【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及了一種基于聲學回聲測距的墜落型危巖體安全系數的遠程監測方法，尤其涉及聲學以及地質災害監測學領域。
技術介紹
1、墜落型危巖體失穩崩塌是墜落型危巖體自母巖脫離并突然崩落的地質現象，是多山地區常見的地質災害之一。墜落型危巖體失穩崩塌往往能夠帶來巨大的生命財產安全損失。
2、墜落型危巖體的穩定性關鍵取決于墜落型危巖體與母巖粘結面的裂縫深度,墜落型危巖體的安全系數與其與母巖粘結面的裂縫深度呈負相關關系,墜落型危巖體在破壞前其與母巖粘結面裂縫深度必然會變大。墜落型危巖體失穩表現出空間位置隨機性、時間不確定性及突發性的特點，常見的基于位移、應力-應變等監測指標在監測預警中有一定的時間滯后性及不確定性，基于當前的監測技術仍無法有效地防控墜落型危巖體失穩。
3、在當前的墜落型危巖體穩定監測領域，聲學回聲測距技術逐漸成為一種關鍵的非破壞性檢測方法。這種技術通過分析建筑材料內部聲波的反射特性，能夠有效地定位并評估墜落型危巖體的損傷，如裂縫深度等。與傳統的檢測方法相比，聲學回聲測距技術具有許多顯著優勢，包括更高的檢測精度、更深的穿透能力以及對復雜結構的適應性。因此，這種技術在墜落型危巖體穩定監測方面發揮著日益重要的作用。
4、目前對墜落型危巖體失穩監測普遍采用利用人工觀測記錄測量，在浪費大量社會資源的同時，對監測人員的人身安全也沒有保證，并且人工測量受人為因素影響，測量精度低，數據無法實時傳輸。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題，本專利技術供一種基
2、本專利技術的目的是以下述方式實現的：
3、一種基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，包括以下步驟：
4、s1:在危巖體與母巖連接的粘結面頂部布置回聲測探儀，通過測量超聲波自發射經空氣反射至接收的時間間隔來測量墜落型危巖體與母巖粘結面裂縫深度的值，
5、所述超聲波自發射經空氣反射至接收的時間間隔與墜落型危巖體后緣裂縫深度的關系為：
6、
7、式中：s為墜落型危巖體后緣裂縫深度，v為回聲測探儀超聲波自發射速度，t為回聲測探儀從發射超聲波至接收超聲波的時間；
8、s2:建立墜落型危巖體與母巖粘結面裂隙強度關系的振動力學模型并得出振動方程，通過振動方程計算出墜落型危巖體的振幅以及墜落型危巖體與母巖粘結面所受的最大彎矩；
9、s3:然后通過確定的墜落型危巖體與母巖粘結面裂縫深度可求得墜落型危巖體與母巖粘結面所受的最大正應力；
10、s4:墜落型危巖體以正應力破壞為主，則當前其安全系數為fs，聯立墜落型危巖體的安全系數與回聲測探儀所測得的墜落型危巖體在破壞前其與母巖粘結面裂縫深度的關系，獲得所述墜落型危巖體穩定性的定量模型。
11、上述基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，所述s2中墜落型危巖體與母巖粘結面裂隙強度關系的振動方程為：
12、i0θ”(t)+kθ(t)＝0???(2)
13、
14、式中：i0為墜落型危巖體的轉動慣量；θ(t)為振動方程的通解，θ″(t)為初始位移所產生的加速度，i為墜落型危巖體與母巖粘結面的截面慣性矩；k為墜落型危巖體與母巖粘結面的彎曲剛度；e為墜落型危巖體與母巖粘結面的彈性模量，墜落型危巖體高度為h；寬度為l；裂縫深度為s；
15、所述墜落型危巖體的振幅以及墜落型危巖體與母巖粘結面所受的最大彎矩為：
16、
17、式中：mmax為墜落型危巖體的振幅以及墜落型危巖體與母巖粘結面所受的最大彎矩；k為墜落型危巖體與母巖粘結面的彎曲剛度；m為墜落型危巖體質量；g為重力加速度；e為墜落型危巖體的彈性模量；v為墜落型危巖體初始轉角的速度；ω為墜落型危巖體的固有振動頻率；a為墜落型危巖體的振幅；墜落型危巖體寬度為l；厚度為b；高度為h；裂縫深度為s。
18、上述基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，所述墜落型危巖體的振幅a與變形θ(t)的關系為:
19、振動方程的通解：θ(t)＝asin(ωt+μ)?(5)
20、
21、通過振動方程的通解，代入初始條件：t＝0時，θ(0)＝0，θ'(0)＝v可得：
22、
23、式中：θ(t)為振動方程的通解；a為墜落型危巖體的振幅；ω為墜落型危巖體的固有振動頻率；μ為相位差；c1,c2為帶入初始條件前通解的未知系數；墜落型危巖體高度為h；寬度為l；厚度為b；裂縫深度為s。
