基于无人机航测的丹霞地貌区危岩结构面识别与三维裂隙网络模型——以重庆四面山景区为例

丹霞地貌地区是我国地质灾害高发区,裸露的近水平红色砂岩、砾岩陡崖是其最主要的地质特征。在地质构造与包括化学溶蚀、物理风化、重力和生物等内外动力作用下,陡崖岩体节理裂隙十分发育,危岩崩滑灾害表现出变形模式复杂、破坏力强的特点,并且由于坡体结构复杂,工程勘察难度大。为此,以四面山景区滴水岩变形危岩为例,介绍了一种基于无人机勘查技术的高陡破碎岩坡表生节理面的野外快速识别方法及高精度图像建模方法,在准确把握危岩体控制结构面的空间展布特征的基础上,建立了符合丹霞地貌高位破碎危岩的三维随机裂隙网络模型。以期为地区危岩稳定性评价与防治工作提供理论指导。     

基于无人机航测与三维激光扫描的工程地形测绘技术研究

传统的地形测绘过于依赖人力,测绘效果差,测绘准确度较低。研究工作基于无人机航测与三维激光扫描,设计了一种新的工程地形测绘技术,首先基于无人机航测与三维激光扫描采集了工程地形测绘数据,其次进行了数据预处理,分析测绘精度,进而实现工程地形测绘。实际工程检验结果表明,设计的工程地形测绘技术的测绘数值较准确、测绘精度高,有一定的应用前景,研究成果可以作为地形测量工作的借鉴。     

随机与确定耦合的裂隙岩体结构面三维网络模拟

离散裂隙随机网络模型中结构面的分布特征仅代表其统计规律,并非地质成因、结构模式、构造形迹的客观反映,以致后续力学计算及渗流模拟结果可信度偏低。针对国家高放废物处置库甘肃北山预选区出露良好的花岗岩体,基于实测结构面统计规律、内在成生关系及水力联系,在前期纯随机模型关键部位修正特征参数,并融入人工辨识的确定结构模式而构建“随机-确定”耦合模型。图形和渗流模拟两种定量检验结果表明：耦合模型结构面数量更接近客观实际,模型准确度提升约48.8%;耦合模型渗流路径与流量较之前更显客观真实,模拟结果与试验数据的接近程度比随机模型大约1/3。另外,不同孔位渗流结果显示：相比于随机结构面,确定性结构面对区域渗流控制作用更加明显,在渗流模拟中扮演更为重要角色。此耦合模型有益于拓宽结构面网络模拟的发展方向。     

基于结构面网络模拟的岩体深部卸荷裂隙及非均质特性研究

深部卸荷裂隙是一类非构造成因的特殊地质现象,常出现在高山峡谷地带,对工程建设有重要影响。将二维结构面网络模拟运用于模拟某水电站边坡平硐内深部卸荷裂隙和常规卸荷裂隙,在该模拟结果中布设18个虚拟钻孔,利用Autolisp编写岩石质量指标统计程序来计算岩体RQD值。并统计、对比两类裂隙岩体在不同阈值的岩体RQD值及其标准差。利用RQD值的差异将两类岩体裂隙实现区分,同时基于RQD值的标准差体现出的数据的离散性,进一步分析裂隙岩体的非均质特性。     

岩体随机结构面三维网络数值模型有效性检验

岩体随机不连续面三维网络模拟技术成熟与否的一个重要标志就是最终的网络模型是否能够较真实地再现岩体的实际情况 ,为了使三维网络模型的结果能够真正地应用于实际工程 ,就必须对模拟的结果进行必要的检验 ,检验的办法就是将模拟出的模型剖面图形与原型测量窗口的图形进行图形对比 ,或者将原型的观测数据与模型的测试数据进行数据对比 ,当这种检验达到精度时 ,模拟出的模型为有效模型 ,可以投入工程实际应用     

