一种基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法

本发明涉及岩石力学，尤其涉及一种基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法。

背景技术：

1、工程岩体灾变是矿山、大坝与隧道等大型工程面临地质灾害时的重要问题，其多元数据耦合预警一直是岩体工程领域的重点及难点问题。在岩体工程中，岩石失稳往往具有突发性、时空不确定、难以预测等特点，难以做到实时高效的观测并缺乏相应的分析方法，为了保障人员和生产设备的安全，建立相应的预警系统一直是一项具有挑战性的任务。

2、受自然因素和人为因素造成的岩石失稳对工程影响极大，高效的进行预警对灾后重建和重大灾情预警具有重要作用。

3、然而，目前用于岩石失稳的预警方法多是基于岩石失稳破坏后的监测数据演化规律进行分析，且各类监测数据分析较为独立，缺少具有普适性强的整体预警指标，难以有效预警岩石的失稳破坏，因此开发新颖的预警方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的是如何在岩石失稳破坏前对岩体灾变进行预警的问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法，包括：

3、s1、利用微震动监测系统、岩体锚杆应力与多点位移计进行现场数据收集；

4、s2、利用现场监测数据对特殊工况的响应分析，确立位移、应力与微震能量/数量的阈值1；

5、s3、利用有限元软件进行工程岩体超载模拟，计算各测点数据允许最大值，确立阈值2；

6、s4、对各测点预警阈值取阈值1与阈值2的最小值，确立各测点监测数据最终阈值；

7、s5、基于贝叶斯统计原理构建预警系数dri，计算不同类型监测测点数据超出阈值的概率分布，依据条件概率分布耦合量化多指标整体预警状态，构建四种预警状态区间，依据dri值的不同进行区间预警，对应工程不同风险状态。

8、在本发明的一个优选实施方式中，s1中微震动监测系统进行现场数据收集包括：在岩体内部布设微震传感器，记录工程岩体在施工或运行期间的微震信号，计算单日微震数量，简称微震数量，和单日微震事件最大能量，简称微震能量。

9、进一步地，s1中岩体锚杆应力进行现场数据收集包括：在岩体支护锚杆的端部安装锚杆应力计，获取不同测点的锚杆应力数据。

10、进一步地，s1中多点位移计进行现场数据收集包括：在岩体表面安装多点位移计，获取不同测点的位移监测数据。

11、在本发明的一个优选实施方式中，s2中特殊工况包括地震、滑坡和岩体崩塌等典型工程或地质事件。

12、在本发明的一个优选实施方式中，s3中具体方法为：通过有限元软件abaqus建立工程岩体的三维有限元数值模型，利用超载法模拟分析超载条件下岩体的位移场特征，计算各典型测点的位移、和应力最大值，定位阈值2。

13、在本发明的一个优选实施方式中，s4中微震数量和能量的预警阈值取阈值1。

14、在本发明的一个优选实施方式中，s5中中构建预警系数dri前利用滑动窗口对微震数量、能量、锚杆应力、岩体位移的时间序列数据进行动态分割，计算每个窗口内数值超过预警阈值的概率。

15、实施本发明，具有如下有益效果：

16、本发明的技术方案可适用于岩石失稳破坏前的预警使用，为工程岩体灾变预警提供了简便、易操作的新方法，规避了多元数据耦合过程中权重系数难以确定的难题。

技术特征：

1.一种基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法，其特征在于，所述s1中微震动监测系统进行现场数据收集包括：在岩体内部布设微震传感器，记录工程岩体在施工或运行期间的微震信号，计算单日微震数量，简称微震数量，和单日微震事件最大能量，简称微震能量。

3.根据权利要求2所述的基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法，其特征在于，所述s1中岩体锚杆应力进行现场数据收集包括：在岩体支护锚杆的端部安装锚杆应力计，获取不同测点的锚杆应力数据。

4.根据权利要求3所述的基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法，其特征在于，所述s1中多点位移计进行现场数据收集包括：在岩体表面安装多点位移计，获取不同测点的位移监测数据。

5.根据权利要求1所述的基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法，其特征在于，所述s2中特殊工况包括地震、滑坡和岩体崩塌。

6.根据权利要求1所述的基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法，其特征在于，所述s3中具体方法为：通过有限元软件abaqus建立工程岩体的三维有限元数值模型，利用超载法模拟分析超载条件下岩体的位移场特征，计算各典型测点的位移、和应力最大值，定位阈值2。

7.根据权利要求1所述的基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法，其特征在于，所述s4中微震数量和能量的预警阈值取阈值1。

8.根据权利要求1所述的基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法，其特征在于，所述s5中构建预警系数dri前先利用滑动窗口对微震数量、能量、锚杆应力、岩体位移的时间序列数据进行动态分割，计算每个窗口内数值超过预警阈值的概率。

技术总结
本发明公开了一种基于多元数据融合的工程岩体灾变预警方法，包括利用微震动监测系统，岩体锚杆应力与多点位移计进行现场数据收集；利用现场监测数据对特殊工况的响应分析，确立位移、应力与微震能量/数量的阈值<subgt;1</subgt;；利用有限元软件进行工程岩体超载模拟，计算各测点数据允许最大值，确立阈值<subgt;2</subgt;；确立各测点监测数据最终阈值；基于贝叶斯统计原理构建预警系数DRI，计算不同类型监测测点数据超出阈值的概率分布，依据条件概率分布耦合量化多指标整体预警状态，构建四种预警状态区间，依据DRI值的不同进行区间预警。本发明为工程岩体灾变预警提供了简便、易操作的新方法，规避了多元数据耦合过程中权重系数难以确定的难题。

技术研发人员：马克,任富强
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29