基于多目摄影精细化重构的无人机泥石流灾害探测技术

近年来西南地区地质灾害频发,无人机航测技术在地质灾害探测中具有明显优势。本文采用垂起固定翼无人机作为平台,搭载五镜头多目摄影相机,探测获取了凉山州龙门沟泥石流形态、沟道、物源及分区等相关参数,阐述并讨论了五镜头多目摄影相机的优势和无人机航测技术在泥石流灾害探测中的具体应用方法和应用效果。结论如下:①五镜头多目摄影相机与传统单目相机相比,具有能够从垂直、倾斜多个不同角度采集数据的优势,获取的高清影像数据经过精细化重构后生成的正射影像、三维模型纹理更加全面、分辨率更高;②利用精细化重构生产的正射影像和三维模型,解译出泥石流灾害区滑坡、崩塌、岩堆、危岩落石物源总计21处,并根据平均厚度和面积估算出各物源物质的净储量和动储量,为防治设计提供了数据基础;③无人机航测技术具有机动灵活、应急性强、勘察范围大、可溯化强、飞行成本低等优势,在灾害探测中具有较高的推广价值和意义。

三维激光扫描技术在高陡边坡地质调查中的应用

三维激光扫描技术的产生是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命,可以广泛应用于工程建设与物体三维测量相关的众多领域,具有高效率、高精度的独特优势。目前,该项技术的应用在国外尚处于起步阶段,国内应用还颇为鲜见,尤其是在地质和岩土工程领域。在对该项技术的总体情况进行简单介绍的基础上,结合工程实例,阐述应用该项技术解决高陡边坡调查中,关于边坡快速编录和岩体结构面参数测量的原理与方法,由此可以看出该项技术在地质和岩土工程领域的应用前景和价值。

滑坡位移-时间曲线特征的物理模拟试验研究

位移-时间曲线表征了滑坡变形状态及相对的稳定性程度,是监测滑坡变形和失稳预测至关重要的数据资料。目前所获取的滑坡变形全过程监测资料并不多,大多数是临滑前的短期监测资料,而一些突发型滑坡的变形监测资料更是难以收集。由此,滑坡位移-时间曲线簇的类型及分布特征的研究受到了数据资料不足的约束而难以开展,一些滑坡预警理论都是基于推断和理论分析的基础上而得出的,缺少数据支撑。本文通过物理模拟的办法,自行设计制作了变角度的物理模拟试验框架,开发完成了位移数据的自动采集系统,经一年多的试验测试,对试验设备软硬件及模型材料不断调整、优化,完成了7组12条位移-时间曲线的采集工作,从而获取了不同受力条件下斜坡的变形破坏的时间-位移曲线簇,为进一步的理论研究提供了科学的数据资料。

贵州凯里龙场镇山体崩塌基本特征与成因分析

2013年2月18日11时30分左右,贵州省黔东南苗族侗族自治州凯里市龙场镇鱼洞村岔河组山体发生大规模崩塌,崩塌体堆积于山体陡崖底部鱼洞河河道内,形成约30×104m3的堆积体堰塞坝,掩埋房屋数间,灾害造成5人失踪,转移安置21户79人。本文在对灾害现场进行大量地质调查的基础上,结合无人机航拍、三维激光扫描等技术手段,对龙场镇崩塌体特征进行了详细描述;对灾害发生原因进行了初步分析。结果表明,龙场镇山体崩塌是在不利岩体结构、地形地质组合条件下,受到长期地下水溶蚀和风化作用影响,加之采矿的底部削弱效应,导致受陡倾裂隙控制的薄板状岩体强度达到极限状态,最终产生此次大型岩体崩塌事件。在黔东南地区类似地质条件分布广泛,深入研究龙场镇崩塌形成条件及成灾机理,对贵州省岩溶地区类似崩塌地质灾害隐患点的早期识别与防范,提高减灾防灾工作认识具有现实意义。

三维激光扫描测量在汶川地震后都汶公路快速抢通中的应用

都(江堰)汶(川)公路是一条高等级山区公路,同时是连接都江堰与汶川县城的主要干道,溯岷江而北上,全长108km。强烈的汶川地震导致了公路两侧大量崩塌、滑坡等地质灾害发生,严重阻断了交通生命线,由于公路沿线河谷狭窄、山高坡陡、表部岩石破碎,又适逢雨季来临,崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害为震后抢险救灾及地质调查工作带来极大挑战。本文通过三维激光扫描测量技术在都汶公路快速抢通中的应用,讨论其在抢险救灾快速反应中与传统地质调查方法相结合的适用性与可行性,从中不难看出该项技术具有精度高、速度快、真实反映原型并能快速提取相关信息,其势必成为传统地质调查方法的有益补充。

