一种高边坡爆破累积损伤监测方法与流程

本发明涉及高边坡爆破，具体为一种高边坡爆破累积损伤监测方法。

背景技术：

1、在公路、水利、矿山、铁路等大型基础设施建设中，岩质边坡的爆破开挖是不可或缺的施工手段。然而，爆破荷载在岩体中反复作用时，会在结构面附近产生应力集中与微裂纹扩展，导致岩体内部损伤逐步累积。当累积损伤超过临界阈值时，边坡可能发生局部剥落、块体滑移甚至整体失稳，造成严重的安全事故与经济损失。

2、目前，边坡爆破损伤监测主要依赖单一或少数几种监测手段。例如，以爆破振动速度作为控制指标的传统方法仅反映单次爆破的峰值响应，无法刻画损伤的累积演化过程；以微震监测为主的方法虽然能够捕捉岩体内部破裂事件，但受环境噪声干扰严重，难以区分受迫微震与自然微震；以分布式光纤传感为主的方法能够获取连续应变场，但对岩体内部结构面的损伤定位精度不足；高光谱成像虽能反映坡面含水率变化等表面损伤迹象，但缺乏对深部损伤的感知能力。上述单一手段均存在信息维度不足、环境干扰难以消除、缺乏累积损伤量化模型等共性缺陷。

3、此外，现有技术在多源数据融合方面多采用简单加权平均或经验阈值判断，未能充分考虑不同监测维度之间的物理关联与时空权重差异，导致损伤量化结果的可靠性不足。在累积损伤计算方面，多数方法采用等权线性叠加，忽略了岩体应力松弛与时间效应对损伤累积速率的非线性影响。在预警与决策方面，现有系统多为被动报警，缺乏基于趋势预测的前馈式方案优化能力，无法在损伤触及临界阈值之前主动调整爆破参数，难以实现真正意义上的闭环控制。

4、因此，亟需一种能够融合多维度感知数据、消除环境干扰、实现非等权累积损伤量化、并具备趋势预测与方案自适应优化能力的边坡爆破累积损伤监测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高边坡爆破累积损伤监测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高边坡爆破累积损伤监测方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：在高边坡待监测区域内，按照岩体结构面产状与爆破振动传播方向，自适应布设包含分布式光纤传感网络、微震监测阵列及高光谱成像单元在内的多维度感知节点，并采集各感知节点的初始基准数据；

4、步骤s2：在每次爆破作业前后，分别对各感知节点进行爆前预检测和爆后复检测，同步获取振动响应数据、应变场数据、微震事件数据、高光谱图像数据及坡面三维形态数据，并利用布设于爆破影响范围外稳定基岩上的振动参考节点获取纯粹的爆破振源信号特征；

5、步骤s3：对步骤s2获取的多源数据进行环境解耦预处理，剔除温度变化与降雨渗透等非爆破因素引起的数据漂移，并将振源信号特征与坡体响应信号进行互相关分析，分离出由岩体损伤引起的信号畸变分量；

6、步骤s4：将环境解耦后的多维度损伤特征数据输入预训练的轻量化损伤识别网络，结合高光谱差异指纹特征，输出各感知节点的单次爆破损伤量化指标；

7、步骤s5：引入时间衰减-空间耦合修正机制与损伤阈值触发的自适应加密策略，将各次爆破的单次损伤量化指标进行非等权累积叠加，并结合微震时空聚集性分析进行独立损伤校验，得到各感知节点的修正累积损伤值；

8、步骤s6：利用数字孪生驱动的协同克里金插值，结合修正累积损伤值与爆破振动场分布，构建高边坡全域三维累积损伤演化模型，并据此进行损伤等级判定、失稳预警及爆破方案动态优化。

9、优选的，所述步骤s1中，所述自适应布设方式为：首先利用地质雷达对高边坡内部结构面进行三维扫描，识别主要结构面的走向、倾向与倾角；然后以爆破振动主传播方向为轴线，沿结构面法线方向按照振动衰减规律确定感知节点的初始间距，在结构面交汇处和坡面拐角处自动加密布设；所述分布式光纤传感网络采用螺旋缠绕方式贴合坡面布设，以同时获取沿程振动速度与应变分布；所述高光谱成像单元固定于无人机平台，在每次爆破前后沿固定航线飞行，获取坡面全覆盖高光谱影。

10、优选的，所述步骤s3中，所述环境解耦预处理的具体方式为：利用布设于爆破影响范围外的基准参考节点，同步采集温度场变化数据与降雨渗透数据；通过构建温度-应变耦合模型与降雨-孔隙水压耦合模型，分别计算环境因素对各感知节点应变数据的贡献量并予以剔除；利用微震事件的震源机制解分析，区分由爆破引起的受迫微震与由环境因素引起的自震。

11、优选的，所述步骤s4中，所述轻量化损伤识别网络采用多分支并行架构，包括振动信号分支、应变信号分支、微震事件分支和高光谱差异分支；各分支分别提取对应数据的深层特征后，在融合层通过注意力加权机制进行特征级融合，所述注意力权重根据不同岩性条件下各参量对损伤的敏感程度自适应调整；所述网络的训练数据来源于室内岩石爆破模拟试验、现场已知损伤案例的标定数据以及数值模拟生成的虚拟损伤场景，训练过程中引入对抗样本增强策略以提高模型对未知损伤模式的泛化识别能力。