基于无人机摄影测量的岩体结构面信息获取

目前岩体结构面信息获取主要有人工现场接触测量、三维激光扫描和近景摄影测量等方式。随着无人机摄影测量技术的成熟,利用无人机对岩体边坡全方位、多角度摄影,建立边坡三维模型,可以更全面、准确、高效地获取结构面信息。本文以长春净月东升采石场边坡为研究对象,利用大疆无人机精灵3对边坡进行摄影,利用免棱镜全站仪进行坡面控制测量,利用Pix4Dmapper建立边坡三维模型,用未参与建模的控制点进行模型检核,满足精度要求后,在边坡三维模型上测得岩体结构面特征点坐标,结合结构面迹线展示模型和基于三维坐标的产状计算模型,获取结构面的迹线和产状信息。通过与人工罗盘测得的产状信息进行对比得到基于无人机摄影测量的结构面产状获取精度。研究表明,基于无人机摄影测量的岩体结构面信息获取,费用少、劳动强度低、效率高、精度可靠,具有广阔的应用前景。     

基于三维裂隙网络的裂隙岩体表征单元体研究

岩体表征单元体（REV）的研究一直是岩土工程中的重要问题。裂隙岩体REV是其内部复杂结构在尺寸效应上的体现,归因于岩体内裂隙系统的随机性。在三维网络模型的基础上通过计算体积节理数建立了确定岩体REV的方法。这种方法考虑了岩体内裂隙的三维空间密度的特征,采用体积节理数这一参数的收敛状况确定岩体REV的大小。建立了实际岩体的模拟裂隙系统,用一定大小的立方体来分割裂隙系统,统计不同立方体内的体积节理数,并将均值作为最终裂隙岩体的参数。将此参数作为裂隙岩体的属性,通过判别其收敛状况获得了岩体REV的尺寸。考虑了岩体不连续面的特征,建立了REV的分析模型,得出工程岩体的REV的尺寸是裂隙平均迹长的4倍的结论。     

基于无人机航测及Rhino-griddle平台的FLAC3D复杂三维地质体建模技术应用

FLAC3D作为ITASCA公司开发的经典岩土数值分析软件,对于复杂三维地质体模型的建立较为困难。本文以甘肃省某滑坡为例,提出以无人机航测影像为基础,采用DJI Terra或者ContextCapture制作可视化三维模型,通过EPS软件提取的等高线在Rhino-griddle平台进行地质体建模,最后将所建模型导入FLAC3D进行稳定性计算,结果表明：基于无人机影像获取的滑坡地形建模与实际地形、地质结构等吻合度极高,能够很好的解决FLAC3D前期建模困难的问题,基于FLAC3D的强度折减法稳定性分析计算结果与滑坡现场实际变形情况基本一致,即将无人机航测应用于复杂三维地质体建模及模型稳定性分析的方法实现了对滑坡发展趋势的快速评价,能够为滑坡等地质灾害的快速、精细化调查与应急分析提供参考。     

岩体结构面计算机三维扩展模型研究

结合水电站工程采集岩体结构数据的特点,详细介绍岩体中结构面在空间上的扩展与延拓方法,即试图利用有限的地质数据,建立结构面的拟合函数,从而实现三维地质模型可视化。     

岩体随机不连续面三维网络模型的检验

岩体随机不连续面三维网络模拟技术成熟与否的一个重要标志就是最终的网络模型是否能够较真实地再现岩体的实际情况,为了使三维网络模型的结果能够真正地应用于实际工程,就必须对模拟的结果进行必要的检验,检验的办法就是将模拟出的模型剖面图形与原型测量窗口的图形进行图形对比,或者将原型的观测数据与模型的测试数据进行数据对比,当这种检验达到精度时,模拟出的模型为有效模型,可以投入工程实际应用。     

基于倾斜摄影的高位危岩特征获取和稳定性评价

观音山危岩带对拟建恩广高速万开段庙垭隧道、苎溪河特大桥和临近居民构成安全威胁,急需调查治理,但因危岩地处高位,传统调查、评价手段难以实施。通过地质调查、钻孔取样和室内试验获取基础地质信息;利用倾斜摄影对危岩进行识别、几何特征获取和边界条件分析;以赤平投影法和刚体极限平衡法分别进行危岩带、危岩体的稳定性分析;对不稳定危岩单体利用Rocfall软件进行运动学模拟。结果表明:陡崖发育6处主要危岩单体,体积400～5000 m3不等;岩体受2组节理面切割和结构面组合控制,整体稳定性较差,易发生坠落式和倾倒式破坏;其中W3、W6危岩体在暴雨工况下处于不稳定状态,对拟建工程形成滚动冲击,动能为5～12 kJ不等。研究结果可以为观音山危岩治理措施的选型、规模提供设计参数,为高位危岩的调查防治提供参考,对利用航测手段提高传统地质调查效率和精度做出了新思考。     