三维激光扫描技术获取高精度DTM的应用研究

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术,是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命,它突破了传统的单点测量方法,具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据,因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。本文将以一工程边坡为例讨论利用三维激光扫描技术快速获取数字地形模型的方法,着重论述三维点云数据的获取、拼接、坐标校正、去噪及数字高程模型的生成方法,由此得出在一定空间范围内利用三维激光扫描技术快速获取高精度高分辨率的数字地形模型具有可行性。

超高压射流破岩规律在钻头设计上的应用

超高压射流破岩的室内试验研究发现:射流压力越高破岩效果越好;最优喷距随着射流压力的升高而增大,200 MPa时最优喷距达到32.5倍喷嘴直径;150 MPa时破岩效率最高;喷嘴安装角度为12.5°时破岩效果最好。据此,对超高压PDC钻头的喷嘴布置进行了优化,认为普通喷嘴布置方式是不合理的,并优选出了最佳超高压喷嘴布置方式,这有利于提高超高压射流破岩效果。

徕卡ScanStation2激光扫描仪在水电工程地质编录中的应用

一、引言 随着社会发展对能源需求的与日俱增,近年来我国水电建设方兴未艾。可是水电开发往往进行于高山峡谷之中,并且由于山高坡陡,场地道路简易,因此导致水电建设的勘察工作艰苦且危险,也对地质勘察信息的获取带来了大量困难。

滑坡变形破坏行为物理模拟研究

不同类型的滑坡具有不同的变形破坏行为,同一斜坡在不同受力条件下也可能表现出不同的变形破坏行为。为了能在室内实际观测到斜坡在不同受力状态下的变形破坏行为,设计制作了可以调整角度的模型试验框架,自主研发了模型位移测量装置,通过大量测试最终选择成都粘土作为滑带土材料,开展了近一年的滑坡变形破坏行为的物理模拟试验研究,共完成7种倾角14组模拟试验,得到了不同受力条件下的滑坡变形-时间线簇,进一步揭示了滑坡变形-时间曲线的特征,为斜坡变形-时间曲线类型归纳提供了依据。

2009年6·5重庆武隆鸡尾山崩滑灾害基本特征与成因机理初步研究

2009年6月5日下午15时许,重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山山体发生了大规模的崩滑,约500万m3被结构面切割成"积木块"状的灰岩山体,沿缓倾页岩软弱夹层发生整体滑动。高速运动的滑体物质在堵塞前部宽约200m,深约50m的铁匠沟沟谷后,形成平均厚约30m,纵向长度约2200m的堆积区,掩埋了12户民房和正在开采铁矿的矿井入口,造成10人死亡,64人失踪,8人受伤,成为近年来少有的一次崩滑灾难性事件。本文在对灾害现场进行大量地质调查的基础上,结合遥感、三维激光扫描等综合手段,对鸡尾山崩滑体特征进行了详细描述,对灾害发生原因进行了初步分析。结果表明,鸡尾山山体垮塌是在不利的地质结构条件下,并受到长期重力、岩溶等作用和采矿活动的影响,因前部起阻挡作用的关键块体被剪断突破而导致的一起大型山体崩滑事件。深入研究鸡尾山崩滑体的形成条件和成灾机理,对我国西南地区存在与鸡尾山崩滑体类似地质条件的灾害隐患点的减灾防灾工作,具有重要的指导意义。

2018年10月和11月金沙江白格两次滑坡-堰塞堵江事件分析研究

2018年10月11日和11月3日,在西藏自治区江达县波罗乡白格村与四川省白玉县绒盖乡则巴村交界处金沙江西藏岸(右岸)先后两次发生大规模高位滑坡,堵塞金沙江,形成堰塞湖。尤其是第二次滑坡-堰塞堵江,因坝体过高(堰塞湖水位可到50 m),堰塞湖库容较大(超过5×108m3),不得不通过修建导流槽主动降低堰塞湖水位。经过人工干预,第二次堰塞体于11月13日被完全冲开,险情得以解除,但下泄的洪水在下游四川、云南境内仍造成严重的洪涝灾害。本文通过对两次滑坡的现场地质调查,结合历史遥感影像解译、In SAR监测、无人机航拍、地面变形监测等技术手段,查明了白格滑坡区斜坡的变形历史、两次滑坡及其堰塞堵江的基本特征及其动态演化特征,简述了第二次滑坡-堰塞体的应急处置以及为保证现场施工安全所开展的"实战性"监测预警工作。在同一部位先后两次发生大规模滑坡堵江事件并对其采取了及时有效的应急处置,其案例非常典型,对类似地质灾害事件具有很好的参考借鉴意义。

