CN104035139B - 一种碎裂岩体范围及深度测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碎裂岩体范围及深度测定方法，该方法是通过无人机红外摄像对碎裂岩体的范围及深度进行测试，其具体方法步骤为：(1)人工现场踏勘，初步划定碎裂岩体范围；(2)选择碎裂岩体在干燥、高温晴天时段进行测试；(3)红外摄像；(4)对红外摄像进行图像数据处理；(5)确定碎裂岩体的面积；(6)确定碎裂岩体各点的深度。本发明所述采用非接触性的物理探测技术进行测定，可以在各种工作场地大范围使用，速度快，受地表通行障碍的影响较小，具有较高的测试分辨率和精度；通过无人机红外测定，在测定碎裂岩体范围与深度时，在最佳时间段进行红外摄像，就可以较准确地计算出碎裂岩体的范围与测试点的深度。

Description

一种碎裂岩体范围及深度测定方法

技术领域

本发明属于地质工程技术领域,涉及一种工程地质物理勘测方法，特别是涉及一种碎裂岩体范围及深度测定方法。

背景技术

碎裂岩体主要发育在西藏高原地区，其成因主要是冰劈、冻胀冻融和风化等作用形成的岩体表层碎裂，碎裂深度一般为几米至几十米。在水利水电、路基及工民建等工程地质灾害边坡治理中，碎裂岩体测定已成为了一个必不可少的环节。

目前，碎裂岩体的探测方法通常是在局部的地质钻孔、平洞等岩土工程勘探，结合工程物探中的地震勘探、孔间CT和地质雷达等方法进行范围与深度探测，但由于碎裂岩体与完整岩体的波速差异性较小，加之碎裂岩体的接受条件较差等不利因素，因此，现有的物探方法探测效果不理想，无法满足工程勘察设计的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种碎裂岩体范围及深度测定方法。

本发明是通过如下技术方案予以实现的。

一种碎裂岩体范围及深度测定方法，该方法是通过无人机红外摄像对碎裂岩体的范围及深度进行测试，其具体方法步骤如下：

(1)人工现场踏勘，初步划定碎裂岩体范围：按红外连续摄像成图的精度要求，确定无人机的飞行高度、速度与红外摄像参数，并制定飞行线路网格线；

(2)选择碎裂岩体在干燥、高温晴天时段进行测试；测试时在具有代表性的碎裂岩体与完整岩体表面分别安置温度测量仪，在红外摄像前1小时至摄像后1小时之间进行温度连续测量并记录；

(3)红外摄像：在下午16时～18时时间段内选择碎裂岩体，并按制定的飞行网格线，对整个碎裂岩体区利用红外摄像仪进行红外摄像，并同时记录坐标与时间；

(4)对红外摄像进行图像数据处理：对步骤(3)中的红外摄像进行图像数据处理，获取完整岩体正常温度值t₀、碎裂岩体区各点的温度值t_i及碎裂岩体区最高温度值t_m；

(5)确定碎裂岩体的面积：碎裂岩体范围的划定，将温度值t_i＞t₀+0.1的区域划定为碎裂岩体区范围，并计算出碎裂岩体区的面积为S；

(6)确定碎裂岩体各点的深度：将步骤(4)和步骤(5)所得到的完整岩体正常温度值t₀、碎裂岩体温度值t_i和最高温度值t_m、碎裂岩体区的面积S代入下式，得到碎裂岩体各点的深度值h为：

$h=C_1\frac{\sqrt{S}}{2}\·{\left(\frac{t_i-t_0}{t_m-t_0}\right)}^{C_2}$

式中，C₁、C₂分别为深度修正系数和温度修正系数。

所述步骤(6)中的深度修正系数C₁如下式所示：

$C_1=\frac{2h_m}{\sqrt{S}}$

式中，h_m为测试点已知的碎裂岩体深度，即步骤(6)中t_i＝t_m时碎裂岩体的深度，S为碎裂岩体的面积；

所述步骤(6)中的温度修正系数C₂如下式所示：

$C_2=log{\left(\begin{array}{c}\frac{t_n-t_0}{t_m-t_2^0}\end{array}\right)}^{\frac{2h_n}{C_1\·\sqrt{S}}}$

