三维激光扫描系统在头寨岩崩堆积体粗碎屑几何形态学研究中的应用

发布时间：2020-10-24 17:07

　　 大型高速远程滑坡是一种破坏力极强的地质灾害,其具有运移距离远、速度快、冲击破坏力强、能量大的特点。云南地区的地质构造较为复杂,形成了绵延不断的高山峡谷,这种巨大破坏力的滑坡灾害造成的破坏对该地区影响重大。晚二叠世峨眉山玄武岩广泛分布于该地区,其是一套极易发生滑坡灾害的特殊岩系,因此对此类滑坡灾害的研究有着重要的理论与现实意义。峨眉山玄武岩作为此类滑坡的物质基础,其几何形态特征是岩崩碎屑流高速远程运移的重要影响因素。目前对于滑坡灾害的研究主要集中在滑坡碎屑运动学及其诱发因素方面,关于玄武岩碎屑的形态特征还没有系统的研究。本次研究基于三维激光扫描系统构建了头寨岩崩粗碎屑和新莲隧道呈贡段开挖弃石的三维数字模型,通过对两者的二维和三维形态特征进行量化和对比分析,以讨论头寨岩崩粗碎屑的形态特征和潜在规律,并建立使用三维激光扫描仪进行测量和统计的方法。本文构建了岩石碎屑的精细结构模型,还原了碎屑颗粒真实的几何参数,并对头寨岩崩滑坡碎屑流的成因机理进行探讨,为今后对P_2β岩崩灾害的研究提供了依据,便于进一步的数值模拟,并为岩崩灾害的评价提供了可靠的基础数据。本文主要对以下内容展开研究:(1)采用三维激光扫描系统对滑坡堆积体与新莲隧道呈贡段的玄武岩样品进行空间数据的获取,再通过逆向建模软件构建每个样品的三维数字模型;(2)截取三维数字模型的三视图,再通过数字图像处理软件Image J对三视图像的轴向系数、圆度,圆形度和密实度等二维形状参数进行定量评价,并探讨了各个统计参数之间的内在联系;(3)提取每个玄武岩样品三维数字模型的三维形状参数,如形貌参数、棱角特性和分形维数等形状表征参数进行统计分析,并探究其潜在规律。(4)通过进行详细地野外调查与室内相应的形态参数研究,对头寨岩崩灾害的成因机理进行探讨。通过上述内容的研究,可以得出如下研究结论:(1)使用三维激光扫描技术能高精度的获取目标物的三维数字模型。(2)头寨堆积体粗碎屑的平均轴向系数为1.395,随着颗粒粒径的增大其轴向系数呈下降的趋势;平坦度和伸长率的统计结果表明头寨堆积体粗碎屑多呈球状且形状较为均匀,而新莲隧道呈贡段样品较为锐利且其几何形态较为多变;颗粒的形状等级随着粒径增大而增加。(3)头寨堆积体粗碎屑的平均圆形度为0.725;圆形度与密实度,圆度与密实度之间具有较明显的正相关性;岩石表面的节理裂隙随着体积的增大逐渐增多;岩石颗粒的比表面积随颗粒粒径的增大而减小。头寨滑坡区域粗碎屑的平均比表面积为0.225 m~2/kg,新莲隧道呈贡段玄武岩样品的平均比表面积为0.257 m~2/kg,表明头寨岩崩堆积体粗碎屑结构致密磨圆度较好。(4)磨圆度和球形度的结果表明玄武岩颗粒粒径和磨圆度呈相关性;球形度可以较好地表征岩石颗粒的表面规则程度;头寨堆积体粗碎屑磨圆度数值的平均值为0.853,球形度数值的平均值为0.793;三维分形维数能较好地反映头寨堆积体粗碎屑的三维形态特征。(5)风化作用及其产物对头寨滑坡失稳产生了重要的影响。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P642.22
【部分图文】：

究区概况究区位于云南省昭通市东北方向约 30km 处的盘河乡的头寨村，地理坐标′32″—103°52′38″，北纬 27°33′12″—27°33′16″，区域位置如图 2.1 所示。头寨岩向斜的西北翼，盘河主要沿向斜轴线流动，其左岸发育了许多深部分支，包括91 年 9 月 23 日 18 点 10 分，头寨村发生罕见的大型岩崩灾害，失稳的山体从处一瞬间倾泻而下，与山间沟谷峭壁产生激烈碰撞后最终以碎屑的形态堆积在标高为 1820m，整个岩崩滑移的距离超过 3 公里，滑坡体总方量约为 9×106m程约 3 分钟。此次岩崩灾害将沟口处的头寨村几乎全部掩盖，共造成 216 人程度受伤、摧毁房屋 202 间、牲畜被埋没近 300 头、覆盖农田 300 余亩、淹没电线和通信线路被损坏 300 多米，最终造成经济损失达 1200 万元，此次岩崩灾为止发生过的最严重的滑坡灾害之一[23]。

形态特征现场测定，滑源区后缘高程为 2583m，前缘为 2230m，宽度为 325m、滑动00m，在平面上呈现“梯形”形态。在现场通过经纬仪与室内分析卫星地图综崩滑体的几何参数为：长宽高分别为 300m、300m、100m，由此计算滑坡06m3。滑坡发生后，在滑床的两侧及剪出口附近还存在总方量约为 5×10其主要由滑坡发生后左右两侧陡壁落下的残坡堆积物形成。滑坡堆积体的平面分布受到头寨沟谷的限制呈长条状，按高程从高海拔到46°、108°三段。从岩崩灾害发生前后的卫星地图进行对比发现，堆积体0m，其平均宽度达到 130m，堆积体的宽度最窄处有 60m，最宽段是处于前m。堆积体的表面较为平缓，没有明显的高低起伏，位于上游的坡度约 1为 4.4°。

的野草所覆盖，而其他地区则是典型的戈壁景观，整个沟谷被 P2β 碎石覆盖，碎石的粒径比较均匀，由于受到降雨及地表径流的冲刷，碎石呈现类似“戈壁”的分布，如图 2.2 所示。2.3 取样方法为使研究结果更具有可比性，本次激光扫描样在头寨岩崩区和新莲隧道呈贡段两个实验区都进行样品采集，且取样方法相同。从岩崩剪出口至堆积扇前缘选择均匀间隔（几乎等距）的 13 个采样点（No.1~No.13），在每个采样点用21 1m的矩形金属框随机选定一块区域（如图 2.4 所示），收集方框范围内的目测粒度在 10cm 以上的表层淋滤块石，称重并统计数量，再用保鲜膜包裹上多层并收集装箱带回，以便于内业进行激光扫描。头寨岩崩滑坡运移至山脚头寨村形成一大片由各种粒径碎屑组成的堆积扇，在采样时为了覆盖完全，本次研究在堆积扇上采集了 9-13 号采样点的粗碎屑进行扫描分析。取样点分布如图 2.3 所示。
【参考文献】

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本文编号：2854744