“天-空-地”协同滑坡监测技术进展

滑坡灾害是全球范围内发生频率最高、分布范围最广、造成损失最重的自然灾害之一,严重威胁着人类生命财产和重大工程设施的安全。科学监测是实现滑坡预警预报与主动防范的重要技术前提,经过多年的技术攻关,融合高分辨率光学遥感、卫星InSAR、无人机摄影测量、无线传感网络(WSN)等多种新技术方法,滑坡监测已从传统点式人工监测逐步发展到“天-空-地”多维协同监测,在我国地质灾害风险识别与监测预警方面取得显著成效。本文结合多年来对滑坡发生机理与变形破坏过程的研究认识,从天(光学遥感和InSAR)、空(无人机摄影测量)、地(全球导航卫星系统、裂缝计等专业监测)三维立体角度对我国滑坡监测技术的最新研究进展进行了系统总结,分析讨论了不同技术在工程实践中的技术优势和适用性,构建了滑坡变形破坏全过程的“天-空-地”协同监测技术体系,为滑坡地质灾害的科学防范提供一种新的思维范式和经验指导。

2015年4.29甘肃黑方台党川2~#滑坡基本特征与成因机理研究

2015年4月29日早上7点55分,甘肃省永靖县盐锅峡镇党川村发生了小规模黄土滑坡,约5×10~4m^3失稳的黄土从黄河Ⅳ级台塬黑方台冲向黄河Ⅱ级台塬。滑坡后仅3h,再次产生较大规模的黄土滑坡,约35×10~4m^3黄土泥流冲向下游,形成长约780m,宽100m的堆积体,最大的堆积厚度17m,在党川段是少有的灾难性的滑坡。本文在滑前位移监测和裂缝分布变形研究的基础上,结合详细地质调查、低空摄影测量、现场工程地质测绘、含水率实验等手段,对党川2~#滑坡的基本特征进行了分析,并形成滑坡发生及成灾原因初步认识。结果表明:(1)从时间上来看,党川2~#滑坡共发生2次滑动,根据滑动模式和堆积特征上分析,第Ⅰ次相对独立,第Ⅱ次分为3轮滑动,共4轮滑动;(2)第Ⅰ次滑动区域面积8396m^2,变形区域仅在台塬边较小范围内,滑前长期蠕动变形是第Ⅰ次滑动发生诱发因素;(3)第Ⅱ次滑动区域面积为27422m^2,地表裂缝较少,滑前裂缝无明显位移变形,底部黄土的液化对台塬黄土滑坡的运动起了非常重要的作用,该次滑动滑距长、破坏强,具有突发性;(4)党川段开始发生大规模静态液化型黄土滑坡,并以落水洞形成滑坡边界,这对其他区段早期识别和监测预警研究具有重要意义。

基于确定性系数组合模型的区域滑坡敏感性评价

本文以四川茂县叠溪镇到石大关乡为研究区,根据野外资料并结合研究区的基本情况,选取了坡度、剖面曲率、起伏度、坡向、距河流距离、高程、地层、距断层距离、土地类型、植被覆盖度10个影响因子。以GIS技术作为操作平台,采用确定性系数+层次分析法(CF-AHP)、确定性系数+逻辑回归方法(CF-LR)和确定性系数+神经网络的多层感知器方法(CF-MLP) 3种方法对研究区滑坡灾害敏感性进行评价,将该区域滑坡灾害划分为极低、低、中、高敏感区4类,并通过受试者工作特征曲线(ROC)检验模型的效果。CF-AHP、CF-LR和CF-MLP组合模型ROC曲线的线下面积(AUC)分别为0. 850、0. 884和0. 867,CF-LR组合模型效果最好。CF-LR组合模型中,高、中、低和极低敏感区面积分别占研究区总面积的11. 3%、25. 1%、22. 5%和41. 1%。研究结果表明,高敏感区主要集中在主要水系周围与断层集中区域,计算出的敏感性分区结果与研究区实际情况接近,能够在地质灾害风险评价中起到重要参考作用。

