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专利号: 2021103304352
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于断裂力学的危岩崩塌预警方法,其特征在于,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,rp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δc进行比较,若δ≥δc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。

2.根据权利要求1所述的基于断裂力学的危岩崩塌预警方法,其特征在于,通过如下方式确定所监测危岩的裂缝张开位移临界值δc: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δc:

式中,K是由试验荷载依照线弹性理论计算而来;Vp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;σY表示岩样受到的外加应力,v表示岩样的泊松比,E表示岩样的弹模,rp表示塑性转动因子,Z表示试验所用引伸计的厚度。

3.根据权利要求2所述的基于断裂力学的危岩崩塌预警方法,其特征在于,根据ASTM E1290的建议,rp=0.44。

4.根据权利要求2所述的基于断裂力学的危岩崩塌预警方法,其特征在于,当采用紧凑拉伸试样,rp按如下方式取值:

式中,w表示原始韧带长度。

5.根据权利要求1所述的基于断裂力学的危岩崩塌预警方法,其特征在于,以YOLOv4目标识别算法为基础建立岩体裂缝识别模型,所述岩体裂缝识别模型用于对裂缝监测图像先后进行图像化操作与矢量化操作来提取岩体的裂缝开度V与岩体的裂缝深度a,图像化操作包括预处理、灰度变换、空间滤波与分割;矢量化操作包括拓扑修复与过滤。

6.一种基于断裂力学的危岩崩塌预警系统,其特征在于,包括用于实时采集裂缝监测图像的数据采集系统,所述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;所述数据采集系统包括设置在裂缝开口上方的第一摄像机与设置在裂缝侧面的第二摄像机;所述第一摄像机用于采集裂缝开度监测图像,所述第二摄像机用于采集裂缝深度监测图像;

所述远程监控中心中配置图像处理程序与崩塌预警程序;所述图像处理程序用于分别从裂缝开度监测图像、裂缝深度监测图像中提取危岩的裂缝开度V与危岩的裂缝深度a;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;

所述崩塌预警程序用于根据危岩的裂缝开度V与危岩的裂缝深度a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,并将裂缝张开位移δ与裂缝张开位移临界值δc进行比较,若δ≥δc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;其中,裂缝张开位移的计算公式如下:式中,W为危岩的厚度,rp为塑性转动因子。

7.根据权利要求6所述的基于断裂力学的危岩崩塌预警系统,其特征在于,所述裂缝张开位移临界值δc通过如下方式确定: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δc:

式中,K是由试验荷载依照线弹性理论计算而来;Vp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;σY表示岩样受到的外加应力,v表示岩样的泊松比,E表示岩样的弹模,rp表示塑性转动因子,Z表示试验所用引伸计的厚度。

8.一种基于断裂力学的危岩崩塌预警系统,其特征在于,所述数据传输装置为5G通信装置。