本發(fā)明涉及邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于自振頻率的應(yīng)力監(jiān)測(cè)預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

隨著全球氣候變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害問題頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅著人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全?；率俏：π院推茐男暂^為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害之一，滑坡穩(wěn)定性的科學(xué)監(jiān)測(cè)與預(yù)警是滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與防災(zāi)減災(zāi)工程的基礎(chǔ)與前提。

目前，滑坡預(yù)警的方法基本上可以分為3大類：以內(nèi)因分析為主的方法、以外因分析為主的方法和以監(jiān)測(cè)為主的方法。以內(nèi)因分析(地質(zhì)力學(xué)模型)為主的研究成果較多，但預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)效果不很理想；以外因(主要是降雨、地震等)分析為主的方法很有發(fā)展前景，但還需加強(qiáng)理論和方法的研究；以監(jiān)測(cè)為主的方法預(yù)測(cè)效果較好，并具有快速分析能力，但需要具有精密的監(jiān)測(cè)技術(shù)條件和足夠的經(jīng)費(fèi)支持。

在監(jiān)測(cè)中如何能夠直接有效分析滑坡在地震及降雨作用下的力學(xué)參數(shù)變化，是工程中亟需解決的一大難題。目前，常用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法，如降雨量、烈度等指標(biāo)對(duì)安全進(jìn)行定性分析、統(tǒng)計(jì)回歸分析，這些評(píng)價(jià)需要依賴大量的工程實(shí)例數(shù)據(jù)，而且通用性不強(qiáng)。因此需要探索一種能夠直接有效分析在地震及降雨作用下力學(xué)參數(shù)變化時(shí)的滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于自振頻率的應(yīng)力監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，實(shí)現(xiàn)滑坡非接觸式預(yù)警監(jiān)測(cè)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于自振頻率的應(yīng)力監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，該基于自振頻率的應(yīng)力監(jiān)測(cè)預(yù)警方法包括：

步驟一、根據(jù)參數(shù)建立滑坡模型。

步驟二、建立自振頻率-時(shí)間曲線，以及位移-時(shí)間曲線。

步驟三、根據(jù)建立的自振頻率-時(shí)間曲線以及位移-時(shí)間曲線，分析自振頻率和應(yīng)變位移。

步驟四、根據(jù)分析后的振動(dòng)頻率制定新的應(yīng)力預(yù)警指標(biāo)。

該步驟一中，根據(jù)參數(shù)建立滑坡模型中的參數(shù)包括：自振頻率、抗滑力折減系數(shù)以及抗滑力。

根據(jù)公式(1)和公式(2)對(duì)滑坡模型進(jìn)行自振頻率分析：

式中：M為試塊重量(N)；L為模型中心點(diǎn)到原點(diǎn)O的距離(mm)；μ為黏結(jié)系數(shù)(N/mm²)；S為黏結(jié)寬度(mm)；l為黏結(jié)長(zhǎng)度(mm)；θ為轉(zhuǎn)角(°)。

根據(jù)公式(2)的頻率方程，由如下公式(3)計(jì)算出抗滑力折減系數(shù)c：

式中：F₁、F₀分別為擾動(dòng)前、后的抗滑力(N)；μ₁、μ₀分別為擾動(dòng)前、后黏結(jié)系數(shù)(N/mm²)；f₁、f₀分別為擾動(dòng)前、后測(cè)得的自振頻率(Hz)。

根據(jù)抗滑力折減系數(shù)，由公式(4)計(jì)算得到

Y₁＝cY₀ (4)

式中：Y₁為新的應(yīng)力預(yù)警指標(biāo)；Y₀為原有應(yīng)力預(yù)警指標(biāo)。

抗滑力由公式(5)計(jì)算得出：

F_i＝μ_iSl (5)

式中：F_i為滑塊體抗滑力(N)，μ_i為黏結(jié)系數(shù)(N/mm²)，i表示不同時(shí)刻。

步驟二中，在建立自振動(dòng)頻率-時(shí)間曲線以及位移-時(shí)間曲線之后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和傅里葉變換。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中工藝流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中滑坡模型結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中去噪和傅里葉變化后所得的速度譜；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中振動(dòng)歷史曲線；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中頻率與位移分析比較；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中固定預(yù)警線指標(biāo)預(yù)警分析圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本實(shí)施例提供一種基于自振頻率的應(yīng)力監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，如圖1所示，該基于自振頻率的應(yīng)力監(jiān)測(cè)預(yù)警方法包括：

