[发明专利]一种基于断裂力学的危岩崩塌预警方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于断裂力学的危岩崩塌预警方法与系统，根据裂缝开度监测图像与裂缝深度监测图像分别提取危岩的裂缝开度与危岩的裂缝深度，并计算断裂力学COD判据，COD是指裂缝闭合端面上二裂缝面间的裂缝张开位移δ，将裂缝张开位移δ与裂缝张开位移临界值δ_c进行比较，若δ≥δ_c表明裂缝将发生扩展，危岩存在断裂风险，则发出危岩崩塌预警信息。一种基于断裂力学的危岩崩塌预警系统，包括用于实时采集裂缝监测图像的数据采集系统，数据采集系统通过数据传输装置远程传输裂缝监测图像至远程监控中心；远程监控中心中配置图像处理程序与崩塌预警程序。本发明从危岩形成与发展的本质入手，解决如何提高危岩崩塌预警的准确性和实时性的技术问题。

技术领域

本发明涉及危言崩塌预警技术领域。

背景技术

西南地区由于地质条件限制，危岩崩塌等地质灾害频发。危岩崩塌作为最常见的地质灾害之一，由于其突发性强、分布范围广、致灾能力强和一定的隐蔽性等特点，常常会对交通设施、城镇和矿区等造成较大的危害，也严重威胁着人民的生命财产安全。西南地区危岩众多，如何选择经济、安全合理的监测装置对危岩进行实时监控，并及时预警，使危岩崩塌得到科学的预防，进而保障交通设施的安全通畅，保障人民群众生命财产不受威胁。目前，危岩崩塌预警装置及方法有基于多时间序列的深度学习危岩变形预测方法及装置；基于计算机视觉的危岩崩塌监控方法；基于深度学习技术的危岩失稳模式判别方法及装置等。这些方法或装置基本是通过采集危岩图像，根据危岩特征对图像进行识别，形成危岩特征识别系统，最终对危岩变形、崩塌等进行预测。但这些方法均依赖视频序列图像，需要比较当前时刻和上一时刻的图像来对特征参数进行识别，如危岩关键点的位移，危岩体变形量等；既比较耗时，又不能准确反应危岩崩塌的本质。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于断裂力学的危岩崩塌预警方法与系统，解决如何提高危岩崩塌预警的准确性和实时性的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种基于断裂力学的危岩崩塌预警方法，包括以下步骤：

实时获取危岩的裂缝监测图像，包括裂缝开度监测图像与裂缝深度监测图像；

根据所述裂缝开度监测图像与裂缝深度监测图像分别提取危岩的裂缝开度与危岩的裂缝深度；裂缝开度是指裂缝在裂缝开口端面上的宽度；裂缝深度是指从裂缝开口端面到裂缝闭合端面的距离；

计算断裂力学COD判据，COD是指裂缝闭合端面上二裂缝面间的裂缝张开位移δ，根据危岩的裂缝开度V与危岩的裂缝深度a计算裂缝张开位移δ，按如下公式：

式中，V为危岩的裂缝开度；a为危岩的裂缝深度；W为危岩体厚度，r_p为塑性转动因子；

将裂缝张开位移δ与裂缝张开位移临界值δ_c进行比较，若δ≥δ_c表明裂缝将发生扩展，危岩存在断裂风险，则发出危岩崩塌预警信息。

进一步的，通过如下方式确定所监测危岩的裂缝张开位移临界值δ_c：

就地提取所监测危岩的岩样，通过COD试验确定岩样的裂缝极限张开位移作为所述裂缝张开位移临界值δ_c：

式中，K是由试验荷载依照线弹性理论计算而来；V_p是夹式引伸计口端的张开位移；l表示岩样的裂缝深度；H表示岩样的厚度；σ_Y表示岩样受到的外加应力，ν表示岩样的泊松比，E表示岩样的弹模，r_p表示塑性转动因子，Z表示试验所用引伸计的厚度。