式中，h_n为t_n测试点已知的碎裂岩体深度，即步骤中t_n≈(t_m－t₀)/2时碎裂岩体的深度，S为碎裂岩体的面积。

所述步骤(1)中的网格线包括碎裂岩体，并超出碎裂岩体30m～50m。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明所述方法属于一种非接触性的物理探测技术，可以在各种工作场地大范围使用，速度快，受地表通行障碍的影响较小，具有较高的测试分辨率和精度；由于该方法采用了无人机红外测定，在测定碎裂岩体范围与深度时，依据碎裂岩体深度越深、体积越大，则其吸收与辐射热能越大的原理，在最佳时间段进行红外摄像，通过碎裂岩体各点的温度值与温度差场分析计算，就可以较准确地计算出碎裂岩体的范围与测试点的深度；本发明所述方法操作简单，现场仅需2～3人即可工作。试验证明，与现有其它方法比较，采用本发明所述方法具有理想的测定结果，而且工作量小，工作效率高，综合使用成本低，可用于大型、复杂的地质工程勘察项目中，同时，工作步骤简单，易于理解与掌握，可在地质探测技术领域广泛推广应用。

附图说明

图1是本发明所述碎裂岩体范围及深度的测定示意图。

图中：1-红外摄像仪，2-碎裂岩体，3-温度测量仪，4-完整岩体。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1所示，本发明所述的一种碎裂岩体范围及深度测定方法，该方法是通过无人机红外摄像对碎裂岩体的范围及深度进行测试，其具体方法步骤如下：

(1)人工现场踏勘，并初步划定碎裂岩体2的范围；按红外连续摄像成图的精度要求，确定无人机的飞行高度、速度与红外摄像参数，制定飞行线路网格，保证网格线包括碎裂岩体2并超出30m～50m；

(2)选择碎裂岩体2干燥、高温晴天时段进行测试；测试时在具有代表性的碎裂岩体2与完整岩体4表面上分别安置温度测量仪3，在红外摄像前1小时至摄像后1小时之间进行温度连续测量并记录；

(3)在下午16时～18时时间段内选择碎裂岩体，这一时间段碎裂岩体2的温度较高，因此在这个时间段对碎裂岩体进行红外摄像效果最好，在具体操作时，按制定的飞行网格线对整个碎裂岩体2区的利用红外摄像仪1进行摄像，并同时记录其坐标与时间；

(4)对红外摄像进行图像数据处理，获取完整岩体4正常温度值t₀、碎裂岩体2区各点的温度值t_i及碎裂岩体2区最高温度值t_m；

(5)碎裂岩体2范围的划定，将温度值t_i＞t₀+0.1的区域划定为碎裂岩体2区范围，并计算出碎裂岩体2区的面积为S；将上述步骤得到的参数代入下式，得到碎裂岩体2各点的深度值h：

$h=C_1\frac{\sqrt{S}}{2}\·{\left(\frac{t_i-t_0}{t_m-t_0}\right)}^{C_2}$

在上式中，h为测试点碎裂岩体2的深度，单位为m；S为碎裂岩体2的面积，单位为m²；t₀为完整岩体4的正常温度值，单位为℃，t_i为碎裂岩体2各点的温度值，单位为℃；t_m为碎裂岩体2最高温度值，单位为℃；C₁、C₂分别为深度修正系数和温度修正系数；

