用于大地结构的崩塌预测方法技术

提供了涉及岩石力学和岩土工程，并且涉及使用大地结构的损坏所引起的低分贝声音识别崩塌征兆并且管理用于预测崩塌的标准的测量技术。该用于大地结构的崩塌预测方法检测低分贝声音来代替传统的移位和应力测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及岩石力学和岩土工程的领域；尤其涉及一种使用岩土结构中的损坏 产生的声发射(AE Acoustic Emission)信号来识别岩土结构的破坏迹象并且还提供用于 破坏预测的管理标准的测量技术；并且，更具体地涉及一种使用AE方法代替传统的位移 或应力测量方法，来预测岩土结构的破坏的方法。
技术介绍
本专利技术涉及一种使用岩土结构中的损坏产生的声发射(AE)信号来识别岩土结构 的破坏迹象并且还提供用于破坏预测的管理标准的测量技术，这属于岩石力学和岩土工 程的领域。详细地，本专利技术涉及一种使用AE方法代替传统的位移或应力测量方法，来预 测岩土结构中的破坏的方法。这里，AE信号是包括AE和微震(MS Microseismic)事 件的概念。AE是在与材料的损坏有关的骤加应变的能量放出时产生的弹性波。通常，AE 信号的产生在大型破坏之前急剧地增加。作为用于预测岩土结构中的破坏的一般技术和 设备，今天，存在使用杆式伸长计、倾角计探头或GPS的位移测量方法；使用压强计测 量地下水位变化的方法；和使用载荷计的应力测量方法。因为岩土结构中出现破坏之前 的应变是非常小的，使用传统的位移或应力测量方法难以识别破坏迹象。然而，在岩土 结构中出现破坏之前，伴随着微应变产生微裂纹，并且然后微裂纹生长并且彼此合并， 由此最后出现破坏。因此，如果可以检测到微裂纹，则可以识别出破坏迹象。换言之， 在最后的破坏之前，在岩土结构中产生微裂纹，并且通过位移或应力不能检测到微裂 纹，但是通过AE信号能够检测到微裂纹。然而，在带有使用AE信号预测岩土结构中的破坏的AE传感器的测量装置中， 因为AE信号的衰减是必然会出现的，所以从分别位于不同位置的AE传感器所检测的AE 信号难于获得用于预测岩土结构中的破坏的通用参数。此外，因为构成岩土结构的土地由岩石和土壤组成，并且因此在土地的每个区 域产生的AE信号彼此不同，所以难于获得用于预测岩土结构中的破坏的通用参数。
技术实现思路
本专利技术的实施方式涉及提供一种预测岩土结构中的破坏的通用方法，其引入了 反映由于波的波导的衰减效应的新参数，并且因此可以与AE信号的衰减水平无关地预测 岩土结构中的破坏。本专利技术的另一个实施方式涉及提供一种预测岩土结构中的破坏的方法，其使用 带有AE传感器的测量装置，所述AE传感器在岩土结构被损坏时与岩土结构中的大地状况和形成无关地检测彼此相同的AE信号，从而可以精确地预测岩土结构中的破坏和损坏。本专利技术的另一个实施方式涉及提供一种预测岩土结构中的破坏的方法，其使用 带有AE传感器的测量装置，所述AE传感器可以降低AE信号的衰减从而检测宽范围的AE信号。为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种预测岩土结构中的破坏的方法，该 方法包括以下步骤使用包括内部波导和外部波导的带有AE传感器的测量装置，测量由 于岩土结构中的变形或移动对所述外部波导的损坏所产生的特定AE信号，其中所述带有 AE传感器的测量装置中的至少一个AE传感器附接到所述内部波导，所述带有AE传感器 的测量装置固定地安装在钻孔中并且通过预期的破坏平面，所述内部波导由旨在防止AE 信号急剧衰减的金属材料形成，所述外部波导稳固地包围至少一个AE传感器以及所述内 部波导，并且所述外部波导由均质脆性材料形成，该均质脆性材料旨在由于表示岩土结 构中存在变形或移动的事件而损坏所述外部波导时，与大地状况或形成无关地产生特定 的AE信号；获得岩土结构中的表示岩土结构中的损坏水平的参数值，以预测岩土结构 中的破坏，其中这些参数值是从至少一个AE测量到的AE信号提取的；关于带有AE传 感器的实验室试验测量装置，执行实验室拉伸、剪切和压缩试验中的至少一个试验，并 且获得由于带有AE传感器的所述实验室试验测量装置的外部波导的损坏而产生的AE信 号，所述实验室试验测量装置与现场(或岩土结构中)所安装的测量装置相同。利用实 验室试验中施加的载荷，获得实验室参数值，该实验室参数值与岩土结构中的参数值相 对应，从由于所述实验室试验测量装置的所述外部波导的损坏而产生的AE信号中提取； 以及将一个或更多个基准参数值与所获得的岩土结构中的参数值进行比较，并且评估岩 土结构是否对应于根据所述一个或更多个基准参数值的损坏水平，其中，所述一个或更 多个基准参数值表示岩土结构中的损坏水平，包括在与岩土结构中的所述参数值相对应 的实验室参数值中，并且所获得的岩土结构中的参数值是在参数值获得步骤中在岩土结 构中获得的。