CN116448883A - 一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端 - Google Patents

一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端 Download PDF

Info

Publication number
CN116448883A
CN116448883A CN202310696220.1A CN202310696220A CN116448883A CN 116448883 A CN116448883 A CN 116448883A CN 202310696220 A CN202310696220 A CN 202310696220A CN 116448883 A CN116448883 A CN 116448883A
Authority
CN
China
Prior art keywords
monitoring
rock
dangerous rock
dangerous
acoustic emission
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.)
Granted
Application number
CN202310696220.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116448883B (zh
Inventor
李强
肖术
刘国栋
赵海丰
王永娣
杨金保
毛然
鲁志春
郭素琴
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.)
Three Gorges Geotechnical Consultants Co ltd
Original Assignee
Three Gorges Geotechnical Consultants 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 Three Gorges Geotechnical Consultants Co ltd filed Critical Three Gorges Geotechnical Consultants Co ltd
Priority to CN202310696220.1A priority Critical patent/CN116448883B/zh
Publication of CN116448883A publication Critical patent/CN116448883A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116448883B publication Critical patent/CN116448883B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0232—Glass, ceramics, concrete or stone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
    • Y02A10/23—Dune restoration or creation; Cliff stabilisation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明属于地质灾害（岩土）的危岩体监测技术领域，公开了一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端，通过对陡崖危岩体控制裂隙和/或结构面的测绘，判断危岩体潜在失稳模式并确定危岩体岩桥；在危岩体岩桥两侧侧方母岩上布设声发射监测孔，孔内布设声发射监测传感器，将监测孔孔口封闭；采用声发射监测系统对危岩体裂隙扩展和贯通过程中引起的应力变化导致的破裂事件进行动态监测，实现对陡崖高位危岩体稳定状态的监测预警。本发明可以捕捉危岩体失稳破裂的前兆信号，又可以有效避免对危岩体原有应力状态的破坏，提高了陡崖高位危岩体监测预警的准确性和安全性。

Description

一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端
技术领域
本发明属于地质灾害（岩土）的危岩体监测技术领域，尤其涉及一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端。
