一种基于三维模型的岩爆过程监测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于岩土工程技术领域，提供了一种基于三维模型的岩爆过程监测方法及系统，在建立隧道段内部三维模型的基础上，获取了岩爆和碎块弹射的开始时间和结束时间、碎块弹射的距离、碎块脱落后的坑洞尺寸和岩爆发生时的声音大小；并根据岩爆和碎块弹射时的开始时间和结束时间，以及碎块弹射的距离计算碎块弹射时的速度和加速度，得到了岩爆发生过程中碎块弹射时的速度和加速度等真实情况，对发生岩爆后的施工提供了有效参考数据；最后，根据碎块弹射的距离、坑洞尺寸，碎块弹射时的速度和加速度及岩爆发生时的声音大小，判断岩爆的等级和隧道段内部损伤情况，可以根据岩爆导致的损伤情况合理安排后续施事项，达到提高隧道施工效率和安全性的目的。和安全性的目的。和安全性的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维模型的岩爆过程监测方法及系统


[0001]本专利技术属于岩土工程
，尤其涉及一种基于三维模型的岩爆过程监测方法及系统。

技术介绍

[0002]随着各类岩土工程逐渐向深部和山体内部开展，工作面周围有着较大的地应力，岩爆灾害开始频频出现。岩爆发生的原因往往是由于开挖对硬脆性岩体造成扰动，使岩体发生应力重分布存储在岩体内部的弹性应变能突然释放导致，其发生时会让岩体产生爆裂、剥落、弹射等现象。岩爆发生时具有极大的破坏性，会严重延缓施工进度。
[0003]专利技术人发现，现有施工过程中，通过超声监等方法对岩爆预警方面的研究较多，而对实际岩爆发生过程的监测研究较少，对岩爆发生的过程监测多用实验的方式进行仿真研究，借助实验方式对岩爆发生过程监测的方式不能真正反映岩爆的真实情况，不能对发生岩爆后的施工提供有效的参考数据，严重影响发生岩爆后隧道施工的进度和安全性。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于三维模型的岩爆过程监测方法及系统，本专利技术可以实现岩爆过程中岩爆发生位置，以及碎块弹射出的位置、碎块弹射速度、碎块掉落位置和碎块脱落后的造成坑洞等情况，可以反映岩爆的真实情况，对发生岩爆后的施工提供了有效的参考数据，可以根据岩爆导致的损伤情况合理安排后续施事项，可以提高隧道施工的效率和安全性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种基于三维模型的岩爆过程监测方法，包括：/>[0007]通过扫描方法，建立隧道段内部的三维模型；
[0008]以三维模型为基础，获取岩爆和碎块弹射的开始时间和结束时间、碎块弹射的距离、碎块脱落后的坑洞尺寸和岩爆发生时的声音大小；
[0009]根据岩爆和碎块弹射时的开始时间和结束时间，以及碎块弹射的距离计算碎块弹射时的速度和加速度；
[0010]根据碎块弹射的距离、坑洞尺寸，碎块弹射时的速度和加速度及岩爆发生时的声音大小，判断岩爆的等级和隧道段内部损伤情况。
[0011]进一步的，采用三维激光扫描仪扫描隧道段内部空间，获得隧道段内部的点云数据；对点云数据进行拼接、降噪和稀疏取样处理，并根据隧道尺寸得到隧道的三维模型。
[0012]进一步的，对隧道段内部布置传感器阵列用于采集声音信号，对声音信号进行降噪处理去除环境声音信号干扰，得到声音图谱；将声音图谱与岩爆发生时的图谱进行比较；当声音图谱的特征与岩爆发生时的图谱相匹配时，根据阵列定位方法确定岩爆发生位置。
[0013]进一步的，碎块弹射时的速度为碎块弹射距离和结束时间与开始时间差值的比值；碎块弹射时的加速度为速度和结束时间与开始时间差值的比值。
[0014]进一步的，获取岩爆发生位置和碎块弹射出的位置；根据岩爆发生位置、碎块弹射出的位置和碎块脱落后的坑洞尺寸，确定坑洞的位置。
[0015]进一步的，采用声发射仪监测隧道段内部岩爆发生时声音信号，对岩爆发生时的位置进行定位。
[0016]进一步的，采用高速摄像机记录岩爆和碎块弹射的开始时间和结束时间，并监测碎块弹射出的位置。
[0017]第二方面，本专利技术还提供了一种基于三维模型的岩爆过程监测系统，包括：
[0018]通过扫描方法，建立隧道段内部的三维模型；
[0019]以三维模型为基础，获取岩爆和碎块弹射的开始时间和结束时间、碎块弹射的距离、碎块脱落后的坑洞尺寸和岩爆发生时的声音大小；
[0020]根据岩爆和碎块弹射时的开始时间和结束时间，以及碎块弹射的距离计算碎块弹射时的速度和加速度；
[0021]根据碎块弹射的距离、坑洞尺寸，碎块弹射时的速度和加速度及岩爆发生时的声音大小，判断岩爆的等级和隧道段内部损伤情况。
