·432 工程科学学报，第41卷，第4期 一实际应力 非接触的采集方式更加保证测试人员的安全.同时 6 一红色预警线 其精度和灵敏度的提高，以及数据处理流程的进一 5 黄色预警线 步简化，也使得灾害监测和预警的时效性和科学性 以 大大提升，以最新的激光测振仪为例，其速度分辨率 己可达0.5mm·s-1,可满足工程所需的精度要求 新的测振技术的发展，使得动力学指标的监测在岩 1 土工程领域成为可能，并还可为如下研究领域提供 50 100 150 200 250 300 时间s 新的技术支持： 图6基于频率的早期预警网 (1)有限元动力学分析的进一步发展；(2)基于 Fig.6 Early waming analysis based on frequency 有限元在损伤方面的跟进模拟与实例验证：(3)定 义相对稳定的岩体与危岩体，实现广域危岩体的快 的多指标监测指标体系，是目前工程监测发展的主 速识别：(4)基于动力损伤识别技术的危岩体稳定 流方向之一.国外在崩塌灾害的早期预警方面发展 性评价等 迅速，己开发了一套多监测指标的岩石边坡稳定性 更为重要的是，动力学监测指标引入，使得危岩 评价系统，并开始在工程中进行应用0.这套最新 体的模糊识别成为可能.在未知的结构模型下，通 的系统不仅引入了固有振动频、阻尼比等动力学监 过高精度的振动监测设备依然可以检测模态损伤位 测指标，还提出了一种新的岩石稳定性评价方法：基 置和损伤程度的信息6网，这些远远是其他常规测量 于动力学监测指标的安全评价方法，将工程实际测 所无法比拟的.传统的稳定性评价往往需要详细的 量参数与安全评价指标进行直接对接，为工程安全 和可靠的描述岩体的内部特征，而由于这些内部特 监测提供了相对丰富的指标体系 征不易获取，因此只能定性识别的.而作为未来边 实际上，危岩体是一个不平衡、不稳定、充满复 坡监测的发展方向，模糊识别技术的发展可为岩块 杂性的系统，虽然振动频率等动力学指标的引入使 体的动态稳定分析提供新的数据支持.这些新的监 得人们在崩塌的早期预警上前进了一步，不可否认 测参数经过严格校准可准确地分析完整的岩石力学 的是，仅仅依靠目前相对有限且孤立的监测指标，来 变化机制，从而集成基于模糊识别的崩塌灾害智能 实现诸如危岩等复杂系统的早期预警仍存在诸多差 监测系统，使得基于稳定性分析与前兆识别的早期 距，还需要不断探索实践.这不仅需要与其他传统 预警成为可能，进而在崩塌等具有突发性的脆性灾 监测数据进行综合分析和相互校准，同时还需要更 害防治方面发挥重要作用56.诚然在技术推广中， 多新的技术理论和专业设备来进行不断补充和完 也将面临如下技术问题： 善，才能实现崩塌等早期预警在量的进步中实现质 一是噪音的影响.由于现场环境的复杂性和仪 的飞跃. 器的高灵敏度，振动信号不可避免会存在噪音和误 而从国内外的工程实践和目前实验研究结果， 差，如何去除这些误差是工程亟待解决的一个问题 基于固有振动频率等的动力学指标监测，可以快速 之一.目前降噪问题主要集中于声学、智能控制、电 得到结构力学指标的变化，判定岩体是否存在扰动， 子学、图像与信号处理以及线性数学等领域，而针对 并对安全系数进行动态的定量分析网.因此可以 大型结构的模态参数识别问题还缺少相关的信号消 初步形成一种相对丰富的监测预警指标体系阅：基 噪技术的研究5) 于动力学指标监测、静力学指标监测和环境量指标 二是提取相关的动力特征参数.由于特征参数 监测的三位一体的监测预警指标体系，从而提高现 受仪器本身振动和大地脉动的影响较大.如何过滤 有崩塌灾害时空预测与早期预警的效率和水平. 掉这些影响因素，提取真正的特征参数是另一难 3.4动力学监测指标的应用 题网，目前最新的监测设备虽然可以实现多种监测 实际上，制约动力学监测指标在工程监测的应 参量的获取和收集，但获取最有价值的相关监测参 用更多来自于技术设备层面.然而近几年，随着光 数信息还需进一步研究 学测振技术的发展，尤其是基于激光多普勒原理的 三是校准体系的建立.虽然大量实验已经得出 测振设备的引入，使得危岩体远程振动监测成为可 频率等动力学监测指标与安全性的关系，但是现实 能，而这在10年前是不可想象的 的岩体会存在多种因素对频率的影响.不规则块石 由于监测现场地质复杂且有巨大危险性，这种 的岩性、几何形态、尺度和空间分布等特征以及含水工程科学学报，第 41 卷，第 4 期 图 6 基于频率的早期预警［39］ Fig． 