背景技术
目前，在山区高速公路穿越隧道出入口、库区峡谷河段等环境地质中，常伴有陡崖高位危岩体，其稳定性难以预测，处治难度极大，对其稳定性进行长期监测并及时预警是一种有效的防灾减灾途径。
陡崖高位危岩的稳定性一般受裂隙（结构面）控制，裂隙在扩展和贯通的过程中，往往伴随着极微小的地表形变。如果通过常规的地表位移监测手段，如三维激光扫描仪、测量机器人、GNSS、裂缝变形监测等方法，受观测天气、观测仪器测量误差等影响，往往难以捕捉到危岩体失稳的前兆信号，亦或是监测到失稳信号的同时立即伴随着危岩体失稳事件的发生，难以达到提前预警的目的。而采用应力应变监测手段，又须将应力应变传感器埋入危岩体关键部位--岩桥，从而破坏岩桥区域原有应力状态，对危岩体稳定性造成进一步损伤。
声发射监测手段的优点是直接准确，可捕捉危岩体裂隙早期扩展和贯通过程中的应力变化。由于是通过监测应力变化引起的应力波，因此可布设在危岩体关键区域--岩桥附近的母岩中，避免对危岩体稳定性造成进一步损伤。但在监测预警方面，预警方法（包括阈值选取）一直是困扰工程师的难题，直接关系到危岩体灾害预警的准确性。
基于以上技术背景，亟需设计一种新的陡崖高位危岩体监测及预警方法。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
（1）如果通过常规的地表位移监测手段，受观测天气、观测仪器测量误差等影响，往往难以捕捉到危岩体失稳的前兆信号，或是监测到失稳信号的同时立即伴随着危岩体失稳事件的发生，难以达到提前预警的目的。
（2）采用应力应变监测手段，又须将应力应变传感器埋入危岩体关键部位--岩桥，从而破坏岩桥区域原有应力状态，对危岩体稳定性造成进一步损伤。
（3）在现有地质灾害监测预警领域，预警阈值的确定一直是困扰工程师的难题，阈值的选取直接决定了预警准确性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端。
本发明是这样实现的，一种陡崖高位危岩体监测及预警方法，包括：通过对陡崖危岩体控制裂隙和/或结构面的测绘，判断危岩体潜在失稳模式并确定危岩体岩桥；在危岩体岩桥两侧侧方母岩上布设声发射监测孔，孔内布设声发射监测传感器，将监测孔孔口封闭；声发射监测传感器将监测到的声发射信号通过信号线、采集仪、数据传输系统传输至主机，实现对对危岩体裂隙扩展和贯通过程中引起的应力变化导致的破裂事件进行实时动态监测。根据现场岩体破坏试验，确定危岩体失稳演化不同阶段声发射事件特征曲线并设置合理阈值，实现危岩体稳定状态的监测预警。
进一步，陡崖高位危岩体监测及预警方法包括以下步骤：
步骤一，对危岩体结构产状进行测绘，查清危岩体控制裂隙和/或结构面产状、贯通情况以及危岩体体积，判断危岩体潜在失稳模式，根据危岩体潜在失稳模式划定危岩体关键部位--岩桥；
步骤二，在危岩体岩桥区域的左右两侧侧方母岩上布设声发射监测孔；在监测孔中布设声发射监测传感器，布设完成后将监测孔孔口封闭；
步骤三，选取危岩体母岩上同类型岩性的稳定岩体区域，切割形成岩腔和岩柱，采用千斤顶逐级加压至岩柱完全破裂。千斤顶加压过程中，使用事先布置在岩柱附近的试验用监测孔监测加压开始至完全破裂全过程声发射事件数特征曲线，进一步选取合适的监测预警阈值。
步骤四，采用声发射实时采集监测系统，对危岩体裂隙扩展和贯通过程中引起的应力变化导致的破裂事件进行动态监测，通过设置预警阈值，实现对危岩体稳定状态的监测预警。
进一步，步骤一中的危岩体潜在失稳模式包括坠落式、倾倒式和滑移式。危岩体潜在失稳模式的判定根据控制裂隙产状、贯通情况以及危岩体临空面情况确定，判定过程中区分控制性裂隙和侧向切割裂隙面的区别。其中，坠落式危岩体岩桥位于危岩体与母岩接触的上部区域，危岩体下部临空，且存在卸荷裂隙，危岩体后部裂隙在危岩体上部未贯通；倾倒式、滑移式危岩体岩桥位于危岩体与母岩接触的下部区域，上部张拉裂隙发育，裂隙在危岩体下部未贯通。
进一步，步骤二中的声发射监测孔的深度根据监测危岩体体积、岩桥长度、控制裂隙面深度以及施工作业条件确定，监测孔孔深的设计原则为使得岩桥区域声发射破裂事件被声发射传感器接收。
进一步，步骤二中，每个监测孔内布置1~3个声发射监测传感器。
进一步，步骤三中，岩腔大小满足安放千斤顶且方便操作为准，岩柱截面大小以10~15cm为宜，岩腔及岩柱深度约15cm~20cm。
进一步，步骤三中，试验用监测孔距岩柱的距离与危岩体监测孔距岩桥距离近似相等。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的陡崖高位危岩体监测及预警方法的陡崖高位危岩体监测及预警系统，陡崖高位危岩体监测及预警系统包括：