2010年7·27四川汉源二蛮山滑坡-碎屑流特征与成因机理研究

2010年7月27日凌晨4时许,四川省汉源县万工乡二蛮山发生大规模滑坡,约48×104m3的强风化玄武岩体,在前期降雨的影响下高位高速滑出,随即解体转化为碎屑流,沿沟谷高速运动,沿途不断携卷和铲刮堆积于沟床及两侧斜坡的表层松散物质,使滑体的体积和含水量不断增大。当运动到沟谷中段时,因沟道在此向右偏转,在强大的惯性力作用下,部分碎屑流体冲向左岸斜坡,将居住于此的双合村一组5户村民房屋掩埋,造成20人失踪;另一部分碎屑流体继续沿沟谷高速运动近1.4km才最终停止。约30m in后,堆积于沟谷中段深切沟道内的滑坡堆积物,在重力作用下再次启动,形成二次滑坡。二次滑坡缓慢蠕滑流动数小时,最终到达万工新集镇,将部分房屋推倒掩埋,造成92户房屋受损、1500人被迫紧急转移。本文在对灾害现场进行详细地质调查的基础上,结合现场测绘、颗分试验、航拍等手段,对二蛮山滑坡体的基本特征进行了较深入的调查研究,对滑坡发生及成灾原因进行了初步分析。结果表明,滑源区相对突出的地形条件、风化破碎的玄武岩体和有利的结构面组合是滑坡发生的基本条件;前期降雨期间爆发的泥石流对滑源区坡脚的掏蚀、强降雨的饱水加载作用以及雨水沿陡倾张裂结构面的下渗软化作用,是诱发滑坡发生的直接原因。二蛮山沟谷原为一高频泥石流沟,滑坡发生前并无明显的滑坡迹象,滑坡的发生表现出极强的隐蔽性和突发性以及高位高速远程运动和危害巨大的特点,同时,主滑坡发生后在短时间内滑坡区再次启动发生二次滑坡,这些现象和特点具有特殊性,也具有典型性,值得深入研究。

2022年M_(S)6.8级泸定地震诱发地质灾害特征与空间分布规律研究

2022年9月5日四川甘孜泸定县发生6.8级地震,诱发了大量地质灾害,造成房屋损毁和多处道路阻断,并导致了严重的人员伤亡。快速预测地震诱发地质灾害空间分布对震后应急救援至关重要。为此,成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室利用已建立的地震诱发滑坡近实时预测模型,在震后2 h内,快速预测了地震诱发滑坡空间分布概率。同时,利用震后重点区域的无人机影像和国产高分六号影像,对地震诱发滑坡进行了智能识别和人工解译及现场调查复核,共解译滑坡3633处,总面积13.78 km^(2)。研究发现本次泸定地震诱发滑坡,较2008年汶川和2017年九寨沟地震滑坡,规模相对较小。本次地震诱发滑坡主要分布于鲜水河断裂带和大渡河两侧,呈带状分布,在磨西镇、得妥镇及王岗坪彝族藏族乡等Ⅸ度烈度区相对集中。对控制滑坡空间分布的地形地貌、地质和地震3类因素9个因子进行分析,发现其主要分布在坡度35°~55°、高程1000~1800 m范围内;受断层控制强烈,主要分布在距断层1 km范围内;在花岗岩中最为发育。上述研究成果获得的地震诱发滑坡及受损道路和房屋分布情况,为震后应急救援提供了重要支撑。

地下水诱发渐进后退式黄土滑坡成因机理研究——以甘肃黑方台灌溉型黄土滑坡为例

黑方台位于我国甘肃省永靖县,该区由于长期灌溉导致地下水位上升,诱发了大量的黄土滑坡,其中最典型的一类滑坡为渐进后退式黄土滑坡。通过对比代表性滑坡多期Google影像,并结合现场调查分析了近年来新发生的滑坡,发现该类黄土滑坡具有典型的渐进后退式演化过程。现场调查和对典型滑坡剖面黄土含水率的实测发现,黄土层底部受地下水的长期浸泡软化所形成的软基效应是使黄土滑坡不断发生的主要原因,而滑坡发生后留下的弧形凹槽往往成为地下水局部集中汇聚和排泄点,滑源区被滑坡残留体覆盖导致地下水位局部雍高上涨,将导致同一滑坡发生多次渐进后退式破坏。

