[发明专利]基于图像处理技术的岩体裂隙及飞石运动分析系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于图像处理技术的岩体裂隙及飞石运动分析系统，包括裂隙及周边环境监测装置、计算机处理系统和数据反应系统，周边环境监测装置连接计算机处理系统，计算机处理系统连接数据反应系统；裂隙及周边环境监测装置用于监测，并将监测数据发送到计算机处理系统中；计算机处理系统进行数据处理，获得岩体裂隙发育规律，以及岩体裂隙发育完全发生破碎后飞石运动规律，并发送到数据反应系统；数据反应系统产生预警动作。本发明还公开了一种基于图像处理技术的岩体裂隙及飞石运动分析系统的方法。本发明从而在裂隙发育未完全，有岩爆、地表塌陷等事故危险情况下，能够准确高效地预警，有利于保障仪器设备、人员安全，促进工程建设的顺利正常进行。

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种基于图像处理技术的岩体裂隙及飞石运动分析系统及方法。

背景技术

近年来，随着建筑工程、水利水电工程、地下工程等国家基础设施的不断发展，产生了大量的边坡、隧道、矿山工程项目；众多深部开采的金属矿山、大型水利工程的建设都涉及到岩土领域的安全问题，开展建设项目时，常出现岩体垮塌、滑坡、飞石等地质事故，对安全生产及社会效益造成了巨大的不利影响。自然界中存在的岩石，具有较多的天然损伤，是一种典型的非连续介质，岩体内结构相当复杂，体现在晶面、空隙、片理、层理、节理、断层等非连续性形式。在工程建设过程中，岩体接受多种异向载荷作用，内部的微裂隙开始发育，起裂、扩展、贯通，最后发生破坏，例如山体滑坡、地层涌水、突泥、顶板垮塌、瓦斯突出等，都与岩体裂隙发育有着直接关系。当进行深部开采时，岩体具有非常高的构造应力，甚至会发生突发式岩体破坏，即岩爆。当岩层发生岩爆现象时，伴随产生的巨大声波及气浪，将破碎的岩块抛出，可能造成飞石伤人事故，同时砸坏机器设备。因此，监测岩体工程项目中岩石裂纹萌发、扩展及破坏具有重大的应用意义。

为监测在工程开发、资源开采过程中岩体裂隙发育岩体破坏后产生的飞石运动规律，减少岩体地质破坏事故，国内外开展了诸多研究：常见的岩体微细观分析方法有断口形貌扫描仪、热红外辐射、声发射、电磁辐射法、CT扫描等。断口形貌扫描仪利用各种显微镜如光学显微镜、扫描电子显微镜，将其应用于岩石断面、裂纹扩展分析，清华大学、中国矿业大学与日本岛津制作社研发的SEM加载试验系统，可实现在各种温度、载荷下对试样表面的损伤演化情况；热红外辐射利用岩石破裂时产生的红外辐射，研究其能量耗散过程中辐射的各种波段的遥感前兆；电磁辐射法主要利用压电效应，对岩体破裂失稳过程中电磁辐射产生机理、特征、规律以及传播特性进行分析，常用于突出、冲击地亚事故的预报中；声发射是常用的岩石损伤分析技术，其利用岩石受载时，岩体内部微裂纹产生、扩展以及裂纹面间的摩擦产生的次声波、声波、超声波，进而分析声波的振幅和频率等参数，反映出岩石裂纹的数量、大小、位置等；CT扫描技术采用X射线对岩石进行断面扫描，根据扫描分辨单元，结合三维重构法，可以判断与重现出岩体内部结构图像，从而无损地检测出岩石内部裂隙变化情况。上述技术可在一定程度可反映和解决岩石裂纹发育规律问题，但仍有待进一步的研究发展，例如断口形貌扫描仪、电测辐射法、CT扫描等技术多应用于实验室研究，对于工程建设现场岩体检测缺乏指导性，同时对岩石破碎后产生飞石运动规律的研究较少；声发射及热红外辐射对仪器要求高，在较为复杂地下空间或环境条件使用时精度往往不高，在实际监测时也非常依赖操作者对仪器的操控能力及熟练程度。

现有技术中的岩体裂隙发育及破碎飞石运动规律分析方法如：

CN111879858A公开了一种基于声发射震源主频唯一性的岩石破坏预测方法，包括标准岩石试件的制备，声发射震源定位，声发射震源类型辨识，不同类型震源对应的声发射主频的计算与岩石破坏预测方法。本发明解决了目前基于声发射主频特征的岩石破坏预测方法，存在声发射主频带宽，声发射主频特征不显著的缺陷。