危岩体测绘模块，用于通过对陡崖危岩体控制裂隙和/或结构面进行测绘，判断危岩体潜在失稳模式并确定危岩体岩桥区域；
传感器布设模块，用于在危岩体岩桥两侧侧方母岩上布设声发射监测孔，孔内布设声发射监测传感器，并将监测孔孔口封闭；
危岩体监测预警模块，用于根据危岩体失稳演化不同阶段声发射事件特征值设置合理阈值，采用声发射实时监测系统对危岩体裂隙扩展和贯通过程中引起的应力变化导致的破裂事件进行实时动态监测，实现对危岩体稳定状态的监测预警。
进一步，声发射实时监测系统由声发射传感器、信号线、采集仪、电源、数据传输系统和主机构成；其中，传感器监测的声发射信号经信号线传输至采集仪；采集仪外接电源供电，并通过数据传输系统传输给主机。
主机用于监测数据处理、存储、查询、调用、统计和分析，根据预先设置的阈值，从而实现对危岩体稳定状态的连续监测及预警。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的陡崖高位危岩体监测及预警方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的陡崖高位危岩体监测及预警方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述的陡崖高位危岩体监测及预警系统。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一，本发明提供的陡崖高位危岩体监测及预警方法，通过对陡崖危岩体控制裂隙（结构面）产状及贯通情况、危岩体体积等测绘，判断危岩体潜在失稳模式并确定危岩体关键部位--岩桥；在危岩体岩桥两侧侧方母岩上布设声发射监测孔，孔内布设声发射监测传感器，并将监测孔孔口封闭；根据危岩体失稳演化不同阶段声发射事件对应阈值，采用声发射实时监测系统对危岩体裂隙扩展和贯通过程中引起的应力变化导致的破裂事件进行动态监测，实现对危岩体稳定状态的监测预警。本方法既可捕捉危岩体失稳破裂的前兆信号，又可有效避免对危岩体原有应力状态的破坏，提高了危岩体监测预警的准确性和安全性。
第二，本发明提供的陡崖高位危岩体监测及预警方法，利用声发射监测手段，克服了传统地灾（岩土）工程领域常规监测手段的不足，将危岩体微破裂过程中产生的声发射事件通过在岩桥侧方母岩上布设的声发射监测孔监测岩桥区域裂隙扩展和贯通过程中应力的变化，从而实现了对危岩体稳定状态的监测。利用现场破坏试验得到危岩体失稳演化不同阶段声发射特征曲线，确定合理的监测预警阈值实现对危岩体稳定状态的监测预警。
本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：第一方面，本技术方案在监测点位的布置方面，首次提出将监测点位布置在危岩体岩桥区域母岩上的概念，属于技术理念上的创新。第二方面，本技术方案在监测阈值的确定方面，提出了一种有效的现场试验方法，在声发射监测预警阈值的确定方面是首次提出，属于大胆尝试和创新。第三方面，本技术方案克服了常规地表位移监测手段（如三维激光扫描仪、测量机器人、GNSS）受观测天气、观测仪器测量误差等影响，往往难以捕捉到危岩体失稳的前兆信号，或是监测到失稳信号的同时立即伴随着危岩体失稳事件的发生（如裂缝变形监测），难以达到提前预警的目的。第四方面，本技术方案克服了应力应变监测手段实施过程中对岩桥区域原有应力状态的破坏，避免对危岩体稳定性造成进一步损伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述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是本发明实施例提供的陡崖高位危岩体监测及预警方法流程图；
图2是本发明实施例提供的倾倒式危岩体监测预警的监测孔布置图；
图3是本发明实施例提供的坠落式危岩体监测预警的监测孔布置图；
图4是本方面实施例提供的声发射预警阈值现场试验图；
图5是本发明实施例提供的危岩体监测预警阈值示意图；
图6是本发明实施例提供的声发射实时监测系统结构示意图；
图7是本发明实施例提供的某公路隧道口上方高位陡崖危岩块体测绘示意图；
图8是本发明实施例提供的某公路隧道口上方高位陡崖危岩块体监测预警孔布置示意图。
图中：1、岩桥；2、监测孔；3、岩腔；4、岩柱；5、千斤顶；6、声发射传感器；7、信号线；8、采集仪；9、电源；10、数据传输系统；11、主机。
实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的陡崖高位危岩体监测及预警方法包括以下步骤：
