基于点云数据的围岩力学参数反演方法研究

依托南昌地铁1号线盾构工程,探讨基于三维扫描检测技术的围岩力学参数反演方法应用在隧道施工过程中的可行性。具体流程如下:三维扫描获取测点的点云数据并分析计算出管片的位移场,选取周边收敛作为反演的目标值;建立有限元模型,选取敏感性参数弹性模量、内摩擦角、黏聚力建立多个工况并进行反演计算。结果表明:基于三维扫描技术的监测方式较传统监测方式更高效且精确;同时,当围岩弹性模量取值8GPa、黏聚力为700kPa、内摩擦角为28°时,隧道周边收敛值与检测值最为吻合。反演得到的围岩参数值较勘察设计参数值偏低,因此将围岩参数反演方法应用在隧道施工过程参数动态调整中,可以降低隧道施工成本。     

不同层理面角度在层状岩体隧道围岩变形中的响应特征研究

层状复合岩体在隧道工程中随处可见,层理面的软弱性直接决定层状岩体隧道围岩的稳定性。为了揭示层理面对隧道围岩变形的影响规律,本文采用AutoCAD软件建立某隧道横断面,将该断面图导入有限元模拟软件ABAQUS中,并利用0厚度Cohesive单元对模型嵌入不同角度层理面,从而构建含不同层理面的隧道断面模型。基于该数值模型研究了层状隧道围岩变形中层理面角度的响应特征,得到从水平层理过渡到竖直层理的过程中,围岩变形区域也从顶部变化到侧壁。结合二次开发获取的声发射模拟数据,得到了不同层理面角度下的围岩易破裂区,针对该区域分布特征,隧道施工后可采用三维激光扫描技术生成点云数据,进行隧道断面的三维重构,为规避点云数据量庞大的缺点,引入分级重采样思想,对层状围岩易变形区进行局部点云细化,通过隧道断面易变形区点云模型的实时对比分析,实现隧道围岩的高效、精确化监测,可指导隧道围岩的安全稳定运营。     

三维激光扫描数据生成精细地面模型

三维激光扫描技术可以快速获取大量点云数据。针对这些点云数据,探讨了点云数据预处理中的区域分割和内插算法问题,研究利用这些预处理数据生成地面模型的方法,并根据实例提出了数据处理的改进方法。数据处理结果表明:利用点云数据通过一些措施生成的地面模型不仅效果好,而且可以满足建立大范围地势复杂地形模型的要求。     

基于Photogrammetry的非开挖施工地表变形检测技术研究

非开挖施工过程中由于往往受到埋深的限制,导致上部土体有效应力降低,进而产生地表变形,变形过大还会引起地表既有建筑受到破坏,所以量化检测其变形程度在地下施工中尤为重要。本文主要讨论了采用Photogrammetry技术检测非开挖施工过程中地表变形的主要方法和应用情况。Photogrammetry技术是一种非接触式的变形检测技术,主要通过影像手段获取目标点的三维变形大小。该方法需要从空间多角度对目标点进行摄影测量,获取连续的三维影像信息,通过Photogrammetry软件进行现场目标点重现,进而获取三维可视目标点坐标值。本文通过现场的检测,获取了地表变形的数据,提出了检测的方法,并对数据处理过程中检测精度提出了探讨。     

基于三维激光扫描的锦屏地下实验室岩体变形破坏特征关键信息提取技术研究

针对施工期的中国锦屏地下实验室二期工程,利用三维激光扫描技术对各个实验室进行持续观测,得到开挖面原始点云数据,并通过一系列数据处理获取实验室轮廓变形、岩体结构及岩体破坏定量化表征信息。实践表明,利用CYCLONE软件处理原始点云数据,能够准确地获取实验室开挖后轮廓随时间的变化,精度满足工程要求,经现场围岩变形破坏特征证实数据处理结果符合实际规律;利用CYCLONE及基于结构面单位法向量的产状算法亦可准确快速地获取结构面产状,测量结果与传统方法结果相符。此外,利用CYCLONE、Geomagic Studio、3DMAX处理原始数据亦为统计实验室围岩破坏程度提供了简便高效的方法,获取的破坏区深度及体积与其他手段测量值基本一致。与点式监测技术相比,基于三维激光扫描的深埋硬岩隧洞监测与数据处理具备同时获取全场变形且快速、安全、高效的优势,对于研究深埋硬岩隧洞岩体力学行为是一种十分有效的技术手段。     

