一种基于多源信息融合的破裂岩石注浆加固效果实时监测与损伤判识方法与流程

本发明涉及岩石工程注浆加固效果检测，尤其涉及一种基于多源信息融合的破裂岩石注浆加固效果实时监测与损伤判识方法。

背景技术：

1、在水利工程、地下空间工程及矿山工程中，破裂岩石的注浆加固是保障工程结构稳定性和安全性的核心技术手段。注浆体与围岩形成的复合结构，其协同承载能力直接决定加固效果。然而，实际工程中，水环境（如水饱和度、充水高度）、围岩类型（如砂岩、页岩、大理岩）、注浆体形状（如圆形、方形、马蹄形）及养护龄期等多种因素显著影响该复合结构的损伤演化过程和最终破坏模式。这些因素的耦合作用使得注浆加固效果的评估变得异常复杂。

2、现有注浆加固效果检测方法主要分为三类：一是基于应力应变监测的方法，通过在注浆区域布置应变计或压力传感器，获取复合结构的受力变形数据；二是基于声发射技术的方法，通过采集破裂岩石内部的微破裂信号，分析损伤活动强度；三是基于数字图像相关技术的方法，通过观测表面变形场识别裂纹扩展路径。上述方法在各自应用场景中具有一定效果，但均存在明显不足。

3、首先，单一监测手段无法全面表征从微裂纹萌生、扩展至宏观裂缝贯通的完整损伤演化过程。因为应力应变监测仅能反映整体受力状态，无法定位损伤位置；声发射技术虽然能够感知内部微破裂，但难以直观呈现裂纹的空间形态和扩展轨迹；数字图像相关技术仅能获取表面信息，对内部损伤演化缺乏感知能力，故表面应变信息与内部损伤信息之间缺乏有效融合，导致对复合结构损伤状态的整体判断存在偏差。

4、其次，现有方法未建立多源特征参数与损伤演化阶段之间的定量映射关系，而声发射信号中的幅值、振铃计数、ib值、ra值、af值等参数蕴含着丰富的损伤信息，但现有技术多采用定性分析或经验判断，难以实现对注浆加固效果的客观定量判识。例如对于微裂纹萌生、宏观裂缝扩展及贯通等不同阶段，缺乏统一的特征参数阈值和判识准则。

5、再次，现有判识方法多依赖操作者的经验判断，缺乏系统的步骤流程和统一的判识标准，不同检测人员对同一注浆区域的判识结果往往存在较大差异，难以形成可复现、可对比的评估结论，这严重制约了注浆加固效果检测技术的标准化和工程推广应用。

6、因此本发明提出一种基于多源信息融合的破裂岩石注浆加固效果实时监测与损伤判识方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于多源信息融合的破裂岩石注浆加固效果实时监测与损伤判识方法，本发明实现了对注浆加固后破裂岩石从微裂纹萌生至宏观裂缝贯通全过程的同步监测，从而能解决现有技术中存在的问题。

2、为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于多源信息融合的破裂岩石注浆加固效果实时监测与损伤判识方法，包括以下步骤：

3、步骤一、布设多源信息采集系统：

4、在已完成注浆加固的破裂岩石区域表面喷涂散斑图案，并在该区域周围布置数字图像采集设备和声发射采集设备；

5、步骤二、多源信息数据的同步采集：

6、对破裂岩石区域施加现场荷载，并在加载过程中通过布置的数字图像采集设备和声发射采集设备同步采集散斑图像、声发射信号以及应力应变数据；

7、步骤三、多源信息数据的处理和提取：

8、以时间为同步基准，对采集的多源数据进行事件对齐处理，从对齐后的数据中提取峰值应力、峰值应变、弹性模量、最大主应变场演化云图、声发射幅值分布、振铃计数累积曲线、累积振铃计数、ib值时间序列、ra值及af值；