S101，通过对陡崖危岩体控制裂隙和/或结构面的测绘，判断危岩体潜在失稳模式并确定危岩体关键部位--岩桥；
S102，在危岩体岩桥两侧侧方母岩上布设声发射监测孔，孔内布设声发射监测传感器，并将监测孔孔口封闭；
S103，选取危岩体母岩上同类型岩性的稳定岩体区域，切割形成岩腔和岩柱，采用千斤顶逐级加压至岩柱完全破裂。使用事先布置在岩柱附近的试验用监测孔监测加压开始至完全破裂全过程中声发射事件数特征曲线，进一步确定合适的监测预警阈值。
S104，采用声发射实时采集监测系统，对危岩体裂隙扩展和贯通过程中引起的应力变化导致的破裂事件进行动态监测，通过设置预警阈值，实现对危岩体稳定状态的监测预警。
作为优选实施例，本发明实施例提供的陡崖高位危岩体监测及预警方法，具体包括以下步骤：
（1）对危岩体结构产状进行测绘，查清危岩体控制裂隙（结构面）产状及贯通情况、危岩体体积等，判断危岩体潜在失稳模式，根据危岩体潜在失稳模式划定危岩体关键部位--岩桥。
其中，危岩体潜在失稳模式常见坠落式、倾倒式或滑移式。危岩体失稳模式的判定根据控制裂隙产状及贯通情况确定，判定过程中应注意区分控制性裂隙和侧向切割裂隙面的区别。坠落式危岩体岩桥一般位于危岩体与母岩接触的上部区域，危岩体下部临空，且存在卸荷裂隙，裂隙在危岩体上部未贯通。倾倒式、滑移式危岩体岩桥一般位于危岩体与母岩接触的下部区域，上部张拉裂隙发育，裂隙在危岩体下部未贯通。
如图2~图3所示，本发明实施例通过对危岩体进行测绘，查清查清危岩体控制裂隙（结构面）产状及贯通情况、危岩体体积等，判断危岩体潜在失稳模式为倾倒式破坏或坠落式破坏（滑移式破坏岩桥分布区域与倾倒式相近，不单独作图示意），划定岩桥1分布的区域范围。
（2）在危岩体岩桥的两侧侧方母岩上布设4~8个声发射监测孔。
其中，本发明实施例提供的声发射监测孔布设位置一般选取岩桥区域左右两侧母岩上，每侧竖向布置2~4个监测孔，监测孔孔距一般2~3m为宜。监测孔布设施工确保不破坏危岩体岩桥原有应力状态。
声发射监测孔的深度应根据所监测危岩体体积、岩桥长度、控制裂隙面深度、施工作业条件等确定。监测孔孔深的设计原则一般保证岩桥区域声发射破裂事件能被声发射传感器接收。为保证接收效果，对于控制裂隙面较深的危岩体，一个监测孔内可安装多个声发射监测传感器。
（3）在监测孔中布设声发射监测传感器，每个监测孔内布置1~3个声发射监测传感器，布设完成后将监测孔孔口封闭，具体包括：
如图2~图3所示，本发明实施例在危岩体岩桥1左右两侧布置监测孔2，监测孔孔距及数量以能覆盖并接收岩桥破裂事件确定；在监测孔2内安装传感器6。
声发射监测孔安装声发射监测传感器后，对监测孔孔口进行封堵，降低环境噪音干扰保证声发射信号的接收效果。
在选取危岩体母岩上同类型岩体的稳定区域，切割形成岩腔和岩柱，采用千斤顶逐级加压至岩柱完全破裂。使用事先布置在岩柱附近的试验用监测孔监测加压开始至完全破裂全过程中声发射事件数特征曲线，具体包括：
如图4所示，本发明实施例在危岩体母岩稳定区域采用小孔径水磨钻切割形成岩腔3和岩柱4，在岩腔3内安装千斤顶5。在岩柱附近布设一个试验监测孔2，孔内安装声发射监测传感器6，监测加压开始至完全破裂全过程中声发射事件数。
如图5所示，本发明实施例通过现场声发射破坏试验得到危岩体破裂声发射特征曲线，进一步选取合适的监测预警阈值。
（4）采用声发射实时采集监测系统，对危岩体裂隙扩展和贯通过程中引起的应力变化导致的破裂事件进行动态监测，通过设置预警阈值，实现对危岩体稳定状态的监测预警。
本发明实施例提供的陡崖高位危岩体监测及预警系统包括：
危岩体测绘模块，用于通过对陡崖危岩体控制裂隙和/或结构面进行测绘，判断危岩体潜在失稳模式并确定危岩体岩桥；
传感器布设模块，用于在危岩体岩桥两侧侧方母岩上布设声发射监测孔，孔内布设声发射监测传感器，并将监测孔孔口封闭；
危岩体监测预警模块，用于根据危岩体失稳演化不同阶段声发射事件对应阈值，采用声发射实时监测系统对危岩体裂隙扩展和贯通过程中引起的应力变化导致的破裂事件进行动态监测，实现对危岩体稳定状态的监测预警。
如图6所示，本发明实施例提供的声发射实时监测系统由声发射传感器6、信号线7、采集仪8、电源9、数据传输系统10、主机11等构成。其中，传感器6监测的声发射信号经信号线7传输至采集仪8，采集仪8外接电源9供电，并通过数据传输系统10传输给主机11；主机11用于监测数据处理、存储、查询、调用、统计和分析等，根据预先设置的阈值，从而实现对危岩体稳定状态的连续监测及预警。
