[发明专利]倾倒式危岩的岩腔风化深度监测系统与崩塌预警方法

说明书

本发明涉及危岩崩塌预警技术领域，公开了一种倾倒式危岩的岩腔风化深度监测系统与崩塌预警方法，包括激光雷达、反光圆柱、本地控制器、远程通信模块与远程监测中心；岩腔风化深度表征了岩腔风化的变化程度。本发明巧妙的将岩腔风化深度的监测转化为反光圆柱出露长度增量的监测，并利用激光雷达进行高精度检测，将出露长度的检测转化为角度检测，从而能够长期稳定的对岩腔风化深度进行监测。本发明能够利用反光圆柱的风化后出露长度来自动判断危岩体重心与倾覆点的位置关系，从而随着风化的进行，能够自动切换稳定性系数计算公式，克服了现有技术需要人工判断危岩体重心与倾覆点的位置关系的缺陷。

技术领域

本发明涉及危岩崩塌预警技术领域。

背景技术

危岩崩塌灾害是我国山区三大地质灾害之一，是指能以倾倒、坠落或滑移等形式发生崩塌的地质体，其中以倾倒式危岩大多发育在具有软、硬岩互层的沉积岩地区，下伏软岩风化速度快，逐渐退去形成岩腔，上部硬岩抗风化能力强，向外悬挑形成倾倒式危岩。倾倒式危岩岩腔深度是决定危岩稳定性状态的一个重要因素，对其监测和预警是避免和减少倾倒式危岩崩塌灾害的有效手段。

当前对倾倒式危岩的监测主要以监测危岩主控结构面为主，但是岩腔深度对倾倒式危岩稳定性的影响同样重要，当初始岩腔深度超过某一值时其顶部危岩体对岩腔内软岩的压裂作用开始显现，岩腔后侧壁顶部和底部的软岩处于显著的应力集中状态，微裂隙逐渐孕育、竖向扩展，使临空面的软岩呈现出竖向压裂剥落。岩腔内软岩应力随岩腔深度的增大而增大，当引起的软岩应力值接近或者大于其极限应力时，壁面软岩处于压裂崩解阶段，宏观上表现为岩腔后壁的加速平行后退，当岩腔后壁后退到一定深度后，危岩失稳产生崩塌灾害。

针对上述情况，本领域技术人员则需要进一步开展对倾倒式危岩岩腔深度的监测和危岩预警技术的研究与探索。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种倾倒式危岩的岩腔风化深度监测系统，解决如何实时获取岩腔风化深度的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种倾倒式危岩的岩腔风化深度监测系统，包括激光雷达、反光圆柱、本地控制器、远程通信模块与远程监测中心；

所述激光雷达用于安装在岩腔顶部或底部；所述反光圆柱用于沿岩腔深度方向插入岩腔后壁并反射激光雷达所发射的激光；所述本地控制器中配置有数据采集程序用于控制激光雷达的扫描过程以及处理扫描数据；

所述数据采集程序包括如下步骤：

控制激光雷达发射激光光束沿反光圆柱的同一半圆周截面扫描，确认激光雷达到反光圆柱之间最短的激光光束与其相交圆柱母线所在平面，并将所述平面作为构造面；

控制激光雷达发射激光光束在所述构造面内360°旋转扫描，从而获取到自由端夹角与岩壁端夹角：根据反射光线的退偏度识别反光圆柱的岩壁端，根据反射光线从无到有或从有到无的状态以及反射光线退偏度来识别反光圆柱的自由端，其中，构造面内最短的那条反射光线的长度作为激光雷达与反光圆柱之间的距离h；最短的那条反射光线与自由端所反射光线的夹角为自由端夹角，最短的那条反射光线与岩壁端所反射光线的夹角为岩壁端夹角；

以自由端夹角作为固定夹角β；以岩壁端夹角作为变动夹角α；

所述远程通信模块用于将所述激光雷达与反光圆柱之间的距离h、固定夹角β与变动夹角α发送到远程监测中心；

所述远程监测中心用于根据如下公式计算岩腔风化深度ΔL：

其中，L₀表示反光圆柱的初始出露长度，L表示反光圆柱的风化后出露长度。

进一步的，初始岩腔深度L₀＝h(tanα₀+tanβ)，其中，α₀表示通过执行所述数据采集程序获取到的变动夹角的初始值。