基于数字近景摄影测量的岩体RQD获取

发布时间：2020-04-25 10:55

【摘要】：近些年,随着我国经济建设的快速发展和城市文化水平的不断提高,修建了很多水利水电、交通能源、城镇建设等大型工程,在这些工程建设中,很多情况下都涉及到岩体边坡的稳定性问题,岩体边坡的稳定性评价对于保障人民生命及财产安全具有重要的意义。岩体结构面信息是控制边坡稳定性的重要因素,因此在岩体边坡稳定性评价时,首先应该进行大量随机岩体边坡结构面的信息调查。传统的结构面信息调查方法主要以人工罗盘接触测量为主,由于该方法是接触岩体结构面直接测量,因此是目前较为可靠的结构面信息采集方法。但是该方法存在着劳动强度大、效率低、采集的范围以及获取的信息有限等缺陷,尤其是在高陡边坡以及金属矿边坡,此方法的应用在很大程度上受到限制,无法满足工程勘查需求。因此,数字近景摄影测量技术凭借其非接触测量、速度快、精度高、获取信息量大等优点,被广大专家学者应用到工程地质测量工作中,为传统的工程地质测量开辟了一条新思路、新方法。经过众多专家学者长时间的理论研究与工程实践,目前应用数字近景摄影测量获取岩体边坡结构面信息的技术已经趋于成熟,并能在工程实际中发挥其优势,快速准确地获取大量结构面信息,为岩体边坡稳定性评价提供可靠准确的基础数据。对于岩体边坡稳定性的评价,主要是对岩体质量进行评价。表征岩体质量的参数主要有产状、迹长、连通率以及岩石质量指标(RQD)等,其中RQD是反映整个岩体边坡完整性的指标,是岩体边坡进行稳定性评价的重要依据,因此获取准确可靠的RQD对于岩体边坡稳定性评价具有研究意义。对于RQD的获取国内外学者开展了概率模型法、三维网络模拟法及窗口测线法获取RQD的研究。综合比较,概率模型法及网络模拟法受生成模型的误差影响获取的RQD很难作为岩体整体质量评价的指标;窗口测线法获取的RQD不能真实反映岩体三维空间状态。数字近景摄影测量具有遥测、成本低、容易实现、劳动强度小、获取全景露头信息等优势,开展基于数字近景摄影测量的岩体RQD获取研究,拟从数据获取、方法模型方面对RQD获取进行改善。本文以长春净月东升采石场为研究区,基于数字近景摄影测量技术,非接触量测岩体边坡全景露头大量结构面的空间迹长、产状信息,并且将迹线三维坐标分别投影到YOZ、YOX以及XOZ三个投影面,采用不同间距布设不同方向测线的方法来计算各个投影面上的RQD值,进而综合对比分析,加权平均获取RQD值。在迹线三维数据信息获取时,针对植被及崩塌碎石遮挡而不能采集的空白区,通过判断测线与空白区的交切关系,剔除空白区的影响,进而有效地计算RQD值,大大提高RQD值的准确性,减少了计算误差。本文还研究了不同方向测线及测线间距对RQD的影响,发现RQD具有明显的尺度效应。同时根据产状对结构面进行分组,计算各组结构面的平均间距,为裂隙岩体的质量评价提供可靠的参数依据。综上所述,本文取得以下研究成果:(1)基于数字近景摄影测量的结构面信息获取。数字近景摄影测量获取结构面信息分为外业工作和内业工作。外业工作主要包括基于免棱镜全站仪空间极坐标法控制测量、边坡影像获取与校正;内业工作主要包括基于数字摄影测量工作站Virtuo Zo的边坡三维建模以及基于空间坐标的结构面信息解算模型的信息解译等。研究表明,该方法可以快速获取岩体边坡全景露头大量随机结构面信息。(2)三视投影的加权RQD获取。提出“三二三”法,即将复杂的三维问题投影到三个相互垂直的平面上,在各投影面下分别布设不同方向的测线,根据各投影面迹线分布面积,确定各投影面RQD值的权重系数,对各投影面RQD进行加权平均,将二维问题转化成三维问题,获得具有三视投影的加权RQD,作为评价岩体完整性质量的指标。(3)顾及空白区影响的RQD模型改进。针对植被及崩塌碎石遮挡而不能进行结构面信息采集的空白区,通过判断测线与空白区的交切关系,提出顾及空白区影响的RQD改进模型,获取的RQD与未顾及空白区影响得到的RQD对比,发现空白区的存在对RQD的影响在10%左右,影响岩体质量评价的等级。(4)测线间距的尺度效应研究。通过布设不同方向、不同间距的测线获取RQD,发现RQD随测线间距的变化而显著变化,因此测线间距具有尺度效应。当测线间距在0-1m时,各投影面的RQD值变化在1%左右,RQD值较稳定;当测线间距在1m-4m时,各投影面的RQD值变化在12%左右,RQD值变化较大;因此对于本所文研究的边坡而言,1m为其最佳测线间距。研究成果具有理论和工程实践意义。
【图文】：

示意图,线性误差,示意图,像点

的基本关系式则上是由共线条件方程式推演而来，基于共线条的对应关系[63]。如公式（2-1）所示，在顾及不正情况下，可改写共线条件方程成如下形式：( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) + + + + += + + + + += SSSSSSySSSSSSxaXXbYYcZZaXXbYYcZZyδfaXXbYYcZZaXXbYYcZZxδf33322203331110…差改正数（包含 ds、d β）。如图 2.5 所示，c-xy 为在以像主点为坐标原点时，，不包含线性误差的像 dβ 误差的像点 p 的坐标为 ( )21om ,om、既包含不正的像点 p 的坐标（实际在 p’点）为( )21om ,om′ 。y

原理图,全站仪,高程测量,垂距

图 2.6 全站仪垂距测量法高程测量原理常采用空间极坐标测量法，由于岩体边坡大多陡峭难用全站仪免棱镜模式对边坡表面控制点进行空间极坐全站仪的三轴交点，以真北方向为 X 轴，天顶方向控制点，在点 O 处通过全站仪免棱镜模式测量 OP制点 P 的三维坐标为： = = = ZrcosYrsinθsinXrsinθcosPPP………………XZ( )PPPPX,Y,Z
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P234.1

【参考文献】