CN113610972A - 线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法，该方法针对山区铁路、公路等线性工程，充分结合遥感解译、地质调绘和无人机倾斜摄影测量、三维激光雷达扫描技术，按照由面到点逐步深入的勘察流程，更有针对性的查清工程区危岩落石发育情况及其特征，提高勘察精度及效率，避免了勘察工作的盲目性，同时通过稳定性分析计算、危险性评价、落石路径模拟等多种评估方法对比分析，有效提高了评估结果的可靠性，为线路方案的优化和针对性危岩落石防护设计提供了依据。

Description

线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法

技术领域

本发明实施例涉及地质勘察技术领域，具体涉及一种线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法。

背景技术

随着国家交通设施建设向西部山区发展，山区地质灾害成为影响铁路、公路等线性工程建设和运营安全的重要地质风险，其中危岩落石则是其中主要的不良地质问题，尤其是位于山体高位的危岩落石破坏强度大，对工程安全危害更大。而高位危岩落石由于分布位置高、地形陡峻、地表植被覆盖，常规的工程地质调绘、挖探等勘察手段存在人员设备难以到位无法准确查明危岩落石发育特征的问题；而现阶段危岩落石评估方法以定性分析为主，定量计算为辅，依靠经验、主观性因素较大，缺少对危岩落石对破坏强度及影响范围的预测评估，导致评估结果准确性差。而危岩落石前期勘察过程出现的“查不清”和评估过程中的“评不准”，造成线路方案选择缺乏合理性，工程措施缺乏针对性。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法，以解决现有技术中由于现有的危岩测绘仅通过测绘模拟，且无稳定性分析以及缺少对危岩落石对破坏强度及影响范围的预测评估而导致的评估结果准确性差、线路方案选择缺乏合理性，工程措施缺乏针对性的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明的实施方式的第一方面中，提供了一种线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法，包括如下步骤

S1、根据区域地质资料结合线路方案，开展大面积遥感解译和调绘，初步确定危岩落石发育段落，指导线路方案绕避难以防治的危岩落石严重发育区；

S2、针对线路通过的高位危岩落石发育区，通过倾斜摄影建立实景三维地形，并通过激光扫描建立真实三维数字高程模型；

S3、根据倾斜摄影生成的实景三维地形，开展针对性现场调绘，核实坡面植被特征、岩性组合，实测危岩体尺寸、结构面产状、充填物、裂隙充填物和充水情况，据此确定危岩体破坏模式，并核实落石范围、测量落石尺寸；

S4、根据真实三维高程模型的特征和危岩体破坏模式综合分析进行落石路径模拟计算落石范围，并与现场实测的落石范围进行对比，修正计算参数，以保证落石路径模拟结果与实际落石位置吻合；

S5、根据落石路径模拟结果和实测落石位置，进行危岩落石危险性分区，并据此进行线路方案优化，避开高风险区域至无风险或可防治的中低风险区；

S6、线路调整后，对线路有影响的危岩体，综合确定危岩体的稳定性程度和危险性等级；

S7、针对基本稳定或欠稳定的危岩体开展单体危岩落石运动轨迹模拟分析，并计算其运动过程中的弹跳高度、冲击能量，并将落石模拟路径与历史调查法获得的现场落石边界进一步对比核查，修正模拟参数；

S8、根据落石路径模拟计算的弹跳高度、冲击能量，结合实际地形条件，选择针对性防护措施。

进一步地，其中步骤S2中，真实三维数字高程模型的建立是利用无人机倾斜摄影测量和三维激光雷达扫描，通过倾斜摄影测量生成实景三维地形模型，确定高位危岩发育带和危岩体位置坐标，并获得危岩体几何尺寸、结构面产状、延伸情况、裂隙张开程度及宽度，落石点范围等信息；通过三维激光雷达扫描技术过滤危岩落石区地表植被，最终生成真实三维数字高程模型。

进一步地，所述无人机倾斜摄影确定危岩落石发育区域、岩体结构面发育特征，并建立实景三维模型；

三维激光雷达扫描以读取岩体结构面参数、确定危岩体的位置坐标，对危岩体的识别以及危岩落石区地表植被的去除。

进一步地，其中步骤S4中，落石路径模拟是根据获得的危岩体的岩性组合、结构面特征综合分析建立危岩体失稳破坏模式，根据坡面植被、岩性选取边坡参数，在真实三维数字高程模型上对整个高位危岩发育带进行落石路径模拟，计算落石滚落范围。