所述深度修正系数C₁是用1个测试点(t_i＝t_m)已知的碎裂岩体深度h_m代入下式得到：

$C_1=\frac{2h_m}{\sqrt{S}}$

在上式中，C₁为深度修正系数，h_m为t_i＝t_m时测试点已知的碎裂岩体深度，单位为m；S为碎裂岩体区的面积，单位为m²；

所述温度修正系数C₂是用1个测试点((t_n≈(t_m－t₀)/2)已知的碎裂岩体深度h_n代入下式得到：

$C_2=log{\left(\frac{t_n-t_0}{t_m-t_0}\right)}^{\frac{2h_n}{C_1\·\sqrt{S}}}$

在上式中，C₂为温度修正系数，t₀为完整岩体正常温度值，单位为℃；t_n为碎裂岩体区在t_n≈(t_m－t₀)/2时的已知点温度，单位为℃；t_m为碎裂岩体区最高温度值，单位为℃；h_n为t_n≈(t_m－t₀)/2时测试点已知的碎裂岩体深度，单位为m；C₁为深度修正系数，S为碎裂岩体的面积，单位为m²；

所述深度修正系数C₁与温度修正系数C₂也可以利用经验参数给出，可根据岩体的性质(岩石类型、表层密度、热导率和比热容等)及碎裂程度、碎裂岩体面积等因素通过类比得出。

Claims (4)

1.一种碎裂岩体范围及深度测定方法，其特征在于：该方法是通过无人机红外摄像对碎裂岩体的范围及深度进行测试，其具体方法步骤如下：

(1)人工现场踏勘，初步划定碎裂岩体范围：按红外连续摄像成图的精度要求，确定无人机的飞行高度、速度与红外摄像参数，并制定飞行线路网格线；

(2)选择碎裂岩体在干燥、高温晴天时段进行测试；测试时在具有代表性的碎裂岩体与完整岩体表面分别安置温度测量仪，在红外摄像前1小时至摄像后1小时之间进行温度连续测量并记录；

(3)红外摄像：在下午16时～18时时间段内选择碎裂岩体，并按制定的飞行网格线，对整个碎裂岩体区利用红外摄像仪进行红外摄像，并同时记录坐标与时间；

(4)对红外摄像进行图像数据处理：对步骤(3)中的红外摄像进行图像数据处理，获取完整岩体正常温度值t₀、碎裂岩体区各点的温度值t_i及碎裂岩体区最高温度值t_m；

(5)确定碎裂岩体的面积：碎裂岩体范围的划定，将温度值t_i＞t₀+0.1的区域划定为碎裂岩体区范围，并计算出碎裂岩体区的面积为S；

(6)确定碎裂岩体各点的深度：将步骤(4)和步骤(5)所得到的完整岩体正常温度值t₀、碎裂岩体温度值t_i和最高温度值t_m、碎裂岩体区的面积S代入下式，得到碎裂岩体各点的深度值h为：

$h=C_1\frac{\sqrt{S}}{2}\·{\left(\frac{t_i-t_0}{t_m-t_0}\right)}^{C_2}$

式中，C₁、C₂分别为深度修正系数和温度修正系数。

2.根据权利要求1所述的一种碎裂岩体范围及深度测定方法，其特征在于：所述步骤(6)中的深度修正系数C₁如下式所示：

$C_1=\frac{2h_m}{\sqrt{S}}$

式中，h_m为测试点已知的碎裂岩体深度，S为碎裂岩体的面积。

3.根据权利要求1所述的一种碎裂岩体范围及深度测定方法，其特征在于：所述步骤(6)中的温度修正系数C₂如下式所示：

$C_2=log{\left(\frac{t_n-t_0}{t_m-t_0}\right)}^{\frac{2h_n}{C_1\·\sqrt{S}}}$

式中，h_n为t_n测试点已知的碎裂岩体深度，S为碎裂岩体的面积，t₀为完整岩体正常温度值；t_n为碎裂岩体区在t_n≈(t_m－t₀)/2时的已知点温度；t_m为碎裂岩体区最高温度值。

4.根据权利要求1所述的一种碎裂岩体范围及深度测定方法，其特征在于：所述步骤(1)中的网格线包括碎裂岩体，并超出碎裂岩体30m～50m。