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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 危巖突發(fā)性崩塌應(yīng)急安全警報(bào)系統(tǒng)與設(shè)備研發(fā)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 目前有關(guān)危巖崩塌災(zāi)害預(yù)警多數(shù)從災(zāi)害體及其環(huán)境表象出發(fā)，不能實(shí)時(shí)獲取危巖崩塌信息。因此，本項(xiàng)目基于斷裂力學(xué)，構(gòu)建了危巖穩(wěn)定性計(jì)算方法，從危巖崩塌信號(hào)出發(fā)，采用三維應(yīng)力采集器實(shí)時(shí)獲取危巖崩塌的原始信息，通過(guò)構(gòu)建的穩(wěn)定性計(jì)算方法計(jì)算危巖的穩(wěn)定性，最后再結(jié)合危巖安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)判別危巖所處的安全狀態(tài)，將危巖的安全狀態(tài)最終以不同顏色燈光和鳴笛等顯示的方式實(shí)時(shí)公布。
- 詳細(xì)介紹：
- 危巖崩塌具有突發(fā)性，致災(zāi)后果具有毀滅性。目前有關(guān)危巖崩塌災(zāi)害的科學(xué)研究仍然缺乏系統(tǒng)性，國(guó)外學(xué)者注重對(duì)災(zāi)害事件的描述及運(yùn)動(dòng)過(guò)程模擬，國(guó)內(nèi)學(xué)者主要依靠經(jīng)驗(yàn)和半定量方法現(xiàn)場(chǎng)確定危巖崩塌體位置，并概念性地提出治理方案。多數(shù)從災(zāi)害體及其環(huán)境表象出發(fā)實(shí)施災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警，強(qiáng)調(diào)崩塌災(zāi)害發(fā)生以后致災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)以外車(chē)輛、行人的應(yīng)急避災(zāi)。不能從危巖崩塌信號(hào)出發(fā)，實(shí)時(shí)獲取危巖崩塌信息，進(jìn)而保證山區(qū)城鎮(zhèn)、礦山及公路交通生命線(xiàn)建設(shè)及營(yíng)運(yùn)中普遍存在的突發(fā)性崩塌的應(yīng)急安全警報(bào)。因此，本項(xiàng)目基于斷裂力學(xué)，構(gòu)建了危巖穩(wěn)定性計(jì)算方法，從危巖崩塌信號(hào)出發(fā)，采用三維應(yīng)力采集器實(shí)時(shí)獲取危巖崩塌的原始信息，即主控結(jié)構(gòu)面端部的最大拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，然后以有線(xiàn)方式傳送至信號(hào)處理器，將獲取的應(yīng)力信號(hào)通過(guò)構(gòu)建的危巖斷裂穩(wěn)定性計(jì)算方法計(jì)算危巖的穩(wěn)定性，最后再結(jié)合危巖安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)判別危巖所處的安全狀態(tài)，將危巖的安全狀態(tài)最終以不同顏色燈光和鳴笛等顯示的方式實(shí)時(shí)公布。最大限度減少危巖崩塌災(zāi)害帶來(lái)的生命財(cái)產(chǎn)損失，滿(mǎn)足山地城市、礦山及公路交通生命線(xiàn)突發(fā)性崩塌的應(yīng)急安全警報(bào)要求。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：構(gòu)建基于危巖突發(fā)性崩塌應(yīng)急安全警報(bào)系統(tǒng)與設(shè)備研發(fā)，為危巖突發(fā)性崩塌災(zāi)害防災(zāi)、減災(zāi)和應(yīng)急避災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)，確保相應(yīng)路段、區(qū)域生命財(cái)產(chǎn)安全?；舅悸罚罕卷?xiàng)目基于斷裂力學(xué)構(gòu)建的危巖斷裂穩(wěn)定性分析方法，將危巖主控結(jié)構(gòu)面端部巖石的斷裂韌度與主控結(jié)構(gòu)面聯(lián)合斷裂強(qiáng)度因子的比值（即KIC/Ke）定義為危巖穩(wěn)定系數(shù)。由于主控結(jié)構(gòu)面聯(lián)合斷裂強(qiáng)度因子具有實(shí)時(shí)性，則據(jù)此確定的危巖穩(wěn)定系數(shù)也必然具有實(shí)時(shí)性，符合突發(fā)性崩塌應(yīng)急安全警報(bào)目標(biāo)。由危巖穩(wěn)定系數(shù)經(jīng)有線(xiàn)通訊傳輸并解調(diào)以后的危巖崩塌信號(hào)，是進(jìn)行突發(fā)性崩塌應(yīng)急安全警報(bào)的重要原始信息，再結(jié)合危巖安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)判識(shí)危巖所處的安全性態(tài)，將危巖的安全狀態(tài)以聲音、燈光等顯示方式予以實(shí)時(shí)公布，及時(shí)指導(dǎo)防災(zāi)、減災(zāi)和應(yīng)急避災(zāi)。