基于计算机辅助检测技术的滑坡模型试验坡面位移场测量

将计算机辅助检测技术(computer aided inspection, CAI)引入到滑坡物理模型试验坡面位移场测量中,采用高精度的三维激光扫描设备对滑坡物理模型试验中坡体表面的位移和变形进行全方位的监测,采用“3D比较”测量坡体表面位移场。提出采用计算机辅助检测技术测量滑坡模型试验中坡体表面位移场的技术路线,并通过抗滑桩加固滑坡模型进行了实例测试,获得满意的结果。结果表明,计算机辅助检测技术可以最大限度的采集坡体表面的三维数据,获取坡体信息丰富、全面的位移场结果,避免传统单点监测以点带面的局限性;应用计算机辅助检测技术直观展现传统监测方法难以观察到的坡体边界效应、土拱效应等试验现象;计算机辅助检测技术所测位移场规律性好,与定性及理论结果相符,与试验过程中各种现象符合很好,结果可信、可靠。     

基于车载三维激光扫描系统的滑坡变形监测方法

在简述现代变形监测主要方法的基础上,着重阐述了基于车载激光扫描系统的变形监测方法,以灰色系统理论为基础推导了基于点云数据的滑坡变形监测模型,探讨了滑坡监测点选取方法。利用车载激光扫描系统对某区域进行滑坡监测,采用灰色模型方法对监测点数据进行分析预测。实验结果表明:利用车载激光扫描点云数据进行滑坡监测具有可行性。     

基于三维激光扫描的堆积体滑坡变形机理及阈值模型试验研究

为分析白龙江流域舟曲段江顶崖滑坡的变形演化机理及其阈值,设计降雨条件下的大型堆积体滑坡物理模型试验,采用FARO FocusS 350三维激光扫描仪进行滑坡数据采集、处理,获取滑坡在不同降雨工况的点云模型数据,对比分析不同降雨工况下滑坡宏观及局部特征点的变化情况。研究表明：滑坡模型表面出现持续、快速、变化鲜明的整体变形特征,伴随出现滑坡模型中、前部横向、纵向的张拉裂缝,表明在非饱和渗流影响下,堆积体滑坡模型的基质吸力降低、孔隙水压力以及滑坡体重力荷载增加,导致滑坡模型临近失稳;根据滑坡模型宏观变形情况,其变形演化过程可划分为：初始变形阶段、等速变形阶段和加速变形阶段,3个不同变形阶段坡体宏观变形各自有其特点。通过对试验阶段的变形特征分析,设立了滑坡变形速率阈值,分别为0.01 m/h、0.02 m/h、0.2 m/h。基于三维激光扫描技术坡体监测,结合坡体变形宏观和局部分析的优势,在保证高精度监测、采集、处理的同时,得到坡体的整体变形和位移。     

三维激光扫描技术在阎家沟滑坡变形监测中的应用

为分析子长县阎家沟滑坡的变形特征,在2012年和2013年分3期对滑坡体进行了三维激光扫描。采用点云拼接、数据过滤、植被去除等技术手段,获取滑坡体在不同时期的DEM数据,基于多期DEM进行了滑坡整体变形分析,并通过多期点云数据的叠加及剖面生成,分析了滑坡局部及特征点的变形情况。分析结果表明,滑坡处于蠕动变形阶段,滑坡体前缘整体变形量在0.25~0.65 m/a;从2012年6月27日到2012年10月31日,滑坡体高程最大下降值为0.5 m;从2012年10月31日到2013年10月20日,滑坡体最大下错位移为1.2 m。三维激光扫描技术可精确的监测滑坡的表部变形情况,在滑坡变形监测中具有良好的应用前景。     

基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理

地面三维激光扫描技术可以高精度、高密度、高速度地测量物体表面三维空间坐标,从而详细描述表面细部状况。它已经在静态形状测量中获得了成功的应用。目前,滑坡地表变形分析主要是采用GPS或全站仪测量的少量特征点来进行,缺乏整体变形资料。但滑坡变形体的诸多细节变化对正确的变形分析有着重要的作用,将该技术引入到滑坡变形监测与分析中,可充分利用滑坡体上的大量点自然地物作为监测点,来完整监测和分析其变形。作为一项新的研究内容,文章对此进行了相应的理论分析与实际测量,获得了初步满意的结果。     

