岩溶区公路边坡监测TLS点云处理与3D场景构建研究

岩溶山区公路的工程地质条件极为脆弱,容易造成沿线边坡整体或局部滑坡,为保障岩溶山区公路的运营安全,对公路沿线易滑边坡进行定位监测分析是十分有必要的。选取云南九乡典型岩溶山区公路的一个易滑边坡作为实验监测对象,针对传统"点"式监测方法存在的不足,采用地面三维激光扫描(Terrestrial Laser Scanning,TLS)技术对该边坡实施了野外现场扫描并获得该易滑边坡现状的3D点云数据;基于I-Site Studio三维点云数据处理平台,开展了对该公路易滑边坡扫描获得的3D点云数据进行了配准、滤波去噪和空洞修复等预处理,以及精细化建模和三维场景构建等试验研究。整理得出了利用地面TLS技术进行岩溶山区公路易滑边坡3D点云数据采集、预处理和3D场景模拟分析等完整技术应用过程,并对TLS技术用于该实验区边坡监测的测量精度进行了评价。研究结果表明,相对于传统"点"式监测方法,地面TLS技术在岩溶山区公路沿线易滑边坡监测中能够获取更加丰富的空间三维数据,并构建出精细化的三维场景模型。     

高海拔排土场边坡安全稳定性的PS⁃InSAR监测

为了解决高海拔排土场边坡灾害监测难度大以及安全稳定性预警等问题,提出利用 PS-InSAR 技术对高海拔排土场边坡进行安全稳定性监测分析。通过对西藏山南桑日县某排土场边坡进行监测分析研究,采用 2018 年 11 月 04 日至 2020 年 12 月 23 日的 25 景 Sentinel-1A 数据,利用时序差分干涉相位的时空分析方法,进行差分干涉、模型迭代计算和地理编码等解算,解算得到平均形变速率分布,基于平均形变速率结果分析该排土场边坡的安全稳定性。结果表明：利用 PS-InSAR 技术能够获取排土场边坡区域的地表形变信息;该研究区域坡体 2018 年 11 月至 2020 年 12 月的平均形变速率最大值为 -20.00 mm/a,最大形变速率区域出现在排土场边坡的下部 ;通过 PS-InSAR 技术能够对其安全稳定状态进行准确评价,并进行预警预报,为排土场边坡的安全稳定服役提供有效技术保证。     

山区公路边坡地质灾害数据库及统计分析

边坡稳定性受多种内外因素的综合影响,正确地认识各影响因素的特征及其对公路边坡稳定性的影响程度,有助于对边坡进行合理的评价,并采取经济有效的防护措施.本文在现场工程地质调查和文献调研的基础上,搜集了622个典型山区公路边坡的地质资料及灾害资料,建立了山区公路边坡地质灾害数据库,统计了各影响因素与边坡失稳频度的关系.统计结...     

基于BOTDA的削坡作用下边坡破坏过程模型试验研究∗

在众多诱发滑坡的因素中,人工削坡引发的边坡失稳现象十分普遍。采用布里渊光时域分析技术(以下简称BOTDA 技术),通过模型试验和数值模拟分析,对削坡作用下的边坡变形机理及其演化过程进行了研究。由于传感光缆与土体之间的耦合性直接影响着监测结果的准确性,首先通过不同围压作用下的拉拔试验,掌握了传感光缆与土体耦合变形关系。然后,设计了坡顶加载试验模型,通过在水平向和竖直向植入传感光缆,实现对边坡模型在削坡作用下土体内部变形场的分布式监测。试验结果表明:水平和竖直向传感光缆监测到的应变异常区域与潜在滑动面位置相吻合,并被数值模拟所证实;在 BOTDA 监测数据的基础上提出了边坡模型水平特征最大应变值与安全系数之间的经验公式,对削坡作用下的边坡稳定性状态进行了评价,进而可对边坡失稳做出预警。     

融合DInSAR与精密水准测量的天津蓟州五名山滑坡体形变监测

DInSAR技术可快速获取高空间分辨率的形变信息,融合精密水准测量数据获得更为精确的形变,有助于其在城市地面沉降和滑坡地质灾害监测的应用。以天津市蓟州区五名山为例,研究融合DInSAR与精密水准测量的滑坡体形变监测。利用二轨DInSAR技术,获取了天津市蓟州区五名山近两年的DInSAR形变,通过与精密水准测量相比较,构建基于精密水准测量的InSAR形变校正模型构建,对校正模型进行了验证,获得了蓟州区北部山区校正的DInSAR形变。研究结果表明:与精密水准测量相比较,校正前后的DInSAR形变,均方根误差分别为3.69 mm和2.64 mm,校正模型可改善DInSAR形变。由于矿山开采,蓟州区北部山区2017-2018年的垂直形变达到38 mm,形变较大地区集中在采矿区的周边及山区。     