第一步：建立滑坡模型。

示例性地，該滑坡模型如圖2所示，該模型的自振動(dòng)頻率可通過公式計(jì)算，也可通過設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，本實(shí)施例中優(yōu)先的，采用的頻率監(jiān)測(cè)儀器為UD100型激光多普勒測(cè)振儀，通過激光測(cè)振儀的定向監(jiān)測(cè)自振頻率在滑坡趨于危險(xiǎn)時(shí)的變化，分析和驗(yàn)證其在滑坡監(jiān)測(cè)的必要性和準(zhǔn)確性。這是因?yàn)榛w與基座之間存在潛在滑移面，并隨著時(shí)間推移，黏結(jié)力逐漸減弱。

該步驟一中，根據(jù)參數(shù)建立滑坡模型中的參數(shù)包括：自振頻率、抗滑力折減系數(shù)以及抗滑力。

可根據(jù)如下公式計(jì)算得到新的預(yù)警指標(biāo)。

示例性的，根據(jù)公式(1)和公式(2)對(duì)滑坡模型進(jìn)行自振頻率分析：

式中：M為試塊重量(N)；L為模型中心點(diǎn)到原點(diǎn)O的距離(mm)；μ為黏結(jié)系數(shù)(N/mm²)；S為黏結(jié)寬度(mm)；l為黏結(jié)長(zhǎng)度(mm)；θ為轉(zhuǎn)角(°)。

根據(jù)公式(2)的頻率方程，由如下公式(3)計(jì)算出抗滑力折減系數(shù)c：

式中：F₁、F₀分別為擾動(dòng)前、后的抗滑力(N)；μ₁、μ₀分別為擾動(dòng)前、后黏結(jié)系數(shù)(N/mm²)；f₁、f₀分別為擾動(dòng)前、后測(cè)得的自振頻率(Hz)。

根據(jù)抗滑力折減系數(shù)，由公式(4)計(jì)算得到

Y₁＝cY₀ (4)

式中：Y₁為新的應(yīng)力預(yù)警指標(biāo)；Y₀為原有應(yīng)力預(yù)警指標(biāo)。

抗滑力由公式(5)計(jì)算得出：

F_i＝μ_iSl (5)

式中：F_i為滑塊體抗滑力(N)，μ_i為黏結(jié)系數(shù)(N/mm²)，i表示不同時(shí)刻。需要說明的是，抗滑力分為強(qiáng)穩(wěn)定階段，弱穩(wěn)定階段和破壞階段。其各個(gè)階段的不同的抗滑力也可根據(jù)公式(5)得出。

第二步：利用測(cè)振儀測(cè)量不同時(shí)刻的振動(dòng)曲線和自振頻率，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

如下表1所示，滑體自計(jì)時(shí)算起，經(jīng)歷245s后發(fā)生破壞并下。設(shè)備分別記錄了第40、100、200、220、230、240s的振動(dòng)曲線和自振頻率。進(jìn)一步的，對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和傅里葉變化后得到速度譜，該速度譜如圖3所示，其中，各階段測(cè)得的振動(dòng)歷史曲線詳見圖4。

表1監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表1和圖2可知，隨著時(shí)間的增加，由于抗滑力的損失，滑坡體自振頻率逐漸減小。由圖3可知，隨著時(shí)間的增加，振動(dòng)的速度不斷加快，振幅相應(yīng)增加。

第三步：對(duì)自振頻率和應(yīng)變位移進(jìn)行分析比較。

見圖5可知，在滑坡監(jiān)測(cè)上，自振頻率的分析最佳預(yù)警段在200～220s之間，要優(yōu)于位移監(jiān)測(cè)最佳預(yù)警階段(220～230s)。自振頻率是滑坡體自身屬性變化的反映，隨著實(shí)際滑坡潛在滑移面黏結(jié)系數(shù)的降低，自振頻率會(huì)首先發(fā)生變化，這一變化為工程預(yù)警提供了科學(xué)依據(jù)和判別指標(biāo)。

第四步：基于振動(dòng)頻率設(shè)定應(yīng)力預(yù)警指標(biāo)。

圖6為基于原有預(yù)警指標(biāo)的應(yīng)力分析圖。由圖6可知，分別在235s和237s進(jìn)入黃色和紅色預(yù)警區(qū)。而由圖3可知，位移在220s時(shí)已發(fā)生突變。如何能夠在突變發(fā)生前進(jìn)行應(yīng)力預(yù)警，尤其是在地震、降雨等出現(xiàn)擾動(dòng)之后，通過監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)原有預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。

由Y₁＝cY₀可知，黏結(jié)力的損傷必然導(dǎo)致預(yù)警指標(biāo)相應(yīng)發(fā)生變化，結(jié)合表1的折減系數(shù)，可對(duì)預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。最新的預(yù)警指標(biāo)如表2所示。

表2預(yù)警指標(biāo)分析

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。