如图5所示，本发明实施例利用声发射传感器6采集的声发射信号通过信号线7传送给采集仪8，采集仪8通过数据传输系统10传输给监测主机11，采集仪8采用外接电源9进行供电。
为方便清晰描述和阐释本项发明的目的、技术方案特征和优点，以下湖北宜昌某公路隧道口上方约32m处高位危岩块体为例进行分析。
1）对该危岩体进行测绘
如图7所示，该区域地层为厚层状灰岩，底部已经临空。主要发育有五条裂隙面：①产状85°∠6°，长约6m，裂面平直粗糙，张开状，面附钙质。②产状220°∠70~82°，长约10~12m，裂面较平直，粗糙，不连续张开，张开最大宽度3cm，大部充填灰黄色钙质，向山顶延伸。③产状200°∠80°，长约10m，裂面起伏粗糙，大部为张开状，局部闭合，裂面附钙质。④产状135°∠85°，长约10m，裂面较平直粗糙，不连续张开，最大张开宽度8cm，局部无充填，大部分充填灰黄色泥钙质。⑤产状200°∠80°，可见长度2.5m，裂面较平直粗糙，张开状，张开宽约2cm，裂面附泥钙质。其中①②裂隙为控制性裂缝，拉裂缝一般宽3~5cm，其余为切割裂缝。
根据测算，危岩体长6~9m，高约10m，最薄处0.5m，最厚处约3m，平面面积约62m2，体积约95m3。该危岩体失稳模式为典型的坠落式失稳，岩桥位于危岩体上方区域，如图8所示。
2）监测孔及传感器布设安装
考虑到危岩体高约10m，上部岩桥延伸长度约6m左右，根据声发射传感器监测范围以及监测效果，在危岩体岩桥区域的左右两侧侧方母岩上自上而下布设3个监测孔总共6个，监测孔孔距2m。
考虑到本危岩体控制裂隙面深度约0.5m~3m，且钻孔施工作业困难，综合确定声发射监测孔孔深设计1.0m，孔内安装1个声发射监测传感器，岩桥区域声发射破裂事件能被声发射传感器接收，保证监测效果。
声发射监测孔安装声发射监测传感器后，采用防火泥等封堵材料对监测孔孔口进行封堵，降低环境噪音干扰保证声发射信号的接收效果。
3）现场监测预警值的确定
现场陡崖下方选取危岩体母岩上同类型岩性的稳定岩体区域，采用小孔径水磨钻切割形成岩腔和岩柱，岩腔大小满足安放千斤顶且方便操作为准，长宽各约30cm，岩柱截面大小10cm，岩腔及岩柱深度约15cm。采用千斤顶逐级加压至岩柱完全破裂，为了防止加压过程中应力集中导致岩柱局部受力破坏，可在千斤顶头部加垫钢板。千斤顶加压过程中，使用事先布置在岩柱附近的试验用监测孔监测加压开始至完全破裂全过程声发射事件数特征曲线，试验用监测孔距岩柱的距离L与危岩体监测孔距岩桥距离近似相等。根据声发射监测特征曲线选取合适的监测预警阈值。
4）根据危岩体失稳演化不同阶段声发射事件对应阈值，对危岩体破裂事件进行动态监测，实现危岩体的监测预警。
在预警监测系统中根据破坏特征值设置合适的预警阈值，当监测数据超过该阈值，即进行自动预警。
如表1所示，在监测效果方面，本实施例采用的声发射监测手段可以捕捉到岩体破裂失稳前兆信号，而地表位移监测受观测前期、仪器测量误差等影响往往难以捕捉到前兆失稳信号。应力应变监测可以捕捉到前兆失稳信号，但必须将传感器埋入危岩体关键部位从而破坏危岩体原有应力状态。
在监测点布置方面，本实施例布置在危岩体岩桥区域两侧母岩上，对危岩体的监测为无损方式。而地表位移监测须布置在危岩体表面、应力应变监测须布置在危岩体岩桥等应力集中区域，均对危岩体稳定性造成不同程度的破坏。
在预警阈值确定方面，本实施例设计了一种现场破坏试验方法，模拟危岩体失稳破坏过程并获取失稳破坏声发射特征曲线，从而确定合理的预警阈值。而地表位移监测或应力应变监测方式难以通过现场试验确定监测阈值。
表1 不同监测方式对比分析
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种陡崖高位危岩体监测及预警方法，其特征在于，包括：
通过对陡崖危岩体控制裂隙和/或结构面的测绘，判断危岩体潜在失稳模式并确定危岩体岩桥；在危岩体岩桥两侧侧方母岩上布设声发射监测孔，孔内布设声发射监测传感器，将监测孔孔口封闭；根据危岩体失稳演化不同阶段声发射事件对应阈值，对危岩体裂隙扩展和贯通过程中引起的应力变化导致的破裂事件进行动态监测，实现陡崖高位危岩体稳定状态的监测预警。
2.如权利要求1所述的陡崖高位危岩体监测及预警方法，其特征在于，陡崖高位危岩体监测及预警方法包括以下步骤：
步骤一，对危岩体结构产状进行测绘，查清危岩体控制裂隙和/或结构面产状、贯通情况以及危岩体体积，判断危岩体潜在失稳模式，根据危岩体潜在失稳模式划定危岩体关键部位--岩桥；
步骤二，在危岩体岩桥区域的左右两侧侧方母岩上布设声发射监测孔；在监测孔中布设声发射监测传感器，布设完成后将监测孔孔口封闭；
