本發(fā)明涉及危巖體穩(wěn)定性監(jiān)測與預(yù)警，具體為結(jié)合回彈儀、點荷載的危巖體綜合監(jiān)測預(yù)警方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、危巖體作為自然邊坡和人工高陡邊坡常見的地質(zhì)災(zāi)害體，其穩(wěn)定性直接關(guān)系到人民生命財產(chǎn)和重大工程的安全。對危巖體進行長期、有效監(jiān)測，并及時采取針對性的工程治理措施，是巖土工程災(zāi)害防治領(lǐng)域的重點和難點。
2、目前，基于動力特性的監(jiān)測方法在危巖體監(jiān)測中展現(xiàn)出巨大潛力，特別是固有振動頻率監(jiān)測法。該方法的原理是，危巖體作為一個整體結(jié)構(gòu)，其固有頻率與其剛度、質(zhì)量及邊界條件密切相關(guān)。當(dāng)危巖體內(nèi)部或邊界發(fā)生損傷時，其整體剛度會降低，從而導(dǎo)致固有頻率下降。因此，通過持續(xù)監(jiān)測危巖體固有頻率的變化趨勢，可以在一定程度上預(yù)警危巖體的穩(wěn)定性劣化。
3、然而單一的固有頻率監(jiān)測法存在一個固有的缺陷：它能夠感知到危巖體整體剛度的下降，卻無法有效區(qū)分導(dǎo)致這種剛度下降的根本原因。危巖體固有頻率的持續(xù)性下降可能源于多種復(fù)雜的機理，例如：危巖體與母巖之間連接的結(jié)構(gòu)面發(fā)生了張開、擴展或剪切滑移等損傷，導(dǎo)致連接剛度降低；危巖體自身的巖石材料內(nèi)部強度出現(xiàn)劣化；危巖體表層巖石因風(fēng)化導(dǎo)致硬度下降；或上述損傷復(fù)合發(fā)生，最終導(dǎo)致危巖體“全面劣化”。這些不同失效模式的治理思路和工程措施重點完全不同，若無法在監(jiān)測階段對具體的損傷類型進行準(zhǔn)確判別，僅依據(jù)單一的頻率下降就采取行動，極易導(dǎo)致治理方案缺乏針對性，可能造成資源浪費甚至貽誤最佳處治時機。因此，本領(lǐng)域迫切需要一種能夠清晰區(qū)分上述多種損傷模式的綜合監(jiān)測診斷方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供結(jié)合回彈儀、點荷載的危巖體綜合監(jiān)測預(yù)警方法及系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：結(jié)合回彈儀、點荷載的危巖體綜合監(jiān)測預(yù)警方法，包括以下步驟：
3、獲取危巖體的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，所述實時監(jiān)測數(shù)據(jù)包括通過振動傳感器長期監(jiān)測并分析得到的當(dāng)前固有頻率；
4、響應(yīng)于所述當(dāng)前固有頻率相較于相應(yīng)初始基準(zhǔn)值發(fā)生顯著下降，觸發(fā)現(xiàn)場復(fù)核流程，獲取危巖體在相同復(fù)核時段的點荷載強度指數(shù)與回彈值；
5、本發(fā)明中使用回彈儀在危巖體選定部位進行測試時，保持儀器軸線與巖面垂直，勻速施壓后進行沖擊，讀取并記錄回彈值，同樣需進行多次有效測試并剔除異常值后計算平均值。這一步的目的是直接獲取危巖體巖石材料當(dāng)前的力學(xué)強度指標(biāo)，為后續(xù)診斷提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。與此同時，使用便攜式點荷載試驗儀在回彈儀測試點附近、巖面平整且具有代表性的區(qū)域進行測試，通過施加壓力使巖樣破裂，精確記錄破壞時的荷載值與加載點間距，并依據(jù)規(guī)范計算點荷載強度指數(shù)，為保障數(shù)據(jù)的可靠性，需在同一區(qū)域進行多次測試后取平均值作為本次復(fù)核的表征值；
6、將當(dāng)前固有頻率的變化趨勢、所述點荷載強度指數(shù)及所述回彈值輸入至一預(yù)建立的多參數(shù)協(xié)同診斷模型中；
7、所述多參數(shù)協(xié)同診斷模型基于以下邏輯規(guī)則輸出危巖體的損傷模式識別結(jié)果：