創(chuàng)新點(diǎn)：解決了危巖崩塌信號(hào)采集科學(xué)難題 （三維應(yīng)力采集器 專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01120078900.X） 構(gòu)建了危巖突發(fā)性崩塌災(zāi)害應(yīng)急安全警報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)崩塌災(zāi)害實(shí)時(shí)安全警報(bào)。（突發(fā)性崩塌災(zāi)害應(yīng)急安全警報(bào)裝置 專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01120078905.2）技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)：研發(fā)三維應(yīng)力采集器，有效采集危巖崩塌信號(hào)，通過(guò)突發(fā)性崩塌災(zāi)害應(yīng)急安全警報(bào)系統(tǒng)，實(shí)施危巖突發(fā)性崩塌應(yīng)急安全警報(bào)。危巖斷裂穩(wěn)定性系數(shù)為主要技術(shù)指標(biāo)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)先進(jìn)性：危巖崩塌多發(fā)生于陡崖峭壁之上，隱蔽性強(qiáng)，進(jìn)行實(shí)地勘察監(jiān)測(cè)預(yù)警存在諸多不現(xiàn)實(shí)因素。國(guó)內(nèi)已有報(bào)警系統(tǒng)更多的需要實(shí)地測(cè)繪，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)變形，進(jìn)行穩(wěn)定性分析；而本項(xiàng)目基于斷裂力學(xué)理論，將危巖主控結(jié)構(gòu)面端部采集的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力變換成沿主控結(jié)構(gòu)面的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，進(jìn)而確定危巖的穩(wěn)定性，在理論上具有先進(jìn)性，并在以往的理論研究基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了新的突破。最后通過(guò)有線(xiàn)方式，將信號(hào)以顯示方式發(fā)出警報(bào)。同時(shí)本項(xiàng)目采用三維應(yīng)力采集器，就避免了傳統(tǒng)的應(yīng)力采集器存在的信號(hào)失真，極大地提高了警報(bào)系統(tǒng)的精確度。技術(shù)性分析說(shuō)明：危巖的崩塌破壞始于主控結(jié)構(gòu)面端部的斷裂擴(kuò)展，實(shí)時(shí)采集危巖主控結(jié)構(gòu)面端部的最大拉應(yīng)力和最大剪應(yīng)力，科學(xué)判斷危巖穩(wěn)定性態(tài)，并形象地顯示安全性態(tài)，是對(duì)危巖突發(fā)性崩塌災(zāi)害有效而直接的預(yù)警預(yù)報(bào)。參考文獻(xiàn)：1.陳洪凱，唐紅梅，王林峰，葉四橋.危巖崩塌演化理論及應(yīng)用[M].科學(xué)出版社,2009b 2.程靳，趙樹(shù)山.斷裂力學(xué)[M].科學(xué)出版社，2006
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 試驗(yàn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 模型
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：其安裝使用是：（1）根據(jù)勘察資料指定的危巖，在其主控結(jié)構(gòu)面尖端區(qū)域按照一定規(guī)律布置鉆孔。（2）每個(gè)三維應(yīng)力傳感器，在安置在危巖體內(nèi)之前，將壓力傳感器、防水壓膜、信號(hào)傳輸線(xiàn)有效粘貼在開(kāi)口的金屬薄壁材料上。（3）在開(kāi)口薄壁金屬筒內(nèi)澆筑膨脹混凝土，等凝固后將信號(hào)傳輸線(xiàn)與數(shù)據(jù)處理盒連接。技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：本系統(tǒng)基于斷裂力學(xué)，忽視作用在危巖體上的荷載組合，將危巖主控結(jié)構(gòu)面端部巖石的斷裂韌度與聯(lián)合斷裂強(qiáng)度因子的比值定義為危巖穩(wěn)定系數(shù)。同時(shí)本項(xiàng)目采用三維應(yīng)力采集器，就避免了傳統(tǒng)的應(yīng)力采集器存在的信號(hào)失真，極大地提高了警報(bào)系統(tǒng)的精確度。適應(yīng)范圍：本發(fā)明適應(yīng)于山區(qū)道路、國(guó)防洞庫(kù)道路、城市人行通道地質(zhì)災(zāi)害及突發(fā)性危巖崩塌防御領(lǐng)域。推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明：國(guó)內(nèi)外目前尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，尚未提出有效的安全警報(bào)方法。