[发明专利]开挖扰动岩质边坡失稳预警系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种开挖扰动条件下岩质边坡失稳预警系统及方法，其属于重大岩土工程领域。

背景技术

作为边坡工程学的两个的两个重要分支之一，岩质边坡在宏观破坏前变形小，表面位移不明显。目前边坡变形主要监测方法有：坡表测量、坡体内部测量、位移计、红外遥感技术，激光微小位移监测技术、光纤位移测量等。近年来由于安全监测的尺度更大、范围更广使得GPS、GIS和INSAR等新型监测技术手段广泛应用于边坡监测中。无论是GPS系统、红外遥感，还是光纤位移测量等监测技术，大多数都是对可能发生边坡失稳的部位进行边坡表面位移监测，这些监测技术对失稳前具有较大位移的土质边坡较为有效；而对失稳前兆不明显的岩质边坡而言，当监测到岩质边坡表面发生变形位移时，其内部可能早已经发生破坏，岩质边坡失稳的前兆信息，即：微震活动(岩体微破裂)可通过微震监测进行实时有效监测。

由于大尺度开挖扰动效应，岩体内的应力平衡被打破、进行应力重新调整，该过程中会在岩体内形成大量的微细裂纹。裂纹的扩展、汇聚是岩质边坡灾变失稳的主要诱因。当岩体中的裂纹产生、扩展、摩擦时，内部积聚的能量便以应力波的形式释放，产生微震事件，并通过P波和S波的形式传播。微震监测系统通过地震检波器或加速度传感器就可以将接收的波形转化成电信号并经数据采集系统转换成数据信号，借助专业化的数据处理软件，就能够实现在三维空间中实时准确地确定岩体中微震事件发生的时间、位置、量级(即：时空强三要素)，从而对岩体受力破坏的活动范围、稳定性及其发展趋势做出定性、定量评价。因此，采用微震系统捕捉岩体失稳前兆信息，对岩质边坡灾变过程进行监测、预警是可行的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种开挖扰动条件下岩质边坡失稳预警系统及方法，该系统可提供有效的边坡失稳预警，对岩质边坡在开挖扰动下的灾变过程进行监测、预警，以便采取相应的治理措施，有效防止边坡失稳重大灾害事故的发生。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种开挖扰动岩质边坡失稳预警系统，该系统包括微震监测系统、网络传输系统、虚拟现实系统、数值计算分析系统和预警预报分析系统；

微震监测系统用于现场24小时连续采集微震数据，并且监视微震监测系统是否正常运行，所述微震数据包括对开挖过程中边坡岩体受应力扰动损伤、破坏过程中能量、时空位置信息的定位；

网络传输系统用于微震监测设备将采集到的微震数据通过GPRS网络及时发送到远程数据分析中心的服务器，实现对微震数据的及时管理和分析；

数值计算分析系统用于对地质力学模型进行计算分析，对开挖诱发的高应力区进行模拟分析与预测，实现与微震数据的互馈分析，根据变形加速及应力迁移特征，初步标定滑坡危险区域；

虚拟现实系统用于对边坡整个开挖过程的三维虚拟显示，包括围岩的变形演化、应力迁移、微震事件及能量的三维空间分布；

预警预报分析系统综合分析微震监测系统、网络传输系统、虚拟现实系统、数值计算分析系统的结果，建立基于微震监测和数值模拟的岩质边坡失稳预警方法，形成基于微震监测和数值模拟的实时边坡失稳危险性评价系统。

所述的开挖扰动岩质边坡失稳预警系统，微震监测系统包括微震监测硬件和微震监测软件；微震监测硬件包括微震传感器、电缆、光纤、GPS天线、授时服务器、时间信号接收器和机架式WatchDog；微震监测软件包括HNAS软件、HNAS Ring Buffer软件、Achiever软件、Seismic Database软件、WaveVis软件、SeisVis软件、SeisProcTree软件和PalDiagonstics软件。

所述的开挖扰动岩质边坡失稳预警系统，网络传输系统包括网络传输硬件和网络传输软件；网络传输硬件由服务器、RS232接口、数据传输单元DTU、区域监控站DSS、服务GPRS支持节点SGSN、防火墙、路由器、APN接入路由器、网关GPRS支持节点GGSN和调制解调器ADSLMODEM组成；网络传输软件包括相关驱动软件、加密软件及其序列号。

所述的开挖扰动岩质边坡失稳预警系统，数值计算分析系统包括数值计算分析硬件和数值计算分析软件；数值计算分析硬件为高性能计算机，数值分析软件包括用于微震数据显示的MMS-View显示系统和用于边坡整体三维地质力学模型的应力场分析、考虑微震损伤效应的边坡稳定性分析的数值计算程序。