步骤三，选取危岩体母岩上同类型岩性的稳定岩体区域，切割形成岩腔和岩柱，采用千斤顶逐级加压至岩柱完全破裂；通过试验用监测孔监测得到声发射事件数特征曲线，确定监测预警阈值；
步骤四，采用声发射监测系统对危岩体裂隙扩展和贯通过程中引起的应力变化导致的破裂事件进行动态监测，通过设置的阈值，实现危岩体的监测预警。
3.如权利要求2所述的陡崖高位危岩体监测及预警方法，其特征在于，步骤一中的危岩体潜在失稳模式包括坠落式、倾倒式和滑移式；危岩体潜在失稳模式的判定根据控制裂隙产状以及贯通情况确定，判定过程中区分控制性裂隙和侧向切割裂隙面的区别；其中，坠落式危岩体岩桥位于危岩体与母岩接触的上部区域，危岩体下部临空，且存在卸荷裂隙，危岩体后部裂隙在危岩体上部未贯通；倾倒式、滑移式危岩体岩桥位于危岩体与母岩接触的下部区域，上部张拉裂隙发育，裂隙在危岩体下部未贯通。
4.如权利要求2所述的陡崖高位危岩体监测及预警方法，其特征在于，步骤二中的声发射监测孔的深度根据监测危岩体体积、岩桥长度、控制裂隙面深度以及施工作业条件确定，监测孔孔深的设计原则为使得岩桥区域声发射破裂事件被声发射传感器接收。
5.如权利要求2所述的陡崖高位危岩体监测及预警方法，其特征在于，步骤二中，每个监测孔内布置1~3个声发射监测传感器。
6.如权力要求2所述的陡崖高位危岩体监测及预警方法，其特征在于，步骤三中，在危岩体母岩上选取同类岩性稳定岩体，切割形成岩腔和岩柱，旁边布置试验监测孔，利用千斤顶顶压岩柱至破坏，获取声发射监测特征曲线。
7.一种应用如权利要求1~6任意一项所述的陡崖高位危岩体监测及预警方法的陡崖高位危岩体监测及预警系统，其特征在于，陡崖高位危岩体监测及预警系统包括：
危岩体测绘模块，用于通过对陡崖危岩体控制裂隙和/或结构面进行测绘，判断危岩体潜在失稳模式并确定危岩体岩桥；
传感器布设模块，用于在危岩体岩桥两侧侧方母岩上布设声发射监测孔，孔内布设声发射监测传感器，并将监测孔孔口封闭；
危岩体监测预警模块，用于根据危岩体失稳演化不同阶段声发射事件对应阈值，采用声发射实时监测系统对危岩体裂隙扩展和贯通过程中引起的应力变化导致的破裂事件进行动态监测，实现对危岩体稳定状态的监测预警。
8.如权利要求7所述的陡崖高位危岩体监测及预警系统，其特征在于，声发射实时监测系统由声发射传感器、信号线、采集仪、电源、数据传输系统和主机构成；传感器监测的声发射信号经信号线传输至采集仪；采集仪外接电源供电，并通过数据传输系统传输给主机；
主机用于监测数据处理、存储、查询、调用、统计和分析，根据预先设置的阈值，从而实现对危岩体稳定状态的连续监测及预警。
9.一种计算机设备，其特征在于，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1~5任意一项所述的陡崖高位危岩体监测及预警方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1~6任意一项所述的陡崖高位危岩体监测及预警方法的步骤。
CN202310696220.1A 2023-06-13 2023-06-13 一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端 Active CN116448883B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310696220.1A CN116448883B (zh) 2023-06-13 2023-06-13 一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310696220.1A CN116448883B (zh) 2023-06-13 2023-06-13 一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116448883A true CN116448883A (zh) 2023-07-18
CN116448883B CN116448883B (zh) 2023-09-26

Family

ID=87132359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310696220.1A Active CN116448883B (zh) 2023-06-13 2023-06-13 一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116448883B (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100903949B1 (ko) * 2008-05-09 2009-06-25 한국지질자원연구원 지반구조물의 파괴 예측방법