[0022]第三方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的基于三维模型的岩爆过程监测方法的步骤。
[0023]第四方面，本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的基于三维模型的岩爆过程监测方法的步骤。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]本专利技术在建立隧道段内部三维模型的基础上，获取了岩爆和碎块弹射的开始时间和结束时间、碎块弹射的距离、碎块脱落后的坑洞尺寸和岩爆发生时的声音大小；并根据岩爆和碎块弹射时的开始时间和结束时间，以及碎块弹射的距离计算碎块弹射时的速度和加速度，本专利技术得到了岩爆发生过程中碎块弹射时的速度和加速度等真实情况，对发生岩爆后的施工提供了有效参考数据；最后，根据碎块弹射的距离、坑洞尺寸，碎块弹射时的速度和加速度及岩爆发生时的声音大小，判断岩爆的等级和隧道段内部损伤情况，可以根据岩爆导致的损伤情况合理安排后续施事项，达到提高隧道施工效率和安全性的目的。
附图说明
[0026]构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
[0027]图1为本专利技术实施例1的流程图；
[0028]图2为本专利技术实施例1的系统结构示意图；
[0029]其中，1、三维激光扫描仪；2、接收器；3、声发射仪；4、高速摄像机；5、数字录音设备；6、监测系统。
具体实施方式
[0030]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0031]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0032]实施例1：
[0033]目前，对岩爆发生的过程监测多用实验的方式进行仿真研究，借助实验方式对岩爆发生过程监测的方式不能真正反映岩爆的真实情况，不能对发生岩爆后的施工提供有效的参考数据，严重影响发生岩爆后隧道施工的进度和安全性。
[0034]针对上述问题，本实施例提供了一种基于三维模型的岩爆过程监测方法，在建立隧道段内部三维模型的基础上，获取了岩爆和碎块弹射的开始时间和结束时间、碎块弹射的距离、碎块脱落后的坑洞尺寸和岩爆发生时的声音大小；并根据岩爆和碎块弹射时的开始时间和结束时间，以及碎块弹射的距离计算碎块弹射时的速度和加速度，本专利技术得到了岩爆发生过程中碎块弹射时的速度和加速度等真实情况，对发生岩爆后的施工提供了有效参考数据；最后，根据碎块弹射的距离、坑洞尺寸，碎块弹射时的速度和加速度及岩爆发生时的声音大小，判断岩爆的等级和隧道段内部损伤情况，可以根据岩爆导致的损伤情况合理安排后续施事项，达到提高隧道施工效率和安全性的目的。如图1所示，本实施例具体的步骤为：
[0035]S1、在需要监测的隧道段内部布置三维激光扫描仪、声发射仪、高速摄像机和数字录音设备；
[0036]具体地，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维模型的岩爆过程监测方法，其特征在于，包括：通过扫描方法，建立隧道段内部的三维模型；以三维模型为基础，获取岩爆和碎块弹射的开始时间和结束时间、碎块弹射的距离、碎块脱落后的坑洞尺寸和岩爆发生时的声音大小；根据岩爆和碎块弹射时的开始时间和结束时间，以及碎块弹射的距离计算碎块弹射时的速度和加速度；根据碎块弹射的距离、坑洞尺寸，碎块弹射时的速度和加速度及岩爆发生时的声音大小，判断岩爆的等级和隧道段内部损伤情况。2.如权利要求1所述的一种基于三维模型的岩爆过程监测方法，其特征在于，采用三维激光扫描仪扫描隧道段内部空间，获得隧道段内部的点云数据；对点云数据进行拼接、降噪和稀疏取样处理，并根据隧道尺寸得到隧道的三维模型。3.如权利要求1所述的一种基于三维模型的岩爆过程监测方法，其特征在于，对隧道段内部布置传感器阵列用于采集声音信号，对声音信号进行降噪处理去除环境声音信号干扰，得到声音图谱；将声音图谱与岩爆发生时的图谱进行比较；当声音图谱的特征与岩爆发生时的图谱相匹配时，根据阵列定位方法确定岩爆发生位置。4.如权利要求1所述的一种基于三维模型的岩爆过程监测方法，其特征在于，碎块弹射时的速度为碎块弹射距离和结束时间与开始时间差值的比值；碎块弹射时的加速度为速度和结束时间与开始时间差值的比值。5.如权利要求1所述的一种基于三维模型的岩爆过程监测方法，其特征在于，获取岩爆发生位置和碎块弹射出的位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆贺，梁志威，袁亮，王汉鹏，江丙友，张冰，王明刚，韦春旭，
申请(专利权)人：山东大学中铁四局集团第五工程有限公司，
类型：发明
国别省市：