[发明专利]一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期预警方法

说明书

本发明提供了一种基于冲击能量指标的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、振动绝对均值、方差和峭度指标四种时域动力学指标；计算岩体中的冲击能量指标；通过所述时域动力学指标和冲击能量指标对崩塌灾害进行预警分析。

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，涉及一种基于 冲击能量指标的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，本发明提供一种基于冲击能量指标的岩体崩塌早期 预警方法，为岩体崩塌的早期预警提供一种新的参考指标-冲击能量指标， 从而提高预警时效性、准确性与可实施性。

一种基于冲击能量指标的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 形图中计算提取最大振动幅值、振动绝对均值、方差、和峭度指标四种时 域动力学指标；计算岩体中的冲击能量指标；通过所述时域动力学指标和 冲击能量指标对崩塌灾害进行预警分析。

进一步地，所述最大振动幅值x_p通过以下方法计算：

x_p＝max|x_i|；其中，x_i为不同时刻的振动幅值。

进一步地，所述振动绝对均值x_av通过以下方法计算：

其中，x_i为不同时刻的振动幅值，N为监测样本数。

进一步地，所述方差D_x通过以下方法计算：

其中，x_i为不同时刻的振动幅值，x_av为振动绝对均值，N为监测样本 数。

进一步地，所述峭度指标β通过以下方法计算：

其中，x_i为不同时刻的振动幅值，x_av为振动绝对均值，D_x为方差，N 为监测样本数。

进一步地，所述冲击能量指标E_i通过以下方法计算：

其中，其中，x_p为最大振动幅值，β为峭度指标，c为转换系数，m 为激活质量，E_t为激活质量m产生的动能。

进一步地，所述转换系数c为最大峭度指标β的倒数。

进一步地，所述冲击能量指标E_i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：