进一步地，其中步骤S6中，危岩体的稳定性程度和危险性等级的确定，是根据失稳破坏模式采用赤平投影法和极限平衡法进行危岩体稳定性的定性和定量计算，针对稳定性计算参数进行可靠度分析，并采用层次分析法对危岩落石整体稳定程度有影响的因素开展综合危险性评价分析得到。

进一步地，所述危岩体的稳定性程度和危险性等级的确定是根据计算得出落石滚落范围对真实三维数字高程模型的线路是否影响而进行的，其中可靠性分析是在进行稳定性定量计算后，在确定性分析中补充引入可靠度分析方法进行分析，可靠度计算分析方法采用验算点法。

根据本发明的实施方式，该评估方法具有如下优点：针对山区铁路、公路等线性工程，充分结合遥感解译、地质调绘和无人机倾斜摄影测量、三维激光雷达扫描技术，按照由面到点逐步深入的勘察流程，更有针对性的查清工程区危岩落石发育情况及其特征，提高勘察精度及效率，避免了勘察工作的盲目性，同时通过稳定性分析计算、危险性评价、落石路径模拟等多种评估方法对比分析，有效提高了评估结果的可靠性，为线路方案的优化和针对性危岩落石防护设计提供了依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法的示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，其示出了本发明实施例提供的线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法，包括如下步骤

在初测和定测阶段，根据区域地质资料结合线路方案，开展大面积遥感解译和调绘，初步确定危岩落石发育段落，指导线路方案绕避难以防治的危岩落石严重发育区；

提出优化平面线位采用隧道穿越的方式绕避天生桥危岩发育区和调整线路标高增加隧道长度规避危岩落石发育区两处难以防治的危岩落石严重发育区；

随后，针对排出难以防治的危岩落石严重发育区线路之外的落石发育区，通过倾斜摄影建立实景三维地形，并通过激光扫描建立真实三维数字高程模型；

再根据倾斜摄影生成的实景三维地形，分析危岩发育带与线路之间的空间关系，确定需要开展针对性工程地质调绘的位置，在调查中核实坡面植被特征、岩性组合，实测危岩体尺寸，测量结构面产状、充填物、裂隙充填物和充水情况，据此判断危岩体的破坏模式，并建立岩体模拟和稳定性分析基本参数信息；同时调查中核实落石范围、测量落石尺寸。

其中，真实三维数字高程模型的建立是利用无人机倾斜摄影测量和三维激光雷达扫描，通过倾斜摄影测量生成实景三维地形模型，确定高位危岩发育带和危岩体位置坐标，并获得危岩体几何尺寸、结构面产状、延伸情况、裂隙张开程度及宽度，落石点范围等信息；通过三维激光雷达扫描技术过滤危岩落石区地表植被，最终生成真实三维数字高程模型。

本实施例实施过程中，无人机倾斜摄影确定危岩落石发育区域、岩体结构面发育特征，并建立实景三维模型；

三维激光雷达扫描以读取岩体结构面参数、确定危岩体的位置坐标，对危岩体的识别以及危岩落石区地表植被的去除。

根据真实三维高程模型的特征和危岩体破坏模式综合分析进行落石路径模拟计算落石范围，并与现场实测的落石范围进行对比，修正计算参数，以保证落石路径模拟结果与实际落石位置吻合；

其中，落石路径模拟是根据获得的危岩体的岩性组合、结构面特征综合分析建立危岩体失稳破坏模式，根据坡面植被、岩性选取边坡参数，在真实三维数字高程模型上对整个高位危岩发育带进行落石路径模拟，计算落石滚落范围。

根据落石路径模拟的能量、落石高度、影响范围和实测落石位置，进行危岩落石危险性分区，将各危岩落石发育区划分为高风险、中风险、低风险、无风险5个危险发育区，初步判断无风险无需进一步分析，中低风险以下区域需要细化具体危岩体分析，而高风险地段应进行线路优化。通过与线路方案相互关系进行比对，确定落石发育区属于无风险区和中低风险区。

线路调整后，根据倾斜摄影生成的实景三维地形得到的相关参数对线路有影响的危岩体，综合确定危岩体的稳定性程度和危险性等级；并通过可靠度分析尽量避免参数误差影响，危岩体的稳定性属于欠稳定、基本稳定和稳定3种档次；通过地形地貌(陡崖高度、坡形、坡面植被发育情况)、地层岩性(危岩体岩性、软弱夹层发育情况、结构面发育情况、岩腔发育情况)、地质构造、气象水文(地下水位、降雨强度)、地震和落石历史分布等因素与危岩体及线路之间的关系，确定危险性等级。

