[发明专利]危岩体崩塌灾害预警仪及其预警方法

权利要求书

1.一种危岩体崩塌灾害预警仪，包括应力采集装置、数据实时分析处理装置和报警装置，其特征在于：所述数据实时分析处理装置包括信号输入端、模式设定装置和数据处理控制器，该数据处理控制器内预设有数据实时分析处理程序、危岩体抗拉强度K_IC和危岩体主控结构面贯通段长度a₀；所述应力采集装置包括数量不少于两个的应力计分别用于测试拉应力和剪应力，应力计布设在崩塌源危岩体抗拉区域，应力计分别通过应力信号线连接至所述数据实时分析处理装置的信号输入端；所述数据处理控制器的数据实时分析处理程序根据信号输入端的应力信号、模式设定装置设定的模式状态信号以及危岩体抗拉强度K_IC、危岩体主控结构面贯通段长度a₀判断被测危岩体所处的安全状态，当被测危岩体安全状态达到数据实时分析处理程序设定的不同的预警级别时，数据实时分析处理装置发出不同的预警控制信号给所述报警装置，所述报警装置根据预警控制信号发出不同警告信号。

2.根据权利要求1所述的危岩体崩塌灾害预警仪，特征在于：所述的模式设定装置包括手动输入模式选择开关、手动输入按键、岩性选择模式开关和岩性选择按键。

3.根据权利要求2所述的危岩体崩塌灾害预警仪，特征在于：所述应力计的数量是10个，应力计分别布设在崩塌源危岩体抗拉区域，5个应力计测试拉应力，其余5个应力计测试剪应力，所述数据实时分析处理设置有10个信号输入端，信号输入端与应力计一一对应。

4.根据权利要求3所述的危岩体崩塌灾害预警仪，特征在于：所述应力信号线与所述数据实时分析处理装置的信号输入端采用插口连接方式，当应力信号线从插口拔出时，报警装置直接发出相应报警信号。

5.根据权利要求4所述的危岩体崩塌灾害预警仪，特征在于：所述应力计要求：应力测试范围不小于100Mpa，应力标准误差不大于10PPm，工作环境温度介于-10℃～80℃。

6.根据权利要求5所述的危岩体崩塌灾害预警仪，特征在于：所述报警装置包括扬声器和警告信号灯。

7.采用权利要求1-6中任一权利要求所述的危岩体崩塌灾害预警仪进行危岩体崩塌灾害预警的方法，包括以下步骤：

a.确定危岩体抗拉强度K_IC

从崩塌源危岩体现场取样，测试危岩体完整岩石的断裂韧度，将该断裂韧度作为危岩体抗拉强度K_IC；

或者将砂岩、灰岩、泥灰岩、花岗岩、玄武岩和大理岩的相关抗拉强度的现有统计值分别作为各种岩性危岩体抗拉强度K_IC；

将危岩体抗拉强度K_IC预设到数据处理控制器的存储空间；

b.量测确定崩塌源危岩体主控结构面贯通段长度a₀，并将a₀预设到数据处理控制器的存储空间；

c.在崩塌源危岩体抗拉区域布设应力计，根据模式设定装置选择危岩体崩塌灾害预警仪的工作模式；

d.数据实时分析处理装置实时采集应力计传来的拉应力σ和剪应力τ的数值；

e.数据实时分析处理装置由下列算式计算强度变量K₁、K₂和K₀：

K1=1.12σπa0,]]>

K2=1.12τπa0,]]>

k0=(K1/K2)2;]]>

f.数据实时分析处理装置由下列算式计算崩塌源危岩体岩石断裂方向角度θ₀：

θ0=arccos[3+k02+8k0k0+9];]]>

g.数据实时分析处理装置由下列算式计算k₁～k₈共八个参数：

k1=cosθ02,k2=12[(3cosθ0-1)sinθ02-3sinθ0cosθ02],k3=k12+k72]]>

k4=k62+k82,k5=2(k1k6+k7k8),k6=12[3sinθ0cosθ02+(3cosθ0-1)sinθ02]]]>

k7=sinθ0cosθ02,k8=(3cosθ0-1)cosθ02;]]>

h.数据实时分析处理装置由下式计算崩塌源危岩体断裂因子K_e：

Ke=12[k1K1+k2K2+k3K12+k4K22+k5K1K2];]]>

i.数据实时分析处理装置由下式计算崩塌源危岩体的稳定系数：

Fs=KICKe;]]>

j.数据实时分析处理装置根据按下述判断确定被测危岩体所处的安全状态并发出相应的预警控制信号给报警装置：

当F_s≥1.20时，被测崩塌源危岩体总体处于安全状态；

当1.05≤F_s＜1.20时，被测崩塌源危岩体总体处于基本安全状态；

当0.98≤F_s＜1.05时，被测崩塌源危岩体总体处于临界破坏状态；

当F_s＜0.98时，被测崩塌源危岩体总体处于破坏状态。

8.根据权利要求7所述的进行危岩体崩塌灾害预警的方法，其特征在于：在c步骤中，布设5个应力计测试拉应力，同时，在d步骤中的数据实时分析处理装置实时采集应力数值最大的3个应力计的应力数据的平均值，作为崩塌源抗拉区域岩石实时拉应力σ的数值；在c步骤中，另外还布设5个应力计测试剪应力，同时，在d步骤中的数据实时分析处理装置取其中应力数值最大的3个应力计的应力数据的平均值，作为崩塌源抗拉区域岩石实时剪应力τ的数值。