基于三维激光扫描仪的滑坡表面变形监测方法——以金坪子滑坡为例

近年来,三维激光扫描仪越来越多地被应用于滑坡变形监测领域以降低或减少滑坡灾害带来的风险。本文以云南省乌东德地区金坪子滑坡为例,运用三维激光扫描仪监测技术对处在库区的金坪子滑坡表面变形进行了监测与研究。传统的监测数据显示,该滑坡正以每年约30cm的高速度向前推动,运动的结果可能危及周边居民的人身财产安全以及乌东德水电站的运营。研究中激光扫描数据集由高精度和高密度的三维点云组成,分别从6个站点、3次采集得到,时间跨度25个月(从2009年5月~2011年7月)。滑坡表面变形通过按时间序列排列扫描数据集的比较得出。通过采用三种方法,DEM(数字高程模型)比较,断面比较与固定点比较,分析已经过前处理的点云数据集,从而分析得到监测结果。此外,滑坡的变形量也计算得到。研究介绍了激光三维点云处理的流程,探讨了将三维激光扫描监测技术应用于大型、有部分植被覆盖的滑坡监测的可能性,并将监测结果分析与GIS平台结合起来,结果帮助我们大概地、基本地对滑坡稳定性做出评价。三维激光扫描监测滑坡变形的应用为我们在存在高风险的大型滑坡变形监测提供了另一种直观和高效的方式。     

推移式滑坡演化过程模型试验与数值模拟研究

利用MTS电液伺服加载与控制系统对推移式滑坡物理模型后缘进行了分级推力加载,完成了推移式滑坡演化全过程的模拟。基于三维激光扫描技术对滑体表面的位移和变形进行了高精度、全方位、非连续性监测。采用多重分形基本理论对监测点云数据进行了系统分析,从试验的角度探讨了推移式滑坡演化过程中位移多重分形维数的变化特征。模型试验结果表明：推移式滑坡变形破坏以沿滑带发生的整体滑移为主,并表现出明显的演化阶段性特征,大致可划分为3个阶段：（1）后缘压缩阶段：滑坡模型表面变形体现为后缘土体的局部前移与隆起,整体变形小,多重分形维数成降维的特征,降维过程中未发生突变、有序性好;（2）匀速变形阶段：滑坡模型表面产生了明显的位移,变形不断向前和向两侧发展,前缘、中部滑体发生隆起现象,多重分形维数表现出先减后增的趋势;（3）加速变形阶段：滑坡模型表面体现出持续、快速、变化鲜明的整体变形特征,伴随出现滑坡模型中前部隆起带及横向、纵向的隆胀裂缝,多重分形维数成增维趋势。基于模型试验,利用FLAC3D进行了推移式滑坡演化过程的动态数值模拟,验证了滑坡演化的阶段性特征,揭示了推移式滑坡演化过程中稳定性系数非线性递减的规律。     

三维激光扫描技术在磨西台地地质灾害勘察中的应用研究

磨西台地西部岸坡缓、高差大,东部岸坡陡峭狭窄,受地质构造、地形地貌、雨水侵蚀、风化以及地震的影响,磨西台地东部岸坡滑坡地质灾害频发。为了安全、高效、精准、全方位获取滑坡地质灾害勘察的基础数据,运用定性和定量结合研究科学地学推进地质灾害勘察治理;通过采用三维激光扫描技术非接触主动测量方式直接获取磨西台地东部岸区某滑坡的高精度点云数据,得到勘察区的三维点云模型,通过进一步处理分析,对地滑坡体的形图、剖面图、结构产状、特征体测量数据等关键要素进行精准识别和快速提取分析,极大地节约时间和降低损失,为后续滑坡地质灾害勘察治理设计提供强有力的支撑数据。     

红外热像技术在滑坡物理模型试验中的应用

将红外辐射成像技术引入滑坡物理模型试验中,通过红外热像仪与三维激光扫描仪所搭建的监测系统,对滑坡模型坡体表面变形破坏全过程进行温度与位移的监测。基于滑坡表面监测数据,将原始红外热像监测图形进行数据修正与差值处理,采用处理后获得的温度场数据,将其与模型坡表位移演化规律进行对比分析。结果表明,滑坡模型在进入加速变形阶段前,潜在破裂区域温度随荷载的增大而均匀上升,破裂带内、外温差较小;滑坡模型进入加速变形阶段后,会在潜在破裂区域的红外热像上出现条形的高温异常区域,破裂区域的破裂带内、外温差迅速拉大,两者相差最高为0.49°C,整体滑动失稳前夕,平均红外辐射温度-时间曲线上再表现出破裂带内温度陡增后降低的规律。研究结果表明,红外热像技术可以应用于滑坡模型试验,利用温度可对滑坡进行预测预报提供参考。     