优选地，获得岩土结构中参数值时获得的参数包括所测量到的AE信号的计数 值、幅度值、持续时间值、上升时间值、AE能量值等，并且各参数可以定义为如下(1) ‘计数’是AE信号超过阈值的次数。通常，因为与小的显著声音相比， 大的显著声音具有更多次AE信号超过阈值，所以‘计数’可以用作为用于估计AE信号 的强度的基准。(2) ‘幅度’是AE信号的最大幅度。通常，它与产生AE声音的材料中的声 源的强度有关，并且它以log为单位(分贝，dB)来表示，因此可以精确地测量大信号和 小信号两者。由于对幅度有影响的许多因素，幅度的分析应当使用具有相同放大级和相 同类型的传感器来执行。(3) ‘持续时间’是AE信号从初始检测极限到最后检测极限的时间段，并且它在滤波等中使用。(4) ‘上升时间’是AE信号通过检测极限并且然后到达最大幅度的时间段。因 为它受声源和传感器之间的波传播过程控制，所以它通常用于从电磁噪声分离AE信号。(5) ‘能量’是与持续时间期间AE信号的波形中包络的曲面面积相对应的测量值。因为它易受持续时间和幅度的影响，但是较少依赖于检测极限设置值或频率，所以 它比‘计数’使用得更多。优选地，所获得的岩土结构中的参数值可以包括关于所测量到的AE信号的计 数值、能量值、幅度值、持续时间值、上升时间值等的累积值和频率值。在它们中，例 如，将描述关于计数值和能量值的累积值和频率值作为代表性的参数值。换言之，所获得的岩土结构中的参数值是所测量到的AE信号的计数值、累积计 数值和计数频率值三者中的至少一种，其中，计数是由在期望的时间间隔At1期间从由 于特定事件对所述外部波导的损坏而产生的所述AE信号获得的AE信号波形中幅度超过 阈值的次数所表示的参数；累积计数是作为根据一段时间关于不同的特定事件的所述计 数值的累积总和的参数，并且计数频率是作为根据一段时间关于不同的特定事件在期望 的时间间隔At2期间获得的所述计数值的总和的参数，并且假设k是等于或者大于2的自 然数，则 At2 为 At2 = kAtl。优选地，所获得的岩土结构中的参数值是所测量到的AE信号的能量值、累积能 量值和能量频率值三者中的至少一种，其中，能量是由AE信号波形的包络的曲面面积或 者AE信号波形中的最大幅度所表示的参数。AE信号波形是在期望的时间间隔At1期间 从由于特定事件对外部波导的损坏而产生的所述AE信号获得的，并且累积能量是作为根 据一段时间关于不同的特定事件的所述能量值的累积总和的参数，并且能量频率是作为 根据一段时间关于不同的特定事件在期望的时间间隔At2期间所获得的所述能量值的总 和的参数，并且假设k是等于或者大于2的自然数，则At2为At2 = kAtl。优选地，与岩土结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测岩土结构中的破坏的方法，该方法包括以下步骤：　　使用包括内部波导和外部波导的带有ＡＥ传感器的测量装置，测量岩土结构中的变形或移动对所述外部波导的损坏所产生的特定ＡＥ信号，其中所述带有ＡＥ传感器的测量装置中的至少一个ＡＥ传感器附接到所述内部波导，所述带有ＡＥ传感器的测量装置固定地安装在钻孔中并且通过预期的破坏平面，所述内部波导由旨在防止ＡＥ信号急剧衰减的金属材料形成，所述外部波导稳固地包围至少一个ＡＥ传感器以及所述内部波导，并且所述外部波导由均质脆性材料形成，该均质脆性材料旨在所述外部波导由于表示岩土结构中存在变形或移动的事件而被损坏时与大地状况或形成无关地产生特定ＡＥ信号；　　获得岩土结构中的表示岩土结构中的损坏水平的参数值，以预测岩土结构中的破坏，其中这些参数值从至少一个ＡＥ测量到的ＡＥ信号提取；关于带有ＡＥ传感器的实验室试验测量装置，执行实验室拉伸、剪切和压缩试验中的至少一种试验，并且获得由于带有ＡＥ传感器的所述实验室试验测量装置的外部波导的损坏而产生的ＡＥ信号，所述实验室试验测量装置与岩土结构中所安装的测量装置相同，利用实验室试验中施加的载荷，获得实验室参数值，该实验室参数值与岩土结构中的参数值相对应，从由于所述实验室试验测量装置的所述外部波导的损坏而产生的ＡＥ信号中提取；以及　　将一个或更多个基准参数值与所获得的岩土结构中的参数值进行比较，并且评估岩土结构是否对应于根据所述一个或更多个基准参数值的损坏水平，其中，所述一个或更多个基准参数值表示岩土结构中的损坏水平，被包括在与岩土结构中的所述参数值相对应的实验室参数值中，并且所获得的岩土结构中的参数值是在参数值获得步骤中在岩土结构中获得的。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2008-5-9 10-2008-00434541.