极端气温对城市人群死亡的影响评估

利用北京心肺血管疾病研究所提供的1994-2000年北京城近郊区的七个监测点的以25-74岁人群为监测对象的25余万居民中全死因死亡事件监测数据、同期北京观象台的逐日气温观测数据、月平均气候资料，对极端气温对城市人群死亡的影响进行分析，得出对城市人群死亡影响的极端气温阈值及其长序列的时间线形变率，采用最优子集回归方法建立预测评估模型，根据气候模式对未来气候变化的预测结果，对未来北京城市人群死亡的影响进行定量评估。     

微震监测技术在大岗山水电站右岸边坡中的应用

大岗山水电站右岸边坡地质条件复杂,断层、岩脉、卸荷裂隙密集带、深部卸荷带及节理裂隙发育。为了监测边坡在开挖过程中引起的卸荷松弛和后期大坝蓄水引起的应力重分布,以及对由此造成的边坡潜在滑动区域进行识别和圈定,采用高精度微震监测技术进行岩质边坡潜在失稳监测的工程实践。通过构建右岸边坡三维地质模型和优化传感器布设方案,采用人工定点爆破试验对监测系统定位性能进行测试,结果显示在传感器阵列范围内的震源定位误差小于10 m,表明该监测系统具有较高的定位精度。工程实践证明,微震监测能够准确诊断出断层和卸荷带等构造活动的强度、烈度以及相关的时空参数,是实现边坡潜在失稳机理研究的一种新的监测手段。     

基于PS-InSAR技术探测地表形变的实验研究

常规合成孔径雷达差分干涉测量技术在区域地表形变探测中存在时空失相关和大气延迟的影响,为了克服或减弱它们的影响,分离和提取线性、非线性形变时间序列以及地形数据误差与大气信号,以西安市沉降场为研究对象,用17景Envisat数据进行了实验研究,并与常规D-InSAR结果比较,证实了PS-InSAR技术用于地表形变监测的有效性.     

GPS在山区滑坡变形监测中的应用

山区滑坡的稳定性一直是倍受关注的一个重要安全问题。本文讨论了滑坡位移传统监测方法的缺陷和新型的基于GPS的自动监测技术所具有的独特优势,介绍了适用于山区公路滑坡位移监测的高精度的GPS技术。实践表明,采用GPS技术进行山区滑坡的稳定性监测,具有可操作性更强、精度更高、不受气候条件约束以及高度自动化等优点,能够为预测边坡可能出现失稳破坏的部位和变形破坏时间提供更可靠的监测资料,因而GPS监测技术值得在山区滑坡的变形监测领域中推广使用。     

拉裂-坠落式岩质崩塌失稳过程声信号特征模拟试验研究

岩体崩塌是西南岩溶山区广泛分布的地质灾害,崩塌失稳过程极为迅速,常规监测手段难以有效监测预警。根据岩体崩塌孕育发展力学过程,开展分级蠕变和自然渐变2种工况下的拉裂型崩塌相似模拟试验,采用声发射系统和无线微震传感器研究崩塌模型失稳过程声信号特征。研究结果表明：位移和应变场均仅在主破裂发展瞬间产生突变,难以提供指示失稳破坏的前兆信息;高频声发射信号的多种时域和频域参数在2种工况下的岩体崩塌相似试验中均表现明显的阶段性特征,可为岩体崩塌失稳提供有效的失稳前兆指示;采用滑动窗口法分析了试验全过程的微震波形信号,根据主频特征可清晰区分3类信号,低频信号在加速损伤阶段出现突降;根据2种工况下相似模拟试验声发射和微震信号的特征,崩塌发展过程可分为渐变阶段、主控面加速损伤阶段和失稳破坏阶段,模拟自然渐变荷载下主控裂纹贯穿失稳更为突然。研究成果为发展岩溶山区岩体崩塌监测预警方法和技术提供了支撑。     