基于最小二乘三维表面匹配算法的滑坡变形测量

针对已有利用地面三维激光扫描(TLS)技术实施变形测量的局限性,如变形提取的一维性及对小变形的不敏感性。提出了一个基于重复扫描数据实施滑坡变形监测的新方法,该方法主要包括3个步骤：原始TLS数据的获取、TLS数据的总体配准以及基于子区域的变形计算。其核心是给出的一种三维表面匹配新算法（最小二乘2维图像匹配的泛化）。该方法可充分利用TLS数据的高冗余性,实现高精度的全三维变形测量,得到监测对象的位移量和旋转量,同时,在应用上具有高度的灵活性。通过模拟试验验证了该方法的性能。此外,利用该方法分析了一个滑坡变形监测实例,进一步证实了模拟试验的结果。该方法适用于变形监测,尤其是人员难以到达的面灾害监测领域。对促进变形监测从点测绘向形测绘的转变具有一定的实际意义。     

基于点云密度特征的滑坡位移监测方法

激光扫描仪对同一目标两次采集的点并不重合,无法通过点云的直接比较快速确定滑坡位移。考虑到单个点云位置的不确定性和区域点云密度的稳定性,将点云的密度作为滑坡表面变形的表征,提出了基于点云密度特征的滑坡位移监测方法。将离散的三维点云转化为二维的密度图像,再利用粒子图像测速技术分析位移前后两幅点云密度图像的相关性,从而计算栅格图像中各子集的相对位移值;当各子集的位移全部计算完成后,得到目标区域的平面位移场。室内块体移动试验表明该方法的计算精度受变形梯度的影响,在地表变化剧烈处会产生一定程度的误差,且子集相关性系数无法达到1。在黄藏寺滑坡的位移监测中,利用本方法识别出了边坡的变动区域,计算出了滑坡的平面位移场,直观地反映了滑坡表面变形状况,验证了该方法的实用性。     

基于大变形分析的三峡库区某滑坡防治设计研究

三峡库区某岩质滑坡的变形失稳涉及到地质、环境、人类工程活动等多种因素。针对该滑坡的变形破坏规律和诱发机制,拟采用削坡、抗滑桩、排水系统等加固措施,以确保滑坡整体和局部稳定,其中加固方案的长期有效性将是整个治理工程的关键。通过对大变形数值方法以及滑坡治理工程措施特点的分析,认为在研究滑坡治理工程大变形问题时采用非线性大变形数值方法更加合理,加固方案的优化设计采用了三维快速拉格朗日分析（FLAC3D）法,通过对滑坡区位移场以及破坏区的变化规律进行分析,将各项加固措施及其组合工况的治理效果进行对比优选,最后确定出以抗滑桩和削坡为主、排水为辅的最优加固方案。该方案的治理效果已被实践资料所证实,其中的部分方法和结论对三峡库区滑坡地质灾害的防治具有指导意义。     

三维激光扫描装置设计与数据处理

三维激光扫描仪克服了传统的单点测量方式,可以方便地对实物进行复制建立立体模型。笔者简单介绍了三维激光扫描仪构造及其实现的原理,利用自行购买的激光雷达、相机和电控平台等部件搭建三维激光扫描平台,利用串口通讯实现对激光雷达、相机和电控平台等硬件控制,进一步完成三维激光扫描点云生成及图像获取,并对生成的点云进行了精度校正,最后基于特征点拼接多幅扫描图像并成功地实现了扫描点云和图像的匹配融合,其中点云精度和图像融合效果较好。     

地质力学模型实验中变形量测方法的应用研究

地质力学模型实验作为一种便捷高效、成本低廉的研究方法,不仅可以将工程的破坏过程直观地呈现出来,而且可以作为了解工程整体力学特征、破坏模式和稳定情况的重要研究手段,在各类岩土工程问题的研究中有着广泛应用。由于地质力学模型材料的变形模量较低,同等应力条件下应变极其敏感,因此模型实验中变形测量显得至关重要。为了提升地质力学模型实验中变形量测的便捷性和准确性,对目前地质力学模型中对变形测量的主要方法进行总结分析。结果表明：目前对于模型变形量测的方法主要分为电测式测量方法、光学测量方法和机械式测量方法,其中电测式测量方法主要包括电阻式应变片法和位移计法,光学测量方法主要包括光纤类传感器法、数字图像相关法、光弹性贴片法和云纹干涉法,机械式测量方法主要包括百分表测量法和经纬仪观测法。通过对各种方法工作原理、主要应用案例及优缺点的阐述对比,得出不同方法的主要区别是测量范围和适用范围的差异,其中百分表法适用于测量小区域变形;测量内部变形可选择电阻应变片法及光纤传感器法;较大区域的变形可选择位移计法及光纤传感器法;指定点位移可选择经纬仪观测法;全场观测可选择数字图像相关法、云纹干涉法以及光弹贴片法。该成果可为相关地质力学模型实验的变形测量提供实验参考。     