12、优选的，所述步骤s5中，所述时间衰减-空间耦合修正机制的具体实现为：根据相邻两次爆破的时间间隔，结合岩体应力松弛特性曲线，动态计算时间衰减修正因子，时间间隔越短则衰减因子越大，反映损伤加速累积效应；根据感知节点相对于爆破源的空间方位、距离及中间结构面的遮挡效应，计算空间耦合修正系数，使远离爆破源且存在结构面遮挡的节点在累积叠加中获得较低权重；所述非等权累积叠加还受损伤阈值约束：当某一感知节点的修正累积损伤值首次达到初级损伤阈值时，自动触发该节点所属区域的监测密度提升策略，在该区域激活临时感知节。

13、优选的，所述步骤s5中，所述微震时空聚集性分析的独立损伤校验方式为：在爆破间歇期，持续采集微震事件数据，利用空间扫描统计方法识别微震事件的时空聚集簇；对每个聚集簇计算其事件密度增长率与能量释放加速比，当任一聚集簇的事件密度增长率或能量释放加速比超过临界值时，判定该区域存在与爆破无关的自然损伤演化趋势；将该自然损伤趋势量化为自然损伤增量，从修正累积损伤值中扣除，得到纯爆破累积损伤值。

14、优选的，所述步骤s6中，所述数字孪生驱动的协同克里金插值的具体方式为：首先建立高边坡的地质力学数字孪生体，将岩体结构面、岩性分区、初始应力场作为先验信息嵌入插值模型；然后以各感知节点的修正累积损伤值为观测样本，以爆破振动速度峰值和主频率作为协变量，进行协同克里金插值，生成同时反映监测实测与振动物理传播规律的三维累积损伤云图；每次爆破后，利用实测振动数据与微震数据对数字孪生体进行贝叶斯更新，实现孪生模型与实际边坡状态的持续同步。

15、优选的，所述步骤s6还包括跨边坡损伤关联传导分析，具体为：将高边坡按照岩体结构面切割为若干子块体，计算各子块体之间通过结构面传递的累积损伤传导量；当任一子块体的修正累积损伤值超过其结构面抗剪强度对应的损伤阈值时，判定该结构面发生损伤贯通，该子块体与相邻子块体的修正累积损伤值进行关联合并计算；通过追踪损伤在子块体间的传导路径与贯通时序，预测高边坡的潜在滑动模式与失稳时间窗口。

16、优选的，所述步骤s6中，所述爆破方案动态优化的具体方式为：将各高优先级感知节点的修正累积损伤值随爆破次数的变化进行趋势外推，利用长短期记忆网络预测未来若干次爆破后的损伤演化轨迹；当预测轨迹显示将在预设次数内触及临界损伤阈值时，自动生成包含降低单段最大药量、优化微差起爆时序、调整炮孔排布方向及增设预裂减振孔在内的多维度爆破参数调整方案；将调整方案输入数字孪生体进行方案预演验证，将验证通过的最优方案推送至爆破设计人员确认执行，形成“监测-预测-优化-验证-执行”的闭环控制。

17、优选的，还包括步骤s7：构建累积损伤演化趋势的实时可视化与分级预警机制，具体为：将三维累积损伤演化模型的计算结果以动态演化动画形式进行可视化展示，同时根据修正累积损伤值的大小将高边坡划分为完好区、轻度损伤区、中度损伤区、重度损伤区及临界失稳区五个等级；当任一区域被判定为重度损伤区及以上时，自动触发分级预警信号，并将该区域的损伤演化趋势、预测失稳时间窗口及推荐爆破参数调整方案同步推送至现场管理人员与爆破设计人员。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、本发明提出的高边坡爆破累积损伤监测方法，通过自适应布设多维度感知节点，实现了对爆破振动、岩体应变、微震事件、坡面光谱特征的同步采集与环境解耦，有效消除了温度、降雨等环境因素对损伤量化的干扰，从根本上提升了单次损伤指标的准确性；在此基础上，利用轻量化损伤识别网络对多维解耦数据进行注意力加权融合，并结合岩体应力松弛特性引入非等权时间衰减修正因子与微震时空聚集性独立校验机制，实现了爆破累积损伤的高精度量化，避免了传统等权叠加方法高估或低估损伤的弊端；进一步地，通过数字孪生驱动的协同克里金插值生成三维累积损伤云图，结合子块体划分与结构面传导分析，能够识别跨子块体的损伤贯通路径与潜在滑动模式，突破了单点监测无法反映损伤空间传导规律的局限；同时，基于lstm趋势预测与数字孪生预演验证的闭环优化机制，能够在损伤触及临界阈值之前自动生成爆破参数调整方案并完成预演验证，实现了从被动预警到主动干预的转变，显著提升了边坡爆破施工的安全性与经济性。