WO2010086584A2 (en) * 2009-01-29 2010-08-05 Loughborough University Apparatus and method for monitoring soil slope displacement rate by detecting acoustic emissions
KR101433787B1 (ko) * 2013-04-18 2014-08-27 한국원자력연구원 음향방출기법을 이용한 현장암반의 손상도 추정 시스템 및 그 추정 방법
CN105181437A (zh) * 2015-06-08 2015-12-23 成都理工大学 含裂隙岩体拉剪断裂的模拟试验装置
CN105319130A (zh) * 2015-09-18 2016-02-10 山东大学 一种测试节理岩体压剪性能的试验方法
CN105781620A (zh) * 2016-04-26 2016-07-20 北京科技大学 基于巷道围岩破裂辅助孔监测的动力灾害预警方法
CN205714288U (zh) * 2016-04-26 2016-11-23 北京科技大学 基于巷道围岩破裂辅助孔监测的动力灾害预警系统
CN207601015U (zh) * 2017-12-14 2018-07-10 成都众柴科技有限公司 一种声发射边坡岩体稳定性实时在线监测系统
CN111811345A (zh) * 2020-06-29 2020-10-23 湖南省交通规划勘察设计院有限公司 用于降低公路欠稳的陡坡危岩体灾变风险的破石方法
CN111967378A (zh) * 2020-08-14 2020-11-20 广西大学 拉剪倾倒式岩溶危岩失稳预警的声发射多前兆方法及装置
CN113688460A (zh) * 2021-08-31 2021-11-23 中铁二院工程集团有限责任公司 一种确定崩塌区铁路空间线位的方法
CN113724480A (zh) * 2021-08-27 2021-11-30 吉林大学 高铁运行对隧道口上方超高陡危岩影响的监测预警系统
WO2022116229A1 (zh) * 2020-12-04 2022-06-09 东北大学 一种基于真三轴应力下的微波智能加载致裂硬岩试验系统
CN116224464A (zh) * 2023-03-16 2023-06-06 湖南大学 一种深部地下工程不稳定围岩氡气在线监测方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100903949B1 (ko) * 2008-05-09 2009-06-25 한국지질자원연구원 지반구조물의 파괴 예측방법
WO2010086584A2 (en) * 2009-01-29 2010-08-05 Loughborough University Apparatus and method for monitoring soil slope displacement rate by detecting acoustic emissions
KR101433787B1 (ko) * 2013-04-18 2014-08-27 한국원자력연구원 음향방출기법을 이용한 현장암반의 손상도 추정 시스템 및 그 추정 방법
CN105181437A (zh) * 2015-06-08 2015-12-23 成都理工大学 含裂隙岩体拉剪断裂的模拟试验装置
CN105319130A (zh) * 2015-09-18 2016-02-10 山东大学 一种测试节理岩体压剪性能的试验方法
CN205714288U (zh) * 2016-04-26 2016-11-23 北京科技大学 基于巷道围岩破裂辅助孔监测的动力灾害预警系统
CN105781620A (zh) * 2016-04-26 2016-07-20 北京科技大学 基于巷道围岩破裂辅助孔监测的动力灾害预警方法
CN207601015U (zh) * 2017-12-14 2018-07-10 成都众柴科技有限公司 一种声发射边坡岩体稳定性实时在线监测系统
CN111811345A (zh) * 2020-06-29 2020-10-23 湖南省交通规划勘察设计院有限公司 用于降低公路欠稳的陡坡危岩体灾变风险的破石方法