基于监测数据的边坡参数统计特征及可靠度更新∗

掌握详细的边坡岩土体参数信息是进行边坡加固与风险评估的重要前提。目前大多采用马尔可夫链蒙特卡洛模拟方法基于现场或室内试验数据进行不确定性参数统计信息及边坡可靠度更新。然而,该方法存在计算量大、计算结果不易收敛和难以解决高维边坡不确定性参数统计特征及可靠度更新等问题。本文基于粒子群优化反向传播神经网络算法建立边坡位移代理模型优化计算过程,提出了改进的基于子集模拟的贝叶斯更新方法,进而基于边坡变形监测数据进行参数统计特征及可靠度更新。最后,将提出方法应用到长春西客站深基坑边坡工程。 结果表明：提出方法能够融合有限的场地信息有效地更新边坡岩土体参数统计特征,推断其后验概率密度函数,进而更新边坡失效概率。利用更新的土体参数计算的边坡位移与实测数据吻合,验证了提出方法的适用性和有效性。另外融合监测数据进行贝叶斯更新之后,虽然土体参数的不确定性明显降低,但是边坡失效概率受外界气温、 监测点位置及数据量值的影响会增大。     

星载SAR差分干涉测量提取汶川地震同震形变场

采用合成孔径雷达差分干涉测量技术对2008年5月12日四川汶川地震(Ms=8.0)的形变信息进行了提取,并开展了研究,利用地震前后ALOS/PALSAR数据,进行重复轨道差分干涉处理,得到了震前—震后的干涉条纹图和形变结果图。由雷达视向形变图可知,此次地震造成了隆起形变,最大形变出现在北川—映秀断裂带上,最大雷达视向形变量超过了90 cm,形变范围较大,川西的大部分地方都出现了不同程度的地表形变。结合川西的地质和地型构造情况,根据地震同震形变场的空间分布特征,对形变特征和震源构造进行了分析,发现二者有很好的一致性。     

基于强度折减有限元法的边坡失稳判据研究

强度折减有限元稳定分析方法是目前应用及研究较多的一种分析方法。如何根据有限元计算结果来判别边坡稳定性，是强度折减有限元稳定分析方法的一个关键性问题。强度折减有限元法的失稳判据主要有3种：第一种以有限元解的收敛性判定失稳状态；第二种根据计算域内最大节点位移与折减系数之间关系曲线变化特征判定失稳状态；第3种通过计算域内塑性区是否贯通判定失稳状态。利用ADINA有限元通用软件，对二个不同的边坡算例进行强度折减计算，分别采用3种失稳判据进行稳定性分析，对3种失稳判据的适用性、3者之间的一致性、各自的适用范围进行了研究。研究表明，对于均质边坡，3种失稳判据存在较好的一致性，但是对于非均质边坡，塑性区贯通判据在应用范围上存在局限性。     

山区高速公路边坡监测与动态化设计施工实例分析

据对中部某山区高速公路边坡的实际监测资料,结合勘察、设计、施工情况得出了各种不利边坡稳定的因素,分析了该边坡实际变形方式。选取具有代表性的边坡监测点,监测边坡变形、锚索受力和雨量,以反应出边坡在开挖后的实际发展状态,进而对边坡变形的影响因素进行分析,对该边坡特有的反向坡体内部的变形做出解释。根据不同的边坡状态提出对该类型边坡的长期预警参考值。实际监测与研究结果表明,该边坡处于临界状态,容易受雨水、爆破施工等外界因素扰动,原有施工设计方案不完全适合于该边坡治理,优化后的设计施工方案成功完成了该边坡的抢险任务。     

星载合成孔径雷达在杆塔基础地表形变监测技术的研究与应用

为保障高原输电通道的安全,排查地表形变引发的地质灾害,以哨兵雷达卫星影像数据为数据源,以750 kV川湖Ⅰ线为监测对象,采用星载合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture Radar,InSAR),研究分析输电通道地表微小形变的提取方法,发现川湖Ⅰ线100号杆塔附近存在明显的地表形变量,且2019年7月形变有明显的加速过程,分析说明该地面沉降区的形变与地面或地下的施工过程有关。研究表明:(1)卫星遥感星载InSAR测量技术适用于地表微小形变的提取,提取精度较高,能够满足输电通道地表形变的监测;(2)卫星遥感星载InSAR测量技术提取的地表形变精度可达毫米级,可替代人工地面测量工作;(3)针对地表形变,与传统野外核查、人工测量解译相比, 卫星遥感星载InSAR监测技术具有精度高、效率高、覆盖范围广等优势。     

三维土工网防护边坡整体稳定性分析

针对三维土工网护坡技术的前期阶段不断出现的边坡整体失稳现象,基于三维土工网护坡技术的作用机理,采用强度系数折减法,利用ABAQUS建立土工网防护边坡的三维有限元模型,以坡肩特征点的位移突变情况作为边坡失稳判断的标准,分别计算和比较了不同降雨条件下土工网防护边坡和不含土工网边坡的安全系数,探究了边坡失稳时坡体内部塑性区的发展情况和位移分布规律,并利用室内边坡抬升破坏试验分析比较了两种边坡的破坏抬升角度和最终破坏情况,与数值模拟分析结果进行比较。结果表明:土工三维网在一定程度上可以提高边坡的整体稳定性,但作用影响较小;降雨强度的大小对边坡稳定性的影响较为明显;在土工网和铆钉共同作用下,土工网和其覆盖的土体共同作用,呈现较好的整体性。     

强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用

将抗剪强度折减法基本概念、弹塑性有限元分析原理与计算结果图形实时显示技术相结合,提出了以广义塑性应变及塑性开展区作为边坡失稳的评判依据,并与以非线性迭代收敛条件作为失稳评判指标的强度折减有限元方法进行了对比。对于天然垂直边坡的算例数值分析表明,采用广义塑性应变与塑性开展区作为失稳判据可以比较准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,验证了这种失稳判据的合理性。对开挖边坡和开挖支护边坡的实例计算结果表明本文方法对于复杂的边坡稳定性分析是实用的。     

基于AHP-Fuzzy和激光点云数据的公路边坡危险性评估研究

针对目前公路边坡危险性评估大多侧重于判断危险等级,很少深入研究其中具体危险点的问题,提出一种基于AHP-Fuzzy和激光点云数据的公路边坡危险性综合评估方法。该文先根据地质条件将公路边坡划分为若干路段,再采用AHP-Fuzzy评价法对各路段边坡进行整体评估,确定危险边坡;然后利用车载LiDAR系统获取各危险边坡两期激光点云数据,构建DEM模型,并使用色谱分析法对两期模型进行局部评估,找出具体的危险点;最后结合专家意见,定性判断危险路段可能发生的灾害类型,并提出相应的防治建议。以重庆市某公路为例,采用新方法进行评估实验。结果表明,研究区4、8、10号路段危险性较大,易发生滑坡、崩塌灾害,建议采取及时的防治措施。与传统方相比,该方法既能确定危险边坡,又能找出其中的具体危险点,为公路边坡防灾减灾研究开辟了一种新思路。     

融合GPS与DInSAR的区域地表三维形变获取研究

合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)是监测地表形变的有效方法,而地表形变是三维形变,因水平方向形变信息的不敏感性,通过DInSAR视线向形变难以获得准确的三维形变信息。综合GPS水平形变精度高、DInSAR垂向精度高和空间分辨率高的特点,研究融合GPS与DInSAR获取区域地表三维形变。首先介绍GPS水平形变、DInSAR垂向形变与三维视线向形变以及三维视线向转化为三维形变的理论基础;然后以雄安新区为例,开展三维视线向形变与DInSAR视线向形变的比较,两者存在较好的相关性,存在一定的偏差;其次针对短时形变监测和长期地表形变监测的需求,通过不同时间间隔的GPS、DInSAR形变结果,分别构建了基于SAR重访周期和一年间隔的DInSAR视线向形变校正模型,并以实测GPS、DInSAR结果进行模型可靠性验证;最后将三维视线向形变转化为水平方向形变和垂向形变,该三维形变在保证精度的基础上保留了SAR数据的高空间分辨率特征。研究结果表明:对于SAR重访周期时间间隔来说,DInSAR视线向形变与三维视线向形变差异较小,仅存在1 mm的校正,说明对于短时期来说,水平方向的形变微小。对于1年时间间隔来说,DInSAR校正后的视线向形变与三维视线向形变的平均偏差为0.34 mm,均方根误差为0.49 mm,其误差均小于校正前的DInSAR形变。     

黄土高原山区城镇边坡地质灾害风险分级系统--以吉县吉昌镇为例

随着山区城镇建设规模的扩张,城镇边坡风险评价与分级成为亟需开展的一项研究工作,同时,对于山区城镇土地利用规划、地质灾害防治决策等具有重要现实指导意义。该文以吉县吉昌镇为例,在前人研究的基础上,开展黄土高原城镇边坡地质灾害风险分级系统研究,通过完善、优化城镇边坡危险性评价指标,采用数理统计学方法重新厘定城镇边坡危险性与危害性的评分分级标准,进而依据建立的城镇边坡地质灾害风险分级矩阵表确定边坡的风险级别,探索建立黄土高原山区城镇边坡地质灾害风险分级系统,为山区城镇土地利用规划、建设以及地质灾害风险防控提供技术支撑。