基于三维地形可视化技术的危岩体调查评价方法研究

发布时间：2020-04-11 04:28

【摘要】：由于研究区危岩体多处于高陡位置,常规的测量仪器很难开展工作,一般的研究手段很难进行深入的研究,一些直接影响研究结果的数据很难获得或是不够精确。加之随着经济社会的发展,高寒地区公路所发挥的作用也将越来越大,对于其沿线危岩体崩塌落石的研究也愈发紧迫。本文运用三维激光扫描技术以及近景摄影测量技术这两种非接触的测量方式,获取了研究区的三维地形数据,并利用这些数据实现多平台模式的三维地形可视化,在此基础上利用离散元数值模拟软件3DEC实现研究区崩塌落石的整个失稳过程研究,最终对研究区崩塌落石的稳定性、失稳后的运动特征以及风险性进行相应研究,以达到利用新手段对危岩体进行调查评价的目的,通过以上的研究取得以下主要成果:(1)对现场获取的三维激光扫描数据以及近景摄影测量数据进行处理转化,生成了适合不同搭载平台的模型,包括虚拟现实模型、三维浏览程序模型以及3D打印出的实体模型。实现了多平台的三维地形可视化。(2)利用获取的天山公路K632公路边坡的高精度点云数据,分别使用赤平投影评价理论以及极限平衡理论,对研究区危岩体的稳定性进行分析。发现天山公路K632危岩一区易产生滑移式的崩塌,K632危岩二区易产生倾倒式的崩塌。在自重、自重+暴雨、自重+地震、自重+冰胀力四种不同工况下对三处危岩体进行稳定性分析,发现K632滑移式危岩Ⅰ在地震作用下易失稳破坏,K632倾倒式危岩Ⅱ在强降雨作用下易失稳破坏。(3)利用获取的天山公路典型坡体精确点云,在运动学理论基础上对研究区危岩体的运动特征进行分析。发现坡体微地貌特征对落石失稳后的运动过程有很大的影响;当坡体受动荷载作用时,地震的抛射作用将会使块石具有更高的动能,危害的区域也将变大;落石运动过程基本上可以划分为初始位移、碰撞弹跳、翻滚这三个阶段,在此基础上计算出两条路径下的落石最终速度以及相应的运动轨迹。(4)结合三维激光扫描数据以及现场勘查成果,对天山公路K632处危岩Ⅰ进行了崩塌落石风险的定量评价。利用崩塌落石发生的年概率、落石到达概率、承灾体时空分布特征以及承灾体的易损性数据,对单个的危岩体的风险性进行分析。通过计算得知,研究区危岩体的风险值属于不可接受的风险区间,需要考虑防灾减灾措施。(5)将获取的K632坡体三维激光扫描点云进行转化,生成一个有着精确坡面信息以及结构面信息的离散元模型。在此基础上,利用3DEC进行数值模拟运算。通过模拟计算可知,在地震动荷载作用下,首先坡体后缘沿着层面将形成裂缝,随着动荷载的变化,后缘的裂缝不断张开并形成贯通,整个失稳块体下部以滑动形式运动,上部由于受到了地震抛射作用的影响,以弹跳碰撞的形式运动,最终沿着落石运动轨迹,一部分块石在公路上堆积,而另一部分块石向着公路更深处弹跳。模拟显示,在地震动荷载作用下,危岩体一旦失稳将对公路运营产生巨大影响。
【图文】：

图 1-1 天山公路 K637 附近崩塌 图 1-2 天山公路 K632 附近崩塌1.2 国内外研究现状1.2.1 建筑变形三维监测在建筑变形监测领域，史友峰（2007）在武汉采用 Optech ILRIS-3D 扫描仪获取了一个拱形建筑物点云数据，借助 Ployworks 数据分析功能实现了点云数据的处理与建模，提出基于三维激光扫描模型的变形监控方法；党晓斌（2011）利用型号为 Lecia ScanStation2的三维激光扫描仪采集长安大学地质大厦点云数据，并对该建筑进行了高精度的三维建模和纹理贴图，同时获取了此建筑一些特征点的三维空间坐标，推算出了建筑顶部房角点的平面位移量、位移方向和垂直沉降量，同时还求出了该建筑的倾斜率及承建点的垂直形变；李建敏等人（2011）利用使用三维激光扫描仪定期对电视塔的移动变形进行观测，对电视塔的形变进行监测，并通过对电视塔的形变监测数据采集处理，可以快速准确地获得研究体空间位置的相对变化；葛纪坤等人（2014）使用 Lecia ScanStation C10 型扫描仪获

图 1-1 天山公路 K637 附近崩塌 图 1-2 天山公路 K632 附近崩塌1.2 国内外研究现状1.2.1 建筑变形三维监测在建筑变形监测领域，史友峰（2007）在武汉采用 Optech ILRIS-3D 扫描仪获取了一个拱形建筑物点云数据，，借助 Ployworks 数据分析功能实现了点云数据的处理与建模，提出基于三维激光扫描模型的变形监控方法；党晓斌（2011）利用型号为 Lecia ScanStation2的三维激光扫描仪采集长安大学地质大厦点云数据，并对该建筑进行了高精度的三维建模和纹理贴图，同时获取了此建筑一些特征点的三维空间坐标，推算出了建筑顶部房角点的平面位移量、位移方向和垂直沉降量，同时还求出了该建筑的倾斜率及承建点的垂直形变；李建敏等人（2011）利用使用三维激光扫描仪定期对电视塔的移动变形进行观测，对电视塔的形变进行监测，并通过对电视塔的形变监测数据采集处理，可以快速准确地获得研究体空间位置的相对变化；葛纪坤等人（2014）使用 Lecia ScanStation C10 型扫描仪获
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45

【参考文献】

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本文编号：2623151