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专利号: 2021111292978
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: 信号装置
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:

1.一种基于声呐的倾倒式危岩崩塌预警方法,其特征在于,包括以下步骤:在岩腔内安装温度传感器与声呐探测器,并且相对于岩腔后壁安装声呐探测器;

通过温度传感器获取岩腔内的初始温度T1,同时通过声呐探测器发出的声波探测整个岩腔后壁面,声波触及岩腔后壁面后反弹若干回波,记录各个回波接收时刻与相应的声波发射时刻的初始时差t1‑11,t1‑12,...t1‑ij,...,t1‑mn;

通过温度传感器获取岩腔内的当前温度T2,同时通过声呐探测器发出的声波探测整个岩腔后壁面,声波触及岩腔后壁面后反弹若干回波,记录各个回波接收时刻与相应的声波发射时刻的当前时差t2‑11,t2‑12,...t2‑ij,...,t2‑mn;

计算岩腔初始状态到当前状态的岩腔深度变化量,按如下公式:式中,Δl表示岩腔深度变化量;θj表示岩腔后壁上的点ij与声呐探测器的连线相对于水平面的夹角;αi表示岩腔后壁上的点ij与声呐探测器的连线的水平投影线相对于岩腔后壁面的竖向垂直面的夹角;

根据岩腔深度变化量与危岩体重心位置计算危岩稳定系数,并将危岩稳定系数与安全系数进行比较,当危岩稳定系数小于安全系数时发出危岩崩塌预警信号。

2.根据权利要求1所述的基于声呐的倾倒式危岩崩塌预警方法,其特征在于,当危岩体重心在倾覆点内侧时,按如下公式计算危岩稳定系数:式中,FS1表示危岩体重心在倾覆点内侧时的危岩稳定系数,M抗倾1为危岩体重心在倾覆点内侧时的初始抗倾覆力矩,M倾1为危岩体重心在倾覆点内侧时的初始倾覆力矩;FS为危岩体重心在倾覆点内侧时的初始稳定系数;W为危岩体的自重;P为水平地震力;Q为危岩裂隙水压力;e为主控结构面贯通段的垂直高度;e1为主控结构面内尖端以上的充水高度;β为主控结构面倾角;H为危岩体垂直高度;h0为危岩体重心点至倾覆点的垂直距离;flk为危岩体抗拉强度标准值;f0k为危岩体与基座之间的抗拉强度标准值,当基座为岩体时,f0k=flk,当基座为软质岩层如泥岩时,取该软质岩石的抗拉强度标准值;a为危岩体重心至倾覆点的水平距离;lb为危岩体底部主控结构面尖端至倾覆点的距离。

3.根据权利要求2所述的基于声呐的倾倒式危岩崩塌预警方法,其特征在于,危岩体重心在倾覆点内侧时的初始稳定系数: 其中,

4.根据权利要求1所述的基于声呐的倾倒式危岩崩塌预警方法,其特征在于,当危岩体重心在倾覆点外侧时,按如下公式计算危岩稳定系数:式中,F′S1表示危岩体重心在倾覆点外侧时的危岩稳定系数;M′抗倾1为危岩体重心在倾覆点外侧时的初始抗倾覆力矩;;M′倾为危岩体重心在倾覆点外侧时的初始倾覆力矩;F′S为危岩体重心在倾覆点外侧时的初始稳定系数;W为危岩体的自重;P为水平地震力;Q为危岩裂隙水压力;e为主控结构面贯通段的垂直高度;e1为主控结构面内尖端以上的充水高度;β为主控结构面倾角;H为危岩体垂直高度;h0为危岩体重心点至倾覆点的垂直距离;flk为危岩体抗拉强度标准值;f0k为危岩体与基座之间的抗拉强度标准值,当基座为岩体时,f0k=flk,当基座为软质岩层如泥岩时,取该软质岩石的抗拉强度标准值;a为危岩体重心至倾覆点的水平距离;lb为危岩体底部主控结构面尖端至倾覆点的距离。

5.根据权利要求4所述的基于声呐的倾倒式危岩崩塌预警方法,其特征在于:危岩体重心在倾覆点外侧时的初始稳定系数, 其中,

6.一种基于声呐的倾倒式危岩崩塌预警系统,其特征在于,用于如权利要求1所述的基于声呐的倾倒式危岩崩塌预警方法;包括通过支架相对于岩腔后壁安装在岩腔内的声呐探测器,还包括安装在岩腔内的温度传感器;声呐探测器与温度传感器通过远程通信模块将采集到时差信号与温度信号发送到主机;

所述主机用于根据时差信号与温度信号计算岩腔深度变化量,并根据岩腔深度变化量与危岩体重心位置计算危岩稳定系数并发送给预警模块;

所述预警模块用于将危岩稳定系数与安全系数进行比较,当危岩稳定系数小于安全系数时发出危岩崩塌预警信号。

7.根据权利要求6所述的基于声呐的倾倒式危岩崩塌预警系统,其特征在于,所述支架包括竖向连杆与水平连杆;竖向连杆铰接于岩腔顶部,并通过第一电机带动竖向连杆在相对于岩腔后壁的平面内横向转动;水平连杆铰接于竖向连杆下端,并通过第二电机带动水平连杆在相对于岩腔后壁的平面内竖向转动;所述声呐探测器固定在水平连杆上,从而能够随着竖向连杆或水平连杆的角度变换探测区域;第一电机与第二电机通过主机远程限定转动角度,从而将声呐探测器的探测区域限制在岩腔后壁面内。

8.根据权利要求6所述的基于声呐的倾倒式危岩崩塌预警系统,其特征在于,还包括太阳能供电装置,用于通过电源管理模块为声呐探测器、温度传感器、远程通信模块、第一电机以及第二电机供电。

9.根据权利要求6所述的基于声呐的倾倒式危岩崩塌预警系统,其特征在于,所述远程通信模块为5G通信模块,5G通信模块包括5G信号传输模块与第一5G信号转换模块;5G信号传输模块以无线电传输的方式将包含时差信号与温度信号的5G数据传送至卫星,再通过卫星传输至远端的5G信号接收模块,然后由第二5G信号转换模块进行处理,再以有线传输的方式输入主机。

10.根据权利要求6所述的基于声呐的倾倒式危岩崩塌预警系统,其特征在于,所述预警模块通过警铃或警示灯发出危岩崩塌预警信号。