节理分布位置对岩体剪切破裂特征影响试验研究

节理分布位置影响岩体综合抗剪强度,并控制“锁固段”型岩质边坡启动和破裂演化。通过模型试件剪切试验,分析了节理分布位置对岩体综合抗剪强度和破裂特征的影响程度。试件模型以水泥砂浆为材料,在剪切面不同位置预制封闭节理,使其成为四周密封、内部节理贯通的模型。在不同法向应力下进行剪切试验,测定综合抗剪强度变化规律和剪切破裂特征。试验结果表明:试样破裂面可分为翼部拉张区、翼部压剪区、端部拉张区三部分,各区面积所占比例随节理位置变化而波动。剪切强度参数也随节理位置变化而规律性波动,且法向应力越大,变化幅度越大。     

岩溶山区危岩稳定性分析及危害性预测——以贵州松桃县长冲危岩体为例

岩溶地区山体岩石裸露,地形坡度陡,其发育的危岩体一旦失稳,将对威胁区的居民生命财产造成严重危害,故及时准确地分析灾体的稳定及危害性极具意义。文中以贵州省松桃县和平社区长冲组危岩体为对象,结合工程勘查成果,分析了危岩体区的地形地貌、地质构造和水文特征等孕灾背景,并结合危岩体发育特征深入分析论证危岩体变形破坏模式及影响因素。在此基础上对危岩体稳定性进行定性及定量分析,评估了危岩体的危害程度及发展趋势。结果表明：发育于岩溶山区的危岩体,独特的喀斯特地貌、岩溶特征及复杂的结构面是控制其稳定性的关键因素,降雨、风化等作用为主要诱发因素。提出了初步防治方案建议,为后续采取治理措施提供参考依据。     

基于广域电磁法的页岩气有利区预测——以渝东北巫山地区为例

渝东北巫山地区是重要的页岩气勘探远景区,勘探程度较低.本次研究以岩石物理和测井数据为基础,以广域电磁法为手段,开展该区的页岩气有利区评价.通过对地表样品及井孔电阻率测井资料的分析,揭示研究区目的层富有机质页岩层电阻率表现为明显低阻特征,与上覆下伏地层电性差异明显,表明本区分布的上奥陶统五峰—下志留统龙马溪组富有机质页岩具备开展电法勘探工作的物性条件.在对电磁资料处理解释的基础上,查明了重庆巫山地区“隆凹相间”的构造格局,断裂性质主要为逆断层;目的层上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组富有机质泥页岩连续稳定分布,低阻特征明显,埋深范围在800~4 800m之间.综合考虑目的层页岩电阻率、极化率、埋深等因素,预测出页岩气有利区3个,区内富有机质页岩发育,页岩气勘探前景较好.     

Stability evaluation of rock slope based on discrete fracture network and discrete element model: a case study for the right bank of Yigong Zangbu Bridge

Acta Geotechnica - Distribution characteristics and strength of 3D discrete fractures have a decisive effect on the rock slope stability. How to use the fractures obtained on site to establish a 3D...     

岩体裂隙网络随机生成及连通性研究

基于裂隙几何参数分布的统计特性,应用Monte Carlo模拟技术生成二维裂隙网络.利用无向图方法实现裂隙网络连通图的绘制,并比较了走向服从均匀分布和正态分布的裂隙连通概率.在此基础上,对Balberg等人提出的渗流临界裂隙数(即主干裂隙数)和临界裂隙长度估算方法进行了验证.结果表明,无向图方法可以方便、快捷地实现裂隙网络连通图的绘制;同等条件下走向服从均匀分布比走向服从正态分布的裂隙连通概率大20％左右;当裂隙连通概率大于90％,Balberg等人提出的渗流的临界裂隙数和临界裂隙长度估计值与实际参数值吻合较好,研究成果为裂隙地下水渗流计算提供了分析方法.     