其中，危岩体的稳定性程度和危险性等级的确定，是根据失稳破坏模式采用赤平投影法和极限平衡法进行危岩体稳定性的定性和定量计算，针对稳定性计算参数进行可靠度分析，并采用层次分析法对危岩落石整体稳定程度有影响的因素开展综合危险性评价分析得到。

具体的方法中，危岩体的稳定性程度和危险性等级的确定是根据计算得出落石滚落范围对真实三维数字高程模型的线路是否影响而进行的，其中可靠性分析是在进行稳定性定量计算后，在确定性分析中补充引入可靠度分析方法进行分析，可靠度计算分析方法采用验算点法。

针对基本稳定或欠稳定的危岩体开展单体危岩落石运动轨迹模拟分析，并计算其运动过程中的弹跳高度、冲击能量，并将落石模拟路径与历史调查法获得的现场落石边界进一步对比核查，修正模拟参数；计算其运动过程中的弹跳高度、冲击能量作为防治方案的依据；

最终，根据落石路径模拟计算的弹跳高度、冲击能量，结合实际地形条件，选择针对性防护措施，地形相对平缓、高差较小处的危岩体一般采取清除措施；危岩体发育位置较高、地形陡峻，冲击能量较大处采用主动防护措施，危岩落石发育位置较高，冲击能量较大，但落石运动轨迹下部存在地形相对较平缓时采取在平缓处设置被动防护措施。

采用上述步骤开展改造工程危岩落石勘察评估的方法合理，逻辑清晰，可为危岩落石的防治提供可靠的依据。

如图2所示，其为本发明实施例提供的线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法的实施流程示意图，作业过程如下

收集分析相关资料：其中包括目标区域地质资料结合线路方案，通过对底子资料分析以及地质数据，初步确定可能的危岩区域以及危岩滚落路线；

大面积遥感解译及绘调：初步确定危岩落石发育段落，指导线路方案绕避难以防治的危岩落石严重发育区。

针对线路通过的高位危岩落石发育区，进行无人机倾斜摄影测量和三维激光雷达扫描，通过倾斜摄影测量生成实景三维地形模型，确定高位危岩发育带和危岩体位置坐标，并获得危岩体几何尺寸、结构面产状、延伸情况、裂隙张开程度及宽度，落石点范围等信息；通过三维激光雷达扫描技术过滤危岩落石区地表植被，生成真实三维数字高程模型。

无人机倾斜摄影确定危岩落石发育区域、岩体结构面发育特征，并建立实景三维模型；倾斜摄影生成的实景三维地形，开展针对性现场调绘，核实坡面植被特征、岩性组合，实测危岩体尺寸、结构面产状、充填物、裂隙充填物和充水情况，并核实落石范围、测量落石尺寸，三维激光雷达扫描以读取岩体结构面参数、确定危岩体的位置坐标，对危岩体的识别以及危岩落石区地表植被的去除，从而更准确的确定危岩体本身的结构特性。

其在通过现场调绘、无人机倾斜摄影以及无人机三维激光扫描等技术，首先对危岩体的裂隙发育情况、岩体发育特征以及失稳破坏模式等进行分析，通过坡面落石特征进行反演分析，获取坡面参数，在对危岩体破坏强度、影响范围的预测分析。

根据三维数字高程模型确定的危岩体以及危岩体本身的结构特性组合、结构面特征综合分析建立危岩体失稳破坏模式，根据坡面植被、岩性选取边坡参数，在真实三维数字高程模型上对整个高位危岩发育带进行落石路径模拟，根据边坡参数、以及三维模型，结合危岩体具体发育的位置，采用三维落石路径模拟方法进行计算落石滚落范围，根据模拟计算的落石滚落位置与现场实测的落石范围进行对比，修正计算参数，以保证落石路径模拟结果与实际落石位置吻合。

将得到的落石路径模拟结果和实测落石位置，进行危岩落石危险性分区，并据此进行线路方案优化，避开高风险区域至无风险或可防治的中低风险区。

线路调整后，对线路有影响的危岩体，根据失稳破坏模式采用赤平投影法和极限平衡法进行危岩体稳定性的定性和定量计算，针对稳定性计算参数进行可靠度分析，在进行稳定性定量计算后，在确定性分析中补充引入可靠度分析方法进行分析，可靠度计算分析方法采用验算点法以确定可靠度，并采用层次分析法对危岩落石整体稳定程度有影响的因素开展综合危险性评价分析，综合确定危岩体的稳定性程度和危险性等。