一种预测岩土结构中的破坏的方法，该方法包括以下步骤使用包括内部波导和外部波导的带有AE传感器的测量装置，测量岩土结构中的变形 或移动对所述外部波导的损坏所产生的特定AE信号，其中所述带有AE传感器的测量装 置中的至少一个AE传感器附接到所述内部波导，所述带有AE传感器的测量装置固定地 安装在钻孔中并且通过预期的破坏平面，所述内部波导由旨在防止AE信号急剧衰减的金 属材料形成，所述外部波导稳固地包围至少一个AE传感器以及所述内部波导，并且所述 外部波导由均质脆性材料形成，该均质脆性材料旨在所述外部波导由于表示岩土结构中 存在变形或移动的事件而被损坏时与大地状况或形成无关地产生特定AE信号；获得岩土结构中的表示岩土结构中的损坏水平的参数值，以预测岩土结构中的破 坏，其中这些参数值从至少一个AE测量到的AE信号提取；关于带有AE传感器的实验室试验测量装置，执行实验室拉伸、剪切和压缩试验中的 至少一种试验，并且获得由于带有AE传感器的所述实验室试验测量装置的外部波导的损 坏而产生的AE信号，所述实验室试验测量装置与岩土结构中所安装的测量装置相同，利 用实验室试验中施加的载荷，获得实验室参数值，该实验室参数值与岩土结构中的参数 值相对应，从由于所述实验室试验测量装置的所述外部波导的损坏而产生的AE信号中提 取；以及将一个或更多个基准参数值与所获得的岩土结构中的参数值进行比较，并且评估岩 土结构是否对应于根据所述一个或更多个基准参数值的损坏水平，其中，所述一个或更 多个基准参数值表示岩土结构中的损坏水平，被包括在与岩土结构中的所述参数值相对 应的实验室参数值中，并且所获得的岩土结构中的参数值是在参数值获得步骤中在岩土 结构中获得的。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所获得的岩土结构中的参数值是所测量到的 AE信号的计数值、累积计数值和计数频率值三者中的至少一种，其中，所述计数是由在期望的时间间隔At1期间从由于特定事件对所述外部波导的 损坏而产生的所述AE信号获得的AE信号波形中幅度超过阈值的次数所表示的参数；所述累积计数是作为根据一段时间关于不同的特定事件的所述计数值的累积总和的 参数，并且所述计数频率是作为根据一段时间关于不同的特定事件在期望的时间间隔At2期间 获得的所述计数值的总和的参数，并且假设k是等于或者大于2的自然数，则At2为At2 = kAtl。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所获得的岩土结构中的参数值是所测量到的 AE信号的能量值、累积能量值和能量频率值三者中的至少一种，其中，所述能量是由AE信号波形的包络的曲面面积或者AE信号波形中的最大幅度 所表示的参数，所述AE信号波形是在期望的时间间隔At1期间从由于特定事件对所述外 部波导的损坏而产生的所述AE信号获得的，并且所述累积能量是作为根据一段时间关于不同的特定事件的所述能量值的累积总和的 参数，并且所述能量频率是作为根据一段时间关于不同的特定事件在期望的时间间隔At2期间 所获得的所述能量值的总和的参数，并且假设k是等于或者大于2的自然数，则At2为At2 = kAtl。4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，与岩土结构中的损坏水平相对应 的基准参数的系数为Cp C2*C3，并且所述基准系数C1是用于评估岩土结构中的损坏水平是否对应于‘危险水平’的值， 在所述‘危险水平’中，岩土结构中的损坏可以发展为岩土结构中的大型破坏，并且基 准系数C1也是当与80%的破坏强度相对应的载荷施加到所述实验室试验中使用的带有 AE传感器的所述实验室试验测量装置时的值，并且所述基准系数C2是用于评估岩土结构中的损坏水平是否对应于‘损坏发展水平’ 的值，在所述‘损坏发展水平’中岩土结构中的损坏急剧生长并且因此能够进行到所述 ‘危险水平’，并且基准系数C2也是当与60%的破坏强度相对应的载荷施加到在所述实 验室试验中使用的带有AE传感器的所述实验室试验测量装置时的值，并且所述基准系数C3是用于评估岩土结构中的损坏水平是否经过了 ‘安全水平’的值， 在所述‘安全水平’中岩土结构被无关紧要地损坏或者未被损坏，然后它们的损坏水平 达到岩土结构被缓慢地损坏的‘损坏进行水平’，并且因此能够进行到所述‘损坏发展 水平’，并且基准系数C3也是当与40%的破坏强度相对应的载荷施加到在所述实验室试 验中使用的带有AE传感器的所述实验室试验测量装置时的值。5.一种预测岩土结构中的破坏...

【专利技术属性】
技术研发人员：千大成，朴义燮，郑龙福，朴灿，辛重镐，
申请(专利权)人：韩国地质资源研究院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]