基于无人机航测黄河源弯曲河道泥沙亏损量计算

弯曲河流的河道冲淤变化在长时间尺度处于动态的平衡状况,其泥沙输移部分来自于凹岸冲刷与凸岸淤积的差值。2018年采用无人机航测获取黄河源典型弯曲河流(麦曲、哈曲、格曲和兰木错曲)连续弯道的低空影像数据,通过图像技术处理后生成高精度地形,进而提取单个弯道和连续弯道的断面地形,计算弯道凸、凹两侧断面面积和相邻断面间的差值。结果表明,凹岸侵蚀崩岸产生的泥沙量与凸岸点边滩淤积的泥沙量是不平衡的,即存在一个泥沙亏损量。对于单个弯道,兰木错曲单位河长的泥沙亏损量约为0.191 m^3,麦曲、哈曲和格曲单位河长的泥沙亏损量约为0.045 m^3,且相同河段的沿程亏损量具有不均匀性,其间接反映不同弯道横向的迁移速率具有差异性。     

基于AlexNet网络的二维找矿预测——以松桃—花垣地区沉积型锰矿为例

在大数据的时代背景下,地质大数据逐渐趋于复杂化的模式与其间的空间关联性为基于机器学习算法的矿产资源定量预测带来了更大的挑战。利用深度卷积网络算法优异的分析性能来提取不同成矿条件下多种二维要素图层的空间分布特征与关联性是一项非常有意义的探索性实验。以松桃—花垣地区沉积型锰矿为例,利用深度卷积神经网络模型AlexNet挖掘Mn元素、沉积相、大塘坡组出露、断裂及水系的空间分布与锰矿矿床的就位空间的耦合相关性,以及不同的控矿要素之间的相关性,以此训练出二维矿产预测分类模型。经过训练后,可以得到验证准确率88.89%,召回率为66.67%,损失值0.08的深度卷积神经网络分类模型。应用该模型对未知区进行二维成矿预测,共圈定出91、96、154、184号4个成矿远景区,其中91号和154号的区域含矿概率为1,96号含矿概率为0.5。由此可见,预测区具有很大概率存在尚未发现的矿床。     

基于固有振动频率的滑移式和坠落式危岩块体稳定性评价模型研究

危岩块体的失稳多表现为突发崩塌破坏,无明显位移特征,因此常规位移监测难以达到监测预警的目的,此外影响危岩块体稳定性重要参数之一的危岩块体与母岩粘结面积难以获得,导致危岩块体稳定性评价困难。本文以危岩块体为研究对象,假设危岩块体均质各向同性,主控结构面为单个平面,系统阻尼比小于1,在振幅范围内的变形为线弹性变形,则可将危岩块体振动模型简化为弹簧振子模型。通过理论推导建立了危岩块体固有振动频率、危岩块体与母岩粘结面积、弹性模量和危岩块体质量之间的关系,再结合极限平衡模型,建立了基于固有振动频率的危岩块体稳定性评价模型。以白河堡水库右岸的危岩块体为试验对象,利用无线振动传感器(微芯方),将采集到的数据采用傅里叶变换等数学方法得到危岩块体固有振动频率,再结合固有振动频率与危岩块体粘结面积、弹性模量、危岩块体质量之间的关系,计算出块体粘结面积,最后基于该模型完成危岩块体稳定性评价。试验验证了基于固有振动频率的危岩块体稳定性评价可行性,相比传统方法更加快捷、准确。     

地面岩石波谱测试找矿综合研究——以山西灵丘地区为例

结合区域地质背景,从实测岩矿波谱出发;对实测波谱进行预处理,建立实测波谱库;以岩矿波谱特征理论为指导,以实测样本波谱特征为参照,分析不同矿物波谱具有的特征谱与诊断谱,通过野外岩石样品岩矿鉴定,利用多元线性拟合的方法,从实测波谱中反演氧化物含量,其结果可靠。采用克里金插值法对研究区氧化物进行插值,利用分形理论提取各氧化物异常;采用异常叠加法得到研究区异常集中区。结合化探异常及地质背景,提取了研究区31个找矿远景区。