24、上述基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，所述s3墜落型危巖體與母巖粘結面裂縫深度可求得墜落型危巖體與母巖粘結面所受的最大正應力為：
25、
26、式中：σmax為粘結面所受的最大正應力；mmax為墜落型危巖體的振幅以及墜落型危巖體與母巖粘結面所受的最大彎矩；k為墜落型危巖體與母巖粘結面的彎曲剛度；i0為墜落型危巖體的轉動慣量；i為墜落型危巖體與母巖粘結面的截面慣性矩；m為墜落型危巖體質量；g為重力加速度；e為墜落型危巖體的彈性模量；v為墜落型危巖體初始轉角的速度；ω為墜落型危巖體的固有振動頻率；a為墜落型危巖體的振幅；墜落型危巖體寬度為l；厚度為b；高度為h；裂縫深度為s。
27、上述基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，所述s4，墜落型危巖體的安全系數fs為：
28、
29、式中：σmax為墜落型危巖體與母巖粘結面的最大正應力；[σ]為墜落型危巖體與母巖粘結面所允許的最大正應力；σb為墜落型危巖體的強度極限值；n為折減系數，取n＝3。
30、上述基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，所述回聲測探儀頻率為20khz到100khz的范圍內，脈沖寬度取短脈沖(0.5～2μs)。
31、上述基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，巖石材料力學參數包含：墜落型危巖體的轉動慣量i0；墜落型危巖體質量m；墜落型危巖體重力加速度g；墜落型危巖體的彈性模量e；墜落型危巖體初始轉角的速度v；墜落型危巖體的固有振動頻率ω；墜落型危巖體的振幅a；墜落型危巖體寬度l；高度h；厚度b；是可直接測得的。
32、相對于現有技術，本專利技術有以下技術效果：
33、本專利技術從聲學回聲測距角度，對墜落型危巖體的穩定性作出定量分析,提高了崩塌預測的快捷性、準確性和可靠度。同時,選用聲學回聲測距技術獲取墜落型危巖體在破壞前其與母巖粘結面裂縫深度,其優點包括更高的檢測精度、更深的穿透能力以及對復雜結構的適應性，同時本專利技術避免工作人員直接接觸危巖塊體,保障了工作本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于聲學回聲測距的墜落危巖體安全系數的遠程監測方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，其特征在于：所述S2中墜落型危巖體與母巖粘結面裂隙強度關系的振動方程為：
3.根據權利要求2所述的基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，其特征在于：所述墜落型危巖體的振幅A與變形θ(t)的關系為:
4.根據權利要求3所述的基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，其特征在于：所述S3墜落型危巖體與母巖粘結面裂縫深度可求得墜落型危巖體與母巖粘結面所受的最大正應力為：
5.根據權利要求4所述的基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，其特征在于：所述S4，墜落型危巖體的安全系數Fs為：
6.根據權利要求1所述的基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，其特征在于：所述回聲測探儀頻率為20kHz到100kHz的范圍內，脈沖寬度取短脈沖(0.5～2μs)。
【技術特征摘要】
1.基于聲學回聲測距的墜落危巖體安全系數的遠程監測方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，其特征在于：所述s2中墜落型危巖體與母巖粘結面裂隙強度關系的振動方程為：
3.根據權利要求2所述的基于聲學回專用測距的墜落型危巖體安全系數遠程監測方法，其特征在于：所述墜落型危巖體的振幅a與變形θ(t)的關系為:
4.根據權利要求3所述的基于聲學回專用測距的墜落型危巖...
【專利技術屬性】
技術研發人員：賈艷昌，馬文龍，姜彤，王少凱，陳志昊，李占輝，宋貴豪，牛天寶，
申請(專利權)人：華北水利水電大學，
類型：發明
國別省市：
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