CN111967378A (zh) * 2020-08-14 2020-11-20 广西大学 拉剪倾倒式岩溶危岩失稳预警的声发射多前兆方法及装置
WO2022116229A1 (zh) * 2020-12-04 2022-06-09 东北大学 一种基于真三轴应力下的微波智能加载致裂硬岩试验系统
CN113724480A (zh) * 2021-08-27 2021-11-30 吉林大学 高铁运行对隧道口上方超高陡危岩影响的监测预警系统
CN113688460A (zh) * 2021-08-31 2021-11-23 中铁二院工程集团有限责任公司 一种确定崩塌区铁路空间线位的方法
CN116224464A (zh) * 2023-03-16 2023-06-06 湖南大学 一种深部地下工程不稳定围岩氡气在线监测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
易武等: "岩质边坡声发射特征及失稳预报判据研究", 岩土力学, vol. 28, no. 12, pages 2529 - 2533 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116448883B (zh) 2023-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110424949B (zh) 煤层瓦斯参数随钻快速测试的反演计算方法
Martino et al. Excavation-induced damage studies at the underground research laboratory
CN110174463B (zh) 一种工作面三向采动应力场的无损定量测试方法
CA2997155C (en) Sound level meter-based tunnel roof rock protodyakonov coefficient detecting-while-drilling apparatus and method
WO2018103324A1 (zh) 基于激光测距仪的巷道顶板岩体质量等级的随钻探测装置及方法
Liu et al. Fractal characterization for the mining crack evolution process of overlying strata based on microseismic monitoring technology
CN104931353B (zh) 煤柱塑性区测试方法和测试装置
CN104500139A (zh) 一种基于声发射技术的矿井灾害防治系统及其实现方法
CN111042866A (zh) 一种多物理场协同的突水监测方法
CN114352299B (zh) 一种深埋长隧洞tbm施工条件下并行超前超深地质预报方法
CN111551985A (zh) 一种基于桩锤激震和k近邻算法的地下溶洞探测方法
CN116448883B (zh) 一种陡崖高位危岩体监测及预警方法、系统、设备及终端
Yu et al. Multivariate early warning method for rockburst monitoring based on microseismic activity characteristics
CN106032750B (zh) 一种基于钻探能谱的地质编录仪
CN110579194B (zh) 沿空巷道侧向基本顶岩梁断裂位置的现场测试方法及应用
CN108414724B (zh) 地下工程围岩分区弱化快速定量检测方法、系统和设备
CN108278109B (zh) 地下工程弱化围岩加固时机确定方法、设备和系统
CN115356767B (zh) 基于区域分割提高微震定位与波速反演精度的方法及装置
CN115711157A (zh) 基于采动磁场分布式监测的煤层突出危险区域识别方法
CN108760035A (zh) 一种隧道近距下穿斜坡建筑物的爆破振动测试及安全评价方法
CN205157496U (zh) 隧道基底检测系统
CN110502794B (zh) 一种大型缓倾角软弱结构面下部围岩高地应力集中带破坏模式的预测方法
CN118010102B (zh) 顶板微变形与煤体应力协同监测的灾害预警方法及装置
CN113532371B (zh) 一种巷道围岩绝对变形量动态监测方法
JP2543778B2 (ja) 地盤の液状化防止装置

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant