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。     

三维激光扫描技术在滑坡物理模型试验中的应用

大型滑坡物理模型试验中常采用高精度的特征点监测,缺少整体变形资料;而三维激光扫描技术可以高精度、快速、完整地扫描实物,获得海量的点云数据,构建实物的数字化模型,从而详细描述表面细部状况。将三维激光扫描技术引入到滑坡物理模型试验坡体表面整体变形监测中,通过数字仿真试验对点云数据4种变形测量方式进行了对比和评价,推导了点云数据单个扫描点的空间位置精度的评价模型,对点云密度进行了理论分析。通过滑坡物理模型试验实例,采用点云比较、重心法、点云叠加方法测量模型的整体变形和单个监测点的位移,对滑坡不同演化阶段变形特征进行了综合分析。研究表明:空间位置精度的评价模型、点云密度模型为三维激光扫描变形监测的测量成果评定,测量方案的优化设计提供了必要的理论基础。点云叠加、点云比较为面测量,可以获得整个模型坡面的变形和位移情况,测量模型的变形趋势和变形量级,重心法、拟合法则属于点测量,可以获得单个监测点准确的位移量。基于三维激光扫描技术坡面监测是结合点测量和面测量的优势,在保证高精度特征点监测同时,获得模型坡面的整体变形和位移。     

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。     

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。     

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。     

重庆市万州区付家岩滑坡监测与变形分析

付家岩滑坡是三峡库区地质灾害专业监测预警工程二期专业监测点,监测方法有地表位移监测和钻孔深部位移监测。通过对3年的监测资料进行对比分析,结果表明各GPS变形监测点在水平向和垂向均有明显变形,其中纵Ⅱ、纵Ⅲ剖面GPS监测点变形尤为突出;各钻孔监测点变形明显,监测主纵剖面中下部钻孔变形突出。目前滑坡处于匀速变形阶段,为不稳定状态。     

建立滑坡外部变形测边三维监测网的探讨

在建立滑坡外部变形测边三维监测网的探讨中，推导出了变形向量的解算公式，并给出了精度估算公式。同时，简要分析了建立高精度的测边三维监测网的两个关键问题，即最优构形和精密光波测距。最后，通过实例论证了建立滑坡外部变形三维监测网的可行性。     

麻柳咀滑坡变形监测分析

麻柳咀滑坡是重庆长江沿岸较大的滑坡之一 ,为了加强对斜坡稳定性的研究 ,通过变形监测分析 ,评价滑坡在不同状态下的发展演化趋势 ,提供综合防治工程措施的基础资料。     

测斜仪在滑坡变形监测中的应用

介绍了测斜仪的工作原理及其在滑坡变形监测中的应用,并与钻探成果进行了对照。根据测斜成果曲线,可以较好地对滑动面的分布情况、滑动机制作出某种程度的判断,为滑坡的治理设计提供重要的依据。说明测斜仪在滑坡监测中的应用是可行的。     

滑坡应急变形监测方法的探讨

以通川区石龙溪滑坡应急变形监测为例,说明在城市中滑坡应急变形监测常用的一些方法。通过对这些方法的综合分析,探索出一种最切合实际的技术方法,以适应城市快速发展中各种地质灾害点的应急监测需要。     

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。     

三维激光扫描技术及其在岩土工程中的应用

地面三维激光扫描技术是一项较新的数据收集与分析技术,它可以快速扫描目标,获得高密度,高精度的目标空间坐标,配合后处理软件,进行各种测绘、分析、仿真工作。介绍了三维激光扫描技术的原理,对目前的主要激光扫描硬件进行了比较,最后介绍了三维激光扫描技术在岩土工程应用的主要两个方面：边坡变形监测与岩石裂隙面勘察。相比常规监测和地质调查技术,三维激光扫描技术具有高精度、速度快、节省人工的优势,具有较大的应用潜力。     