8、若僅固有頻率下降，而點荷載強度指數(shù)和回彈值均保持穩(wěn)定，則識別損傷模式為結(jié)構(gòu)面損傷；即巖石材料本身強度未衰減，但危巖體與基巖之間或內(nèi)部的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生了松弛、張開等損傷，導(dǎo)致整體剛度下降；
9、若固有頻率與回彈值同步下降，而點荷載強度指數(shù)保持穩(wěn)定，則識別損傷模式為表層風(fēng)化劣化；表明損傷主要集中于巖體表層；
10、若固有頻率與點荷載強度指數(shù)同步下降，而回彈值保持穩(wěn)定，則識別損傷模式為內(nèi)部材料劣化；表明損傷源于危巖體內(nèi)部巖石材料的強度衰減；
11、若固有頻率、點荷載強度指數(shù)與回彈值三者同步下降，則識別損傷模式為全面劣化；表明巖石材料從內(nèi)到外均發(fā)生了強度衰減和風(fēng)化。
12、進一步的，所述當(dāng)前固有頻率相較于相應(yīng)初始基準(zhǔn)值發(fā)生顯著下降的判斷標(biāo)準(zhǔn)具體為：
13、基于當(dāng)前固有頻率與初始基準(zhǔn)固有頻率計算動力學(xué)穩(wěn)定系數(shù)，涉及的計算公式如下：
14、
15、其中，k（t）表示危巖體當(dāng)前的動力學(xué)穩(wěn)定系數(shù)；f（t）表示危巖體的當(dāng)前固有頻率；f0表示危巖體固有頻率的初始基準(zhǔn)值；
16、當(dāng)k（t）的累計下降幅度超過預(yù)設(shè)值（5%）且k（t）的變化趨勢在統(tǒng)計學(xué)上呈現(xiàn)負(fù)斜率時，判定為當(dāng)前固有頻率相較于其初始基準(zhǔn)值發(fā)生顯著下降。
17、進一步的，所述現(xiàn)場復(fù)核流程中，危巖體在相同復(fù)核時段的點荷載強度指數(shù)通過點荷載實驗儀獲取，所述危巖體在相同復(fù)核時段的回彈值通過回彈儀獲??；
18、針對點荷載強度指數(shù)的保持穩(wěn)定狀態(tài)或下降狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)為：將現(xiàn)場復(fù)核獲取的點荷載強度指數(shù)實測值與在危巖體穩(wěn)定期獲取的點荷載強度指數(shù)歷史基準(zhǔn)值進行對比，若下降幅度超過第一閾值（10%），則判定點荷載強度指數(shù)為下降狀態(tài)，否則判定點荷載強度指數(shù)為保持穩(wěn)定狀態(tài)；
19、針對回彈值的保持穩(wěn)定狀態(tài)或下降狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)為：將現(xiàn)場復(fù)核獲取的回彈值實測值與在危巖體穩(wěn)定期獲取的回彈值歷史基準(zhǔn)值進行對比，若下降幅度超過第二閾值（10%），則判定回彈值為下降狀態(tài)，否則判定回彈值為保持穩(wěn)定狀態(tài)。
20、進一步的，所述現(xiàn)場復(fù)核流程內(nèi)獲取相同復(fù)核時段危巖體的點荷載強度指數(shù)與回彈值對策過程中，通過點荷載實驗儀及回彈儀進行復(fù)核測試的危巖體位置需滿足以下約束條件：位于危巖體后緣裂隙影響區(qū)之外、巖體完整無明顯張開裂隙、且?guī)r面相對平整以便于安全操作。
21、進一步的，所述方法還包括針對危巖體的損傷模式識別結(jié)果，生成包含危巖體損傷模式及針對性治理建議的綜合監(jiān)測診斷報告；
22、危巖體損傷模式的針對性治理建議包括：
23、對于結(jié)構(gòu)面損傷，建議采用預(yù)應(yīng)力錨桿（索）錨固和/或結(jié)構(gòu)面注漿加固；
24、對于內(nèi)部材料劣化，建議采用全長粘結(jié)型錨桿（索）進行深層錨固，阻斷導(dǎo)致內(nèi)部劣化的因素；
25、對于表層風(fēng)化劣化，建議采用掛網(wǎng)噴漿進行表面防護；
26、對于全面劣化，建議采用錨固與表面防護相結(jié)合的綜合治理措施。
27、結(jié)合回彈儀、點荷載的危巖體綜合監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括：
28、多參數(shù)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集模塊，用于在危巖體上部署傳感與數(shù)據(jù)采集設(shè)備，具體包括安裝于危巖體表面或內(nèi)部的振動傳感器，用于實時采集危巖體在環(huán)境激勵下的振動信號；
29、固有頻率分析預(yù)警模塊，用于接收并處理多參數(shù)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集模塊上傳的數(shù)據(jù)，通過對所得振動信號進行頻譜分析，計算危巖體的固有頻率；通過對固有頻率進行趨勢分析，識別固有頻率相較于對應(yīng)的初始基準(zhǔn)值是否發(fā)生顯著下降，并在固有頻率相較于對應(yīng)的初始基準(zhǔn)值發(fā)生顯著下降時生成并發(fā)出預(yù)警信號；
30、現(xiàn)場復(fù)核試驗?zāi)K，包括現(xiàn)場復(fù)核的點荷載測試單元與回彈值測試單元，用于在接收到固有頻率分析預(yù)警模塊的預(yù)警信號后，在預(yù)設(shè)的危巖體安全部位執(zhí)行點荷載強度指數(shù)與表面回彈值的現(xiàn)場測試，并將數(shù)據(jù)回傳；
31、多源數(shù)據(jù)融合診斷模塊，用于綜合固有頻率分析預(yù)警模塊生成的固有頻率變化趨勢、以及所述點荷載測試單元與回彈值測試單元現(xiàn)場復(fù)核獲取的點荷載強度指數(shù)和回彈值，執(zhí)行協(xié)同分析與診斷；通過預(yù)建立的多參數(shù)協(xié)同診斷模型內(nèi)的診斷邏輯規(guī)則，對危巖體的損傷模式進行判斷與分類；
32、綜合報告生成與反饋模塊，用于依據(jù)所述多源數(shù)據(jù)融合診斷模塊輸出的診斷結(jié)論，生成包含危巖體損傷模式及針對性治理建議的綜合監(jiān)測診斷報告，并將綜合監(jiān)測診斷報告反饋至工程設(shè)計與監(jiān)測管理部門，利于制定工程治理方案與后續(xù)監(jiān)測方案。
33、進一步的，所述點荷載測試單元，用于在復(fù)核過程中在預(yù)設(shè)的危巖體安全部位執(zhí)行點荷載強度指數(shù)的現(xiàn)場測試，并將數(shù)據(jù)回傳；
34、所述回彈值測試單元用于在復(fù)核過程中在預(yù)設(shè)的危巖體安全部位執(zhí)行表面回彈值的現(xiàn)場測試，并將數(shù)據(jù)回傳。
35、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)結(jié)合回彈儀、點荷載的危巖體綜合監(jiān)測預(yù)警方法的步驟。
36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果是：
37、（1）本發(fā)明通過引入點荷載強度和回彈值作為關(guān)鍵復(fù)核指標(biāo)，與固有頻率變化趨勢進行協(xié)同分析，能夠有效區(qū)分導(dǎo)致固有頻率下降的根本原因（結(jié)構(gòu)面損傷、內(nèi)部材料劣化、表層風(fēng)化劣化或全面劣化）；該多參數(shù)協(xié)同診斷方式克服了單一頻率監(jiān)測法只能判斷穩(wěn)定性變化、卻無法識別變化根源的局限性，在一定程度上增強了對危巖體穩(wěn)定性評價的精準(zhǔn)性與可信度；
38、（2）本發(fā)明基于對不同損傷模式的精準(zhǔn)判定，能夠直接輸出具有針對性的治理方案建議，避免了盲目加固造成的資源浪費或因處治不足帶來的安全隱患；
39、（3）本發(fā)明的診斷結(jié)論可反饋至監(jiān)測方案的動態(tài)優(yōu)化中，針對不同損傷模式調(diào)整后續(xù)監(jiān)測重點，形成了對危巖體全生命周期的精準(zhǔn)管控體系，顯著提升了工程安全保障水平；
40、（4）本發(fā)明通過多參數(shù)相互印證，降低了單一參數(shù)誤報或漏報的風(fēng)險，增強了危巖體穩(wěn)定性評價結(jié)果的可靠性。