对危岩体的稳定性评价方法中增设了可靠度分析后的可靠度指标作为最终稳定评判标准，弥补了传统方法稳定性评价人为主观性大的缺点。

如果在前述对比中未发现模拟落石对路线有影响，及可以直接针对基本稳定或欠稳定的危岩体开展单体危岩落石运动轨迹模拟分析，并计算其运动过程中的弹跳高度、冲击能量，并将落石模拟路径与历史调查法获得的现场落石边界进一步对比核查，修正模拟参数。

最后根据落石路径模拟计算的弹跳高度、冲击能量，结合实际地形条件，选择针对性防护措施。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法，其特征在于，包括如下步骤

S1、根据区域地质资料结合线路方案，开展大面积遥感解译和调绘，初步确定危岩落石发育段落，指导线路方案绕避难以防治的危岩落石严重发育区；

S2、针对线路通过的高位危岩落石发育区，通过倾斜摄影建立实景三维地形，并通过激光扫描建立真实三维数字高程模型；

S3、根据倾斜摄影生成的实景三维地形，开展针对性现场调绘，核实坡面植被特征、岩性组合，实测危岩体尺寸、结构面产状、充填物、裂隙充填物和充水情况，据此确定危岩体破坏模式，并核实落石范围、测量落石尺寸；

S4、根据真实三维高程模型的特征和危岩体破坏模式综合分析进行落石路径模拟计算落石范围，并与现场实测的落石范围进行对比，修正计算参数，以保证落石路径模拟结果与实际落石位置吻合；

S5、根据落石路径模拟结果和实测落石位置，进行危岩落石危险性分区，并据此进行线路方案优化，避开高风险区域至无风险或可防治的中低风险区；

S6、线路调整后，对线路有影响的危岩体，综合确定危岩体的稳定性程度和危险性等级；

S7、针对基本稳定或欠稳定的危岩体开展单体危岩落石运动轨迹模拟分析，并计算其运动过程中的弹跳高度、冲击能量，并将落石模拟路径与历史调查法获得的现场落石边界进一步对比核查，修正模拟参数；

S8、根据落石路径模拟计算的弹跳高度、冲击能量，结合实际地形条件，选择针对性防护措施。

2.如权利要求1所述的线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法，其特征在于，其中步骤S2中，真实三维数字高程模型的建立是利用无人机倾斜摄影测量和三维激光雷达扫描，通过倾斜摄影测量生成实景三维地形模型，确定高位危岩发育带和危岩体位置坐标，并获得危岩体几何尺寸、结构面产状、延伸情况、裂隙张开程度及宽度，落石点范围等信息；通过三维激光雷达扫描技术过滤危岩落石区地表植被，最终生成真实三维数字高程模型。

3.如权利要求2所述的线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法，其特征在于，所述无人机倾斜摄影确定危岩落石发育区域、岩体结构面发育特征，并建立实景三维模型；

三维激光雷达扫描以读取岩体结构面参数、确定危岩体的位置坐标，对危岩体的识别以及危岩落石区地表植被的去除。

4.如权利要求1所述的线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法，其特征在于，其中步骤S4中，落石路径模拟是根据获得的危岩体的岩性组合、结构面特征综合分析建立危岩体失稳破坏模式，根据坡面植被、岩性选取边坡参数，在真实三维数字高程模型上对整个高位危岩发育带进行落石路径模拟，计算落石滚落范围。

5.如权利要求4所述的线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法，其特征在于，其中步骤S6中，危岩体的稳定性程度和危险性等级的确定，是根据失稳破坏模式采用赤平投影法和极限平衡法进行危岩体稳定性的定性和定量计算，针对稳定性计算参数进行可靠度分析，并采用层次分析法对危岩落石整体稳定程度有影响的因素开展综合危险性评价分析得到。

6.如权利要求5所述的线性工程穿越高位危岩落石区勘察与评估方法，其特征在于，所述危岩体的稳定性程度和危险性等级的确定是根据计算得出落石滚落范围对真实三维数字高程模型的线路是否影响而进行的，其中可靠性分析是在进行稳定性定量计算后，在确定性分析中补充引入可靠度分析方法进行分析，可靠度计算分析方法采用验算点法。

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