6 Early warning analysis based on frequency［39］ 的多指标监测指标体系，是目前工程监测发展的主 流方向之一． 国外在崩塌灾害的早期预警方面发展 迅速，已开发了一套多监测指标的岩石边坡稳定性 评价系统，并开始在工程中进行应用［51］． 这套最新 的系统不仅引入了固有振动频、阻尼比等动力学监 测指标，还提出了一种新的岩石稳定性评价方法: 基 于动力学监测指标的安全评价方法，将工程实际测 量参数与安全评价指标进行直接对接，为工程安全 监测提供了相对丰富的指标体系． 实际上，危岩体是一个不平衡、不稳定、充满复 杂性的系统，虽然振动频率等动力学指标的引入使 得人们在崩塌的早期预警上前进了一步，不可否认 的是，仅仅依靠目前相对有限且孤立的监测指标，来 实现诸如危岩等复杂系统的早期预警仍存在诸多差 距，还需要不断探索实践． 这不仅需要与其他传统 监测数据进行综合分析和相互校准，同时还需要更 多新的技术理论和专业设备来进行不断补充和完 善，才能实现崩塌等早期预警在量的进步中实现质 的飞跃． 而从国内外的工程实践和目前实验研究结果， 基于固有振动频率等的动力学指标监测，可以快速 得到结构力学指标的变化，判定岩体是否存在扰动， 并对安全系数进行动态的定量分析［52］． 因此可以 初步形成一种相对丰富的监测预警指标体系［53］: 基 于动力学指标监测、静力学指标监测和环境量指标 监测的三位一体的监测预警指标体系，从而提高现 有崩塌灾害时空预测与早期预警的效率和水平． 3. 4 动力学监测指标的应用 实际上，制约动力学监测指标在工程监测的应 用更多来自于技术设备层面． 然而近几年，随着光 学测振技术的发展，尤其是基于激光多普勒原理的 测振设备的引入，使得危岩体远程振动监测成为可 能，而这在 10 年前是不可想象的． 由于监测现场地质复杂且有巨大危险性，这种 非接触的采集方式更加保证测试人员的安全． 同时 其精度和灵敏度的提高，以及数据处理流程的进一 步简化，也使得灾害监测和预警的时效性和科学性 大大提升，以最新的激光测振仪为例，其速度分辨率 已可达 0. 5 mm·s － 1，可满足工程所需的精度要求． 新的测振技术的发展，使得动力学指标的监测在岩 土工程领域成为可能，并还可为如下研究领域提供 新的技术支持: ( 1) 有限元动力学分析的进一步发展; ( 2) 基于 有限元在损伤方面的跟进模拟与实例验证; ( 3) 定 义相对稳定的岩体与危岩体，实现广域危岩体的快 速识别; ( 4) 基于动力损伤识别技术的危岩体稳定 性评价等． 更为重要的是，动力学监测指标引入，使得危岩 体的模糊识别成为可能． 在未知的结构模型下，通 过高精度的振动监测设备依然可以检测模态损伤位 置和损伤程度的信息［54］，这些远远是其他常规测量 所无法比拟的． 传统的稳定性评价往往需要详细的 和可靠的描述岩体的内部特征，而由于这些内部特 征不易获取，因此只能定性识别［55］． 而作为未来边 坡监测的发展方向，模糊识别技术的发展可为岩块 体的动态稳定分析提供新的数据支持． 这些新的监 测参数经过严格校准可准确地分析完整的岩石力学 变化机制，从而集成基于模糊识别的崩塌灾害智能 监测系统，使得基于稳定性分析与前兆识别的早期 预警成为可能，进而在崩塌等具有突发性的脆性灾 害防治方面发挥重要作用［56］． 诚然在技术推广中， 也将面临如下技术问题: 一是噪音的影响． 由于现场环境的复杂性和仪 器的高灵敏度，振动信号不可避免会存在噪音和误 差，如何去除这些误差是工程亟待解决的一个问题 之一． 目前降噪问题主要集中于声学、智能控制、电 子学、图像与信号处理以及线性数学等领域，而针对 大型结构的模态参数识别问题还缺少相关的信号消 噪技术的研究［57］． 二是提取相关的动力特征参数． 由于特征参数 受仪器本身振动和大地脉动的影响较大． 如何过滤 掉这些影响因素，提取真正的特征参数是另一难 题［58］，目前最新的监测设备虽然可以实现多种监测 参量的获取和收集，但获取最有价值的相关监测参 数信息还需进一步研究． 三是校准体系的建立． 虽然大量实验已经得出 频率等动力学监测指标与安全性的关系，但是现实 的岩体会存在多种因素对频率的影响． 不规则块石 的岩性、几何形态、尺度和空间分布等特征以及含水 · 234 ·