数字图像处理技术在隧道掌子面的应用

在隧道施工过程中,为了解开挖方量以及隧道前方的地质构造等信息,有必要对掌子面图像进行分析。传统分析中大多数以人工素描为主,效果因人而异。为了克服传统方法的局限,将图形、图像处理及三维建模技术引入对掌子面图像的处理中,建立隧道掌子面地质图像画像系统,对一系列跟踪拍摄的掌子面图像进行处理,自动提取出掌子面上不同岩层的边界,获取岩层的特征信息,以此对围岩分级。根据相邻掌子面上岩层目标的对应关系,建立起隧道的三维模型,为隧道施工提供必要的参考信息。     

面向东川复杂山地泥石流沟谷三维地形建模及特征分析的无人机遥感探测应用研究

以云南省东川区小江流域中游左岸大白泥河支流的泥石流沟谷为研究对象,利用无人机遥感技术采集该泥石流沟谷地表地貌数据,提出结合地面三维激光扫描建模数据进行同名地物控制点提取,实现无人机影像数据的绝对定向方法。通过Smart3D影像数据处理,构建研究区三维地形模型,得到数字正射影像（Digital Orthophoto Map,DOM）、数字表面模型（Digital Surface Model,DSM）和高密集匹配点云。利用PhotoScan软件中的不规则三角网渐进加密技术对点云数据进行处理,得到0.5 m分辨率的数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）。结合ArcGIS和Cloud Compare中的相关地形分析模块,实现对该段泥石流沟谷地区的地形特征分析。基于无人机遥感的泥石流沟谷地形建模及特征分析研究中采用的技术路线和方法,对于定性、定量探测高原复杂山区地质灾害及其监测、防治等具有重要实证案例参考价值与实践指导意义。     

基于理想点-可拓云模型的隧道围岩稳定性评价

为了对隧道围岩稳定性进行准确评价并解决研究过程中存在的模糊性和随机性以及评价指标不相容的问题,减少单一的主客观赋权法所带来的误差,将云模型引入可拓理论中,利用可拓理论能够实现矛盾问题向相容问题转化的特点和云模型具有处理事物双重不确定性的优势并结合理想点组合赋权法对隧道围岩进行稳定性评价研究。通过文献调研、数据统计的方式,选取具有代表性的6个指标组成隧道围岩评价指标体系,用理想点法赋予评价指标组合权重,并构建可拓云模型对隧道围岩稳定性进行综合评价。通过将此方法应用于工程实例并与其他方法对比,结果表明:基于理想点-可拓云模型的隧道围岩稳定性评价方法能够减少评价过程中存在的不确定性问题,克服单一赋权方法的不足,具有良好的适用性,可以应用于实际工程中。     

一种机载雷达点云数据的快速分类方法

机载激光雷达扫描技术可以以点云形式快速获取地形表面高精度三维信息。基于激光雷达扫描数据及建筑物本身的拓扑信息就可以对建筑物进行精确的重建,而重建中最关键的技术是对点云数据进行分类,进而进行地物识别。对大规模三维点云数据进行快速分类,提出一种采用区域分割结合基于最小二乘平差的多项式拟合方法,将大量离散的三维点云分割后进行多项式拟合,并将二维数据分类转化为一维数据分类。在分类的基础上,将建筑物几何规则作为约束条件提取了房屋边缘。实验分析表明,该方法既能去除多余噪声,又能有效保留特征点,分类的总误差率低于3%。     

某地铁区间盾构隧道施工监测技术

地面的沉降监测与控制是地铁隧道盾构施工中最关键的问题,以某地铁盾构隧道施工监测技术为例,分析了监测的项目、方法、频率、报警值、控制标准、数据处理及反馈等技术,探讨了盾构施工过程地表沉降的影响因素及施工控制技术。研究结果对今后类似工程施工过程的施工监测及控制具有参考价值。     

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。      

贺州市碧水岩溶洞三维激光扫描探测及其旅游开发模式探讨

基于三维激光扫描原理,以贺州碧水岩为例,采用FARO Focus 3D探测系统对溶洞进行三维激光探测。通过对获取的溶洞点云数据进行噪点剔除、精简、转换坐标和拼接处理,并运用SCENE7. 0建立溶洞三维模型,完成体积计算、平、剖、断面输出,该项目成果可以很好地应用于溶洞旅游路线规划、安全施工等。同时,针对贺州市碧水岩洞内次生化学沉积物、景观组合等独特旅游资源,进行旅游开发初步探讨,提出坚持保护好溶洞的生态环境,改变同质化的旅游模式,为相关溶洞的开发利用提供借鉴意义。     