强震触发崩塌滚石运动特征研究

高强度、长持时汶川地震诱发大量边坡滚石,滚石源于岩体结构面切割而成的块体或岩土质边坡中尺寸较大的孤石。以汶川地震未扰动现场滚石痕迹的判识、测量取样及分析,得出强震作用下块体(石)是以一定初始速度抛射而出的;其坡面运动表现为滑动、滚动、跳跃与3种方式的组合。选取2个典型强震崩塌点为例进行研究,基本结论:(1)与重力作用下崩塌滚石运动特征是有显著区别的,地震触发滚石具有一定的平抛速度,初始速度除与地震烈度有关外,还与地形地貌有关,其中变坡点、凸起点、端部速度较大;(2)滚石三边(长、宽、高)比例越接近,其运距越远;坡面相对1/2高度以上,运动方式表现为跳跃-滚动、跳跃-滑动为主,其下滚石则以滑动、滚动运动为主;(3)规模(质量)大的滚石多停留于第一着地点附近或边坡坡脚宽缓地带,滚石运动消能方式为摩擦或碰撞解体;滚石平台阻滞率为54%,树(灌)木拦阻率为12%。通过反演,计算了非弹性碰撞法向恢复系数Rn与切向恢复系数Rt,其中裸露基岩Rn=0.2,Rt=0.6,一般覆盖层Rn=0.3,Rt=0.8。滚石在运动过程中的弹跳理论高度在0.2～1.3m之间,坡面相对高差与最远滚动距离之比约为1/2。

2019年7月23日贵州水城县鸡场镇滑坡-碎屑流特征与成因机理研究

2019年7月23日20时40分许,贵州省水城县鸡场镇坪地村岔沟组发生高位滑坡,高速运动的碎屑物质沿途铲刮坡面原有松散崩滑堆积物,最终形成体积约为191.2×10~4m^3的堆积体,摧毁坡脚的居民区,造成43人遇难,9人失踪。通过对灾害发生现场进行详细的地质调查,本文综合运用无人机航拍、现场测试等技术手段,对鸡场滑坡特征进行了详细描述,初步阐述了滑坡发生的动力学过程和成因机理,并对残余滑坡堆积体的潜在危险性进行了分析。初步研究结果认为,滑坡源区特殊的地形条件、风化碎裂的玄武岩体和不利的岩体结构面是滑坡形成的内因,强降雨的饱水加载和下渗软化作用,以及公路切坡扰动是导致滑坡发生的外因。鸡场滑坡发生前斜坡无明显的变形迹象,表现出极强的隐蔽性和突发性。滑坡发生后碎屑流远程运动了约1.3 km,造成了巨大的危害。深入研究鸡场滑坡的形成过程和成灾机理,对我国西南山区存在类似条件的地质灾害隐患点的减灾防灾工作,具有重要的指导意义。

基于高精度低空摄影测量的黄土滑坡精细测绘

滑坡体积精确计算看似简单实则困难。黄土高原具有植被稀少、岩土暴露程度高、滑坡易发多发等特点。本文在充分认识上述特点的基础上,尝试采用高精度低空摄影测量技术来精确测算滑坡方量。与传统计算方法、遥感和三维激光扫描对比,低空摄影具有受各类因素影响较小、作业灵活、高效、产品精度高等优点。本文以甘肃黑方台党川2#黄土滑坡为例,在介绍近景摄影测量数据获取方法的基础上,采用滑坡前后的高精度的低空摄影测量数据源和结合现场调查,对该滑坡进行精细测绘,实现"数字化滑坡"。研究结果表明:(1)滑坡长217m,宽176m,滑坡平均厚度约20m(滑源区),滑距782m,后缘到前缘的落差122m,影响面积为105216m^2;(2)根据斜坡各部分滑动和堆积特征,将其细分为崩滑区、主滑区、滑塌区、流通堆积区、铲卷堆积区、挤压堆积区、二次堆积区、粉尘堆积区;(3)以高精度DEM求得,滑动和堆积方量体积分别为31.72×10~4m^3和49.96×10~4m^3;(4)滑坡整体松散系数为1.411,局部的干密度差别较大,其大小与滑坡发育特征和运动过程有密切关系。