9、步骤四、判识损伤演化阶段与裂缝扩展行为：

10、先根据ib值时间序列的变化特征依次判识微裂纹萌生阶段、微裂纹向宏观裂缝转化阶段及宏观裂缝贯通阶段，再以ra值与af值的比值为依据，将声发射事件判识为拉伸裂缝或剪切裂缝，并计算两者占比，进而根据占比判识破坏模式为剪切主导破坏模式、拉伸主导破坏模式或拉剪混合破坏模式；

11、步骤五、生成注浆加固效果的综合判识结果：

12、根据步骤四判识得到的损伤演化阶段和破坏模式，结合步骤三提取的峰值应力、峰值应变、弹性模量及累积振铃计数，生成包括承载能力等级、损伤发展速度等级及破坏模式类型的综合判识结果。

13、进一步改进在于：所述步骤一中，散斑图案的制备方法为在破裂岩石区域表面依次喷涂白色哑光漆和黑色哑光漆，形成具有随机分布黑点的散斑图案。

14、进一步改进在于：所述步骤一中，声发射采集设备为声发射传感器，其采样阈值设置为45db，同时声发射传感器与破裂岩石表面之间填充耦合剂。

15、进一步改进在于：所述步骤二中，现场荷载是采用位移控制方式连续加载，其加载速率为0.1mm/min。

16、进一步改进在于：所述步骤三中，弹性模量的提取方法为取应力应变曲线上升段中从0.5mpa应力点至峰值应力40%应力点之间的线段斜率。

17、进一步改进在于：所述步骤三中，最大主应变场演化云图通过选取峰值应力的50%、75%、90%及100%四个应力水平分别生成。

18、进一步改进在于：所述步骤四中，以af/ra分界线将声发射事件判识为拉伸裂缝或剪切裂缝，所述af/ra分界线的取值范围为0.1至0.15，将af/ra大于或等于所述分界线的声发射事件判识为拉伸裂缝，将af/ra小于所述分界线的声发射事件判识为剪切裂缝。

19、进一步改进在于：所述步骤四中，当剪切裂缝占比大于或等于80%时判识为剪切主导破坏模式，当拉伸裂缝占比大于或等于80%时判识为拉伸主导破坏模式，否则判识为拉剪混合破坏模式。

20、进一步改进在于：所述步骤四中，判识裂缝类型与破坏模式后，还根据声发射事件发生位置坐标生成损伤定位点三维空间分布图，并根据损伤定位点集中于破裂岩石与注浆体界面或集中于注浆体内部，判识破坏主导区域为界面脱粘区域或注浆体内部拉裂区域。

21、进一步改进在于：所述步骤五中，承载能力等级根据峰值应力和弹性模量综合评定，损伤发展速度等级根据累积振铃计数随加载时间的变化速率评定。

22、本发明的有益效果为：

23、（1）本发明通过融合数字图像相关技术与声发射技术，从表面应变场和内部损伤信号两个维度对注浆加固后的破裂岩石进行联合监测，克服了单一监测手段信息不全的缺陷，实现了对微裂纹萌生、扩展至宏观裂缝贯通全过程的全面感知。

24、（2）本发明根据ib值的变化特征依次判识微裂纹萌生阶段、微裂纹向宏观裂缝转化阶段及宏观裂缝贯通阶段，能够实现对损伤演化进程的客观量化判识，再以af/ra分界线将声发射事件判识为拉伸裂缝或剪切裂缝，并根据两者占比判识破坏模式为剪切主导、拉伸主导或拉剪混合，能够为注浆加固效果评估提供量化标准，以时间戳为同步基准对多源数据进行事件对齐处理，保证了表面应变信息、内部损伤信息和受力状态信息的时空一致性，实现了注浆加固效果的实时监测，由此最终生成承载能力等级、损伤发展速度等级及破坏模式类型等综合判识结果，具有良好的工程适应性和可实施性，最终生成承载能力等级、损伤发展速度等级及破坏模式类型等综合判识结果，具有良好的工程适应性和可实施性。