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。      

基于综合改进ICP算法的三维激光扫描技术在露天矿边坡测绘中的应用

以先后发生过两次大规模滑坡的中煤平朔公司东露天矿边坡为研究背景,利用三维激光扫描技术测绘速度快、测量精度高、数据量大的特点,对该露天矿边坡进行三维激光扫描,尤其是对发生过滑坡的两个重点区域进行精细扫描。基于综合改进ICP算法,将扫描得到的多站点云数据进行拼接处理,完成了长约2 km的露天矿边坡三维模型重建。研究结果表明,三维激光扫描结果符合工程实际特征,是一种快速建立矿山边坡数字模型的有效手段。     

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。     

用FLAC-3D分析呷爬滑坡的变形特征

简单地介绍了边坡岩体变形研究的现状和FLAC-3D软件,利用FLAC-3D软件对天然状态下和蓄水条件下呷爬滑坡的变形进行数值模拟研究。根据模拟所得的计算结果,从滑坡主剖面上特征点的位移值和位移矢量图分析,得出滑坡体在天然状态下和不同蓄水高程下的变形特征,确定滑坡变形特征与滑坡稳定性之间的联系。从而为呷爬滑坡的稳定性评价提供必要的理论依据。     

基于强度折减法的库岸滑坡三维有限元分析

通过现场踏勘调研,根据滑坡的环境地质条件,详细探讨了该库岸滑坡的成因机制和演化过程,并重点分析了滑坡失稳的影响因素。建立滑坡体的三维有限元模型,运用有限元强度折减理论对其稳定性进行了计算分析。结果表明,滑坡体在天然状况下是稳定的,库水位上升至正常蓄水位时将超过滑坡前缘高程,滑坡安全系数降低,不满足规范规定的最小安全系数的要求,在考虑降雨入渗、库水位骤降时,滑坡进一步趋于危险;在考虑蓄水+地震工况时,库岸滑坡有失稳的可能。据此提出了削坡减载治理措施,治理后滑坡在各工况下的安全系数均满足规范的要求,研究成果对滑坡的治理具有较大的参考价值。     

呷爬滑坡稳定性的FLAC-3D数值模拟分析

先介绍了呷爬滑坡的概况,然后,分析其成因机制。在此基础之上,利用FLAC-3D软件对在天然状态和蓄水条件下滑坡的稳定性进行了数值模拟研究。通过建立数值计算模型和选取合理的计算参数,模拟出系统不平衡力演化过程曲线图。对其成果图进行了综合分析,为在天然状态和蓄水条件下滑坡的稳定性做出评价,为治理滑坡提供了必要的理论依据。     

长江三峡水库区云阳县典型滑坡变形监测分析

采用2004年云阳县滑坡监测数据和降雨量资料,统计了滑坡与降雨的关系。并以杨柳磅滑坡、裂口山滑坡为例,对其深部位移、地表变形与降雨的关系进行了初步分析。云阳县位于三峡西段,为地质灾害多发区。该县每年5月进入雨季,降雨次数增多,降雨强度加大。2004年暴雨有9次,每次都使滑坡出现了异常。特别是6月和9月暴雨,造成了地表较大的宏观变形。变形出现最多的月份与暴雨出现频次最多的月份相一致。随着降雨强度加大,滑坡数明显增多。研究表明当降雨量大于10mm以上时,就有滑坡出现裂缝、错台及深部位移;当降雨量在50mm以上时,滑坡异常的情况增多,甚至出现土流;平缓的地层在暴雨后易形成极大的孔隙水压力而导致滑坡活动;同时,由于页岩、泥岩遇水后易泥化、软化,产生了顺层滑动;大暴雨后,丰富的地表水渗入地下,突然增大的地下水使结构松散的堆积体含水量增加、岩土强度指标降低,造成了局部变形。由于受地理环境等多方面因素的影响,滑坡体的规模与降雨强度大小没有明显的规律。根据宏观地质调查和钻探资料,裂口山滑坡、杨柳磅滑坡上部地层有超过15m厚的粉质粘土夹块石,下部地层有碎裂砂岩和泥岩。在降雨较大的情况下,水通过裂隙进入,使泥岩、粘土层变软,容易失稳。