申请/专利权人：中国矿业大学

申请日：2023-09-07

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN117189239B

主分类号：E21F17/00

分类号：E21F17/00;F16M11/04;F16M13/02;G01N29/04;G01N29/44;G01N27/00;G01N29/22;G01N29/28;G06F18/23213

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2023.12.26#实质审查的生效;2023.12.08#公开

摘要：本发明公开了一种隧道围岩损伤监测方法，在隧道两侧壁面和拱顶沿着隧道走向方向布置多条测线，实时监测隧道表面的自然电位和超声信号，提取所有测点处的自然电位和超声特征参数的时空序列；采用K‑means均值聚类算法获得监测面的隶属度概率图，分析整个监测面内异常状态密集区域；之后采用差分自回归移动平均算法对整个监测面的隶属度极大值时间序列进行预测，判断未来几天是否可能会出现围岩损伤破裂危险；若存在危险，则进一步预测监测面内所有位置处的未来几天的围岩损伤破裂危险，准确定位可能会出现围岩变形失稳的位置。本发明实现在无损条件下隧道围岩损伤情况的实时监测和有效预测，及时判定围岩损伤破裂危险区域。

主权项：1.一种隧道围岩损伤监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在隧道1两侧壁面和拱顶沿着隧道1走向方向布置若干条测线，每条测线上均布若干测点，同一测线的测点上交替设置电极片2、接收超声换能器4，隧道上方的地表18上设置公共电极3、超声发射换能器17，公共电极3与电极片2通过导线连接，超声发射换能器17与接收超声换能器4通过导线连接；S2：实时监测每个测点处的自然电位或超声信号：预先采集某一正常状态时刻的初始信号作为隧道1处于正常稳定状态下自然电位和超声的背景信号，而后开始正常监测，采集每个测点处的自然电位或超声信号传输至采集站5进行记录和储存，再由采集站5传输至工作站中的分析微机6中；S3：分析微机6将自然电位和超声信号数据进行小波滤波处理，去除信号中夹带的干扰噪声信号；将隧道1两侧壁面和拱顶延展成一个平面，即监测面19，设置二维坐标系，坐标原点为隧道1前端截面、左侧侧壁、底面的交点，x轴垂直于测线方向且指向右侧，y轴平行于测线方向且指向隧道1延伸方向；小波滤波处理后的自然电位和超声信号通过克里金插值法对隧道1两侧壁面和拱顶整个监测面中所有位置处进行声电信号的预测；提取整个监测面中的所有位置自然电位信号的波动幅值以及超声信号的波速、频率和功率密度这4个特征参数，并进行归一化处理；将它们的时间演化序列和所在二维坐标系的位置坐标进行结合，获得时空子序列，则坐标为xi,yi的第gi个位置在第k时刻的时空向量表示为： 其中，表示第k时刻第gi个位置的第n个特征参数值，n＝4；S4：对第k时刻监测面中所有位置处的时空向量进行K-means均值聚类分析，将最小聚类中心值对应类簇中的所有隶属度值置为0，据此对其他所有的聚类中的隶属度值进行归一化，获得整个监测面内异常状态密集区域位置以及隶属度值，绘制这一时刻的隶属度概率图，得到隧道危险变形区域的位置和范围；S5：连续处理监测面在一段时间内的多张隶属度概率图，提取这些隶属度概率图中的隶属度极大值，并组成隶属度极大值时间序列，采用差分自回归移动平均算法ARIMA预测未来S天时间内隧道危险变形状况的发展，若预测的隶属度极大值出现连续超过警报阈值的情况，则表明隧道围岩有很大可能会出现损伤变形状况，此时立即提取隶属度概率图中的每个位置处隶属度并获得它们的隶属度时间序列，通过预测以及设置边界条件对可能发生围岩损伤变形区域进行准确定位。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国矿业大学 一种隧道围岩损伤监测方法

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