体越不稳定，当μ大于等于设定阈值时，岩砼结构体有失稳的危险。
2.如权利要求1所述的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，其特征在于，所述以混凝土和磁性材料制备磁性混凝土试件，包括：
将混凝土与磁性材料按质量比例5:1混合，并利用振动棒搅拌均匀；
将混凝土与磁性材料的混合物料放入模具中加水浇筑成型，并进行养护；
从所述模具中取出养护好的混凝土块，利用切割机从所述混凝土块中部切出样品，并利用磨光机将所述样品打磨为外表面光滑的长方体试件。
3.如权利要求2所述的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，其特征在于，所述混凝土为标号C80的混凝土；所述磁性材料为直径1mm的铁镍合金颗粒；所述模具的容积在20cm3以上；在将混凝土与磁性材料的混合物料放入模具中加水浇筑成型，并进行养护时，养护天数为28天以上。
4.如权利要求3所述的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，其特征在于，所述长方体试件的尺寸为10mm×5mm×5mm。
5.如权利要求4所述的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，其特征在于，所述空腔的形状与所述试件相同，所述空腔的容积与所述试件的体积相等，且所述空腔的内表面被打磨光滑，以用于容纳所述试件。
6.如权利要求5所述的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，其特征在于，所述空腔位于待监测岩砼结构体底部距地面20～50cm的致密区域。
7.如权利要求6所述的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，其特征在于，在将所述试件放入空腔内时，试件5mm×5mm的一面朝外放置。
8.如权利要求1所述的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，其特征在于，所述磁场传感器为静态磁场传感器，对交变磁场不敏感。
9.如权利要求1所述的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，其特征在于，所述磁场传感器放置在空腔前方2cm处，并正对所述空腔。
10.如权利要求1～9任一项所述的基于静磁场检测的岩砼结构体稳定性监测预警方法，其特征在于，所述设定阈值的取值为20％。
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