煤矿巷道三维激光扫描关键技术及工程实践

智能化、无人化开采是煤炭行业发展的必然趋势,精准地质信息探测是当前智慧煤矿建设中的重点研发方向之一,其中巷道信息的精准探测和巷道三维模型的快速获取是地质透明化的重要数据来源。对比分析传统巷道建模方法及其优缺点,提出利用三维激光扫描重建技术构建高精度透明工作面巷道模型的技术思路。在分析煤矿井下工况环境长距离三维激光扫描面临的技术难题的基础上,研究三维激光扫描原理和空间点坐标计算方法,并提出透明工作面巷道三维激光扫描重建技术流程,其关键技术包括:三维激光扫描系统动态标定和坐标转换方法;点云预处理技术中基于统计滤波法的大尺度噪声滤波方法和基于移动最小二乘的小尺度噪声滤波算法;点云关键点提取与特征描述技术中SIFT特征检测算法和FPFH特征描述算法;点云配准技术中基于FPFH特征描述算法的粗配准技术和基于迭代最近点算法的精配准技术。以准格尔煤田唐家会煤矿某工作面为研究对象,利用自主研发的移动式三维激光扫描系统从三维激光扫描施工流程、巷道点云数据采集、边界轮廓线提取、巷道与工作面联合建模等方面进行实践应用。结果表明,提出的基于三维激光扫描技术的工作面巷道三维重建思路在技术上是可行的,能为复杂巷道的快速三维扫描、重建提供一条可行的技术路径。      

自动网格法在大型滑坡模型试验位移测试中的应用

应用非接触式光学测量方法中自动网格法原理,研究了大型滑坡模型试验中的位移测试方法及其分布规律。以石榴树包滑坡模型试验为例,针对自动网格法用于大型滑坡模型试验位移测量时所存在的问题提出了解决措施,并对石榴树包滑坡在不同水位运行工况下的位移规律进行了研究分析。     

滑坡变形空间评价的位移速率比方法研究

实测数据表明,松散土质斜坡和具有时效变形特征的岩质斜坡的滑坡变形往往具有蠕变特点,即从开始出现变形到最终失稳破坏一般需经历初始变形、等速变形和加速变形3个阶段。基于典型的滑坡累积位移-时间曲线特征,提出了采用位移速率比作为通用指标来判定滑坡上各点变形阶段的方法：多个连续时段均为等速变形即相邻位移速率比位于0～2之间时,认为进入等速变形阶段;当位移速率比大于2时,初步认为,其进入加速变形阶段。结合典型实例建立了位移速率比判定滑坡上各点变形阶段的判定标准：在滑坡位移速率比大于2之后,滑坡体进入加速变形阶段,对加速变形阶段可再作进一步细分：位移速率比为2～6时,为滑坡体的初加速阶段,为6～8时,滑坡体进入中加速阶段,大于8则为临滑阶段。基于地理信息系统（Geographic information system,简称GIS）平台,建立了滑坡变形空间评价的位移速率比方法,并对金坪子滑坡的空间变形状态进行了评价,验证了该方法的可行性和合理性。     

基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测

三峡水库周期性蓄水改变了岸坡内的地下水渗流场和应力场,降低岩土体的剪切强度,对库岸边坡、岩体稳定性影响很大。以往库区岸坡岩体形变监测主要通过设置固定点进行观测,难以发现岩体整体变化情况。地面三维激光扫描方法能获取岩体整体表面厘米精度的点云数据,具有无需接触目标、获取速度快、精度高等特点,非常适合库区高陡危岩体表面三维形变监测。以巫山箭穿洞危岩体为例,采用地面三维激光扫描方法对箭穿洞危岩体进行了为期2年（2017—2018年）共3期监测,以第一期观测目标周围稳定岩体数据为基准,对数据进行重叠点云迭代配准,点云配准精度优于±2.7 cm。针对箭穿洞危岩体在观测时段内的变化情况,构建危岩体区域的基准不规则三角网模型,以点到基准面最近距离法结合危岩体变化区间分析其变形。通过对比分析箭穿洞危岩体3期观测数据,发现相对于2017年,2018年箭穿洞危岩体左侧岩体有变形趋势;在库区蓄水阶段,危岩体局部多处存在明显凹陷变化,局部因蓄水影响发生约?0.03～?0.07 m变形。结果证明三维激光扫描技术在库岸高陡边坡形变监测中的有效性,为三峡库区高陡危岩体形变监测及地质灾害防治工作提供了参考。