因此，危巖突發(fā)性崩塌災(zāi)害應(yīng)急安全警報(bào)系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空缺，市場(chǎng)容量巨大，將具有可觀的市場(chǎng)前景和市場(chǎng)效益。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 查新結(jié)論： 根據(jù)本項(xiàng)目的查新要求，按相關(guān)主題詞和學(xué)科分類(lèi)法，采用計(jì)算機(jī)檢索與手工檢索相結(jié)合的方式，在檢索范圍內(nèi)查閱了國(guó)內(nèi)16種數(shù)據(jù)庫(kù)和檢索資源，篩選列出相關(guān)文獻(xiàn)14篇，分析比較如下： 文獻(xiàn)1通過(guò)對(duì)重慶南川金佛山甑子巖W12^#危巖體現(xiàn)場(chǎng)勘查，分析了該危巖體的成因機(jī)制和破壞模式；文獻(xiàn)2采用常規(guī)監(jiān)測(cè)儀器和人工變形量測(cè)手段進(jìn)行了預(yù)警預(yù)報(bào)研究構(gòu)建了公路邊坡崩塌災(zāi)害警報(bào)系統(tǒng)；文獻(xiàn)3根據(jù)力學(xué)特征建立了危巖的拉裂式傾倒崩塌計(jì)算模型；文獻(xiàn)4報(bào)道了奉節(jié)李子埡危巖體的穩(wěn)定性研究；文獻(xiàn)5從線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)角度，分析在拉剪綜合應(yīng)力作用下錨固力對(duì)減小主控裂隙面尖端相當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子的貢獻(xiàn)，并討論了錨桿水平角變化對(duì)相當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響；文獻(xiàn)6建立了在滲透力作用下兩種受力形式的危巖主控結(jié)構(gòu)面應(yīng)力強(qiáng)度因子和斷裂角的計(jì)算方法，；文獻(xiàn)7基于斷裂力學(xué)方法建立了主控結(jié)構(gòu)面尖端巖石斷裂角和聯(lián)合斷裂強(qiáng)度因子計(jì)算方法，提出了危巖穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算式；文獻(xiàn)8報(bào)道了巖質(zhì)陡坡上危巖崩落機(jī)理研究，基于斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)原理得到了各危巖塊崩落時(shí)間的計(jì)算方法；文獻(xiàn)9報(bào)道了危巖體細(xì)觀損傷斷裂力學(xué)研究；文獻(xiàn)10通過(guò)對(duì)織金縣城關(guān)鎮(zhèn)白巖村危巖（崩塌帶）調(diào)查,結(jié)合危巖體發(fā)育特征及周邊地質(zhì)環(huán)境狀況,對(duì)危巖體穩(wěn)定性進(jìn)行定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)；文獻(xiàn)11通過(guò)對(duì)崩塌區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查,結(jié)合所收集的地質(zhì)資料,分析了崩塌地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)制以及危害性,并選擇區(qū)內(nèi)典型危巖及斷面,采用危巖體平面滑動(dòng)法及巖有限元應(yīng)力分析法,對(duì)崩塌區(qū)危巖體在各種工況條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)；文獻(xiàn)12通過(guò)建立優(yōu)化的斜分條機(jī)動(dòng)許可速度場(chǎng),依據(jù)外力功率和內(nèi)能耗散率相平衡的原理以此得到危巖體崩塌的穩(wěn)定系數(shù)；文獻(xiàn)13分析了危巖體崩塌破壞的三種模式，并提出了不同破壞模式的力學(xué)模型，應(yīng)用極限平衡法對(duì)不同破壞模式的危巖體進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算分析；文獻(xiàn)14采用赤平投影法與極限平衡法對(duì)小孤山崩塌穩(wěn)定性進(jìn)行定性與定量分析。 綜上所述，在所檢文獻(xiàn)范圍內(nèi)，可得出如下結(jié)論：（1）見(jiàn)少量危巖崩塌預(yù)警分析及系統(tǒng)研究、基于斷裂力學(xué)的危巖錨固計(jì)算等研究的文獻(xiàn)報(bào)道，但未見(jiàn)利用斷裂力學(xué)方法建立危巖穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算模型的危巖崩塌預(yù)警裝置研究的文獻(xiàn)報(bào)道；（2）綜合具備本項(xiàng)目各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)的“突發(fā)性崩塌災(zāi)害應(yīng)急安全系統(tǒng)與設(shè)備研發(fā)”，在所檢索范圍及時(shí)限內(nèi)，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)相關(guān)研究的文獻(xiàn)報(bào)道。