隧道仰拱GPR无损检测实例分析

这里基于某铁路隧道仰拱400MHz天线探地雷达的实际采集数据,采用Radan7软件处理方法所检测的缺陷结果,与施工单位及相关质量控制单位所组织的破检验证完全相符。通过对检测缺陷展开全面分析与解释,为隧道缺陷检测提供了依据和方法,将其应用于该工区后续隧道施工和隧道缺陷的检测处理与解释,具有重要的现实指导意义。     

基于PCA法向量估计与RANSAC算法的隧道中轴线提取

为了减少隧道点云噪声对隧道中轴线提取精度的影响,提出主成分分析(PCA,Principal Components Analysis)算法点云法向量估计与随机抽样一致性(RANSAC,Random Sample Consensus)算法相结合的隧道中轴线提取方法。首先对隧道点云数据进行ROI(Region of Interest)区域提取及统计滤波预处理,其次通过PCA算法估计隧道点云法向量并进行点云法向量方向一致化处理,通过设定阈值分别提取满足要求的隧道拱顶及拱腰处法向量,最后用RANSAC算法代替最小二乘算法对筛选出来的法向量提取出精度较高的隧道中轴线。实验结果表明,本文方法所提取出来的隧道中轴线受噪声影响较小,斜率最大偏差0.007 1,最小偏差0.000 3,算法稳定性好,结果精度较高。     

偏压分岔隧道施工过程损伤破坏分析与优化研究

正在施工的沪蓉西高速公路八字岭分岔隧道属于偏压隧道,而且分岔隧道包括连拱段和小净距段,施工过程转换复杂,因此,采用正确的施工方案对于隧道的稳定性非常重要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可逆热力学理论建立了弹塑性损伤耦合模型,并编制了三维弹塑性损伤有限元程序D-FEM。建立了分岔隧道大型三维数值模型,采用弹塑性损伤有限元D-FEM模拟了分岔隧道不同的施工过程,通过分析施工过程中隧道围岩的位移、应力和损伤屈服区,最终确定采用左洞超前右洞32 m,左右洞同步开挖的施工方法。     

岩溶隧道开挖对溶洞处治结构影响的数值模拟分析

结合清连高速公路白须公特大岩溶隧道施工过程,采用三维有限元软件(ANSYS)对白须公隧道的处治结构与隧道开挖的相互作用进行了数值模拟。以隧道开挖中处治结构和围岩稳定性为研究对象,从而分析处治结构在隧道开挖过程中的受力特性,以及隧道围岩在隧道开挖过程中的位移。通过计算结果,对处治结构在岩溶隧道中的支护效果进行了评价,采用桩-承台-单边支撑墙-联系梁的处治方式是安全可靠的。在隧道开挖过程中,开挖面附近的桩基应变、支撑墙压力都加速变大,随后逐渐稳定,说明处治结构承担了一部分围岩压力,在岩溶隧道施工开挖中发挥了重要作用。分析结果与工程实测数据比较吻合,可为隧道穿越大型溶洞提供设计和施工方面的借鉴和参考。     

盾构隧道施工对已有道路和地铁变形影响性评估

以成都市川大华西校区过街隧道盾构施工为项目依托,对过街隧道上方地表及下方地铁隧道变形情况进行现场监测,并结合有限元数值分析对过街隧道的盾构施工过程进行三维数值模拟,结合现场实测结果进行对比分析和影响评估。     

地裂缝场地地铁隧道施工C RD工法优化研究

以西安地铁6号线区间隧道浅埋暗挖施工穿越地裂缝场地为研究工程背景,考虑地裂缝场地的特殊性构建了基于传统CRD工法的施工优化工法,并对传统CRD工法和优化CRD工法施工开挖过程进行了三维动态的有限元数值模拟,结合现场监测试验数据,对比分析了两种工法下地裂缝场地地表沉降变形规律和地铁隧道受力变形特征.结果表明:两种CRD工...     

深埋隧道外水压力计算的解析-数值法

在高水头富水区，抗水压衬砌设计的关键在于外水压力的计算。深埋隧道排水时，沿轴线方向上流入隧道的水量来自于隧道掌子面的前方，当隧道施工足够长度后，可以认为已施工断面的地下水只从隧道两侧向断面内运动，此时可将三维问题处理为二维。对于深埋隧道，当其断面远小于水头时，可处理为一个点井；隧道全断面排水时，隧道断面线可处理为定流量边界。首先建立隧道排水的水文地质概念模型，采和经验解析法预测隧道的涌水量，然后将涌水量代入隧道围岩渗流的剖面二维模型，模拟隧道排水时围岩渗流场的分布，再采用作用系数的方法计算出隧道衬砌的外水压力。     

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。