曹友賢

摘? 要：在泥石流與危巖等地質(zhì)災(zāi)害的勘查過程中，需要進(jìn)行詳細(xì)的地形圖測量及仔細(xì)的工程地質(zhì)測繪。傳統(tǒng)的測量方法經(jīng)常因?yàn)樯礁吡置?、地形?fù)雜，難以獲取準(zhǔn)確的地形地貌資料及危巖體發(fā)育特征等信息，進(jìn)而對(duì)泥石流溝道縱坡、物源判別及危巖體失穩(wěn)模式、發(fā)展預(yù)測等產(chǎn)生不利影響。三維激光掃描技術(shù)通過激光反射，快速獲取地面點(diǎn)云特征，得到所需的地質(zhì)信息，可以獲取傳統(tǒng)測量無法得到的信息。該文以某地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)勘查為例，詮釋了三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害勘查過程中的方法與技巧，為類似的地質(zhì)災(zāi)害勘查提供參考。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害;泥石流;危巖;三維激光掃描

中圖分類號(hào)：P225? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 項(xiàng)目背景

2017年8月8日21時(shí)19分46秒，四川省阿壩州九寨溝縣發(fā)生里氏7.0級(jí)地震。受地震影響，九寨溝景區(qū)引發(fā)了大量崩塌、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅景區(qū)游客及居民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。其中中季節(jié)海泥石流位于九寨溝景區(qū)內(nèi)中季節(jié)海附近，溝口位置坐標(biāo)約為N33°05'42"，E103°55'14"，該災(zāi)害點(diǎn)包括泥石流、崩塌（危巖）等多種災(zāi)害。在進(jìn)行基礎(chǔ)資料收集的過程中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榫皡^(qū)植被茂密，泥石流溝的地形圖測量工作難以順利實(shí)施，傳統(tǒng)方法測量得到的地形圖資料難以反應(yīng)溝道的真實(shí)情況，而且由于溝道內(nèi)植被較好，地面調(diào)查人員對(duì)溝道內(nèi)物源的調(diào)查與劃分也比較困難。崩塌危巖區(qū)因危巖帶較陡，垂直高差較大，人員難以攀登，而且危巖區(qū)節(jié)理裂隙非常發(fā)育，傳統(tǒng)的羅盤、皮尺無法完全測量與統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確，進(jìn)而需要更為高效、準(zhǔn)確的測量及分析方法。

2 三維激光掃描及解譯

該災(zāi)點(diǎn)泥石流溝流域面積大，植被發(fā)育好，傳統(tǒng)的地面測量需要大量的人力及時(shí)間，而且測量效果較差，該區(qū)域內(nèi)危巖陡壁過于高陡，調(diào)查人員難以抵近測量，而且因該區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，產(chǎn)狀有一定變換性，使用傳統(tǒng)的羅盤測量結(jié)構(gòu)面具有一定的局限性。為了得到詳細(xì)的地形圖并查明崩塌范圍內(nèi)危巖帶、危巖體發(fā)育特征，分析危巖帶（體）穩(wěn)定性，項(xiàng)目采用天眼激光科技有限公司研制的輕小型激光雷達(dá)系統(tǒng)SE-J1200B02三維激光掃描儀，同時(shí)結(jié)合加拿大依諾馬軟件出品的PolyWorks激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理集成軟件，以及成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的《結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀計(jì)算程序》，對(duì)崩塌范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀進(jìn)行了解譯。

2.1 掃描范圍

該次勘查采用機(jī)載三維激光掃描儀對(duì)災(zāi)害點(diǎn)全流域及危巖帶范圍進(jìn)行了詳細(xì)的掃描。

2.2 掃描精度

SE-J1200B02三維激光掃描儀掃描距離最大可到2 000 m，掃描點(diǎn)密度可達(dá)30個(gè)/m2，單個(gè)點(diǎn)測距精度可達(dá)0.02 m，測量高程中誤差可達(dá)0.1 m，平面中誤差可達(dá)0.4 m，提取的數(shù)據(jù)信息最豐富，能夠精確的獲得地形圖及危巖帶的詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征。

3 掃描數(shù)據(jù)處理

3.1 掃描數(shù)據(jù)預(yù)處理

掃描數(shù)據(jù)不僅有出露巖體的點(diǎn)云，而且也有坡表植被、積雪等干擾因素，因此，需要對(duì)掃描獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即剔除干擾因素。盡量讓地面信息及巖體或危巖體可見，方便進(jìn)行溝道物源判別及危巖體幾何尺寸的量測、剖面的獲取及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的量測等。

3.2 地形圖及地表信息

通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理，可得到全流域1∶500精度的地形圖（如圖1所示），并且可得到區(qū)域內(nèi)去除植被后的地面信息，可為泥石流溝道沖刷、堆積情況及溝道物源、岸坡堆積物源等地面調(diào)查提供可靠的參考（如圖2所示）。

3.3 重要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀量測

產(chǎn)狀測量的原理是在該結(jié)構(gòu)面上任選3個(gè)不共線的點(diǎn)，擬合生成一個(gè)平面，通過該平面的法向量求解結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀，再分別查看每個(gè)面的屬性，讀取每個(gè)面的3個(gè)法向量值，利用成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董秀軍編制的《結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀計(jì)算程序》可計(jì)算每個(gè)平面的產(chǎn)狀（如圖3所示）。

通過軟件分析及采集，可得到目標(biāo)區(qū)域內(nèi)出露的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，示例見表1。

4 數(shù)據(jù)的應(yīng)用與分析

4.1 節(jié)理等密度圖和節(jié)理玫瑰花圖

根據(jù)危巖帶結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)結(jié)果可做出該危巖范圍內(nèi)發(fā)育節(jié)理的等密度圖和節(jié)理玫瑰花圖（如圖4，圖5所示）。

4.2 結(jié)構(gòu)面及其產(chǎn)狀和主要特征分析

根據(jù)以上節(jié)理等密圖及走向玫瑰花圖并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可以看出，各區(qū)巖體內(nèi)主要發(fā)育的結(jié)構(gòu)面及其產(chǎn)狀和主要特征見表2。

4.3 穩(wěn)定性分析及評(píng)價(jià)

根據(jù)結(jié)構(gòu)面與坡面的組合關(guān)系，可做出優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面及坡面的赤平投影圖，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，可對(duì)該區(qū)域內(nèi)的危巖做出穩(wěn)定性分析及評(píng)價(jià)。

5 結(jié)論

該文以某實(shí)際工程為基礎(chǔ)，闡述了三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害勘查中的應(yīng)用方法和效果，得出以下3點(diǎn)結(jié)論。1）三維激光掃描技術(shù)能夠突破傳統(tǒng)地形圖測量手段的限制，可更快速準(zhǔn)確地獲取地形圖資料，克服了全站儀、RTK等傳統(tǒng)測量手段測量時(shí)間長、精度不足及部分區(qū)域人員無法到達(dá)等缺點(diǎn)。2）三維激光掃描技術(shù)補(bǔ)充了危巖調(diào)查過程中人為獲取危巖變形特征信息不準(zhǔn)確、不全面的不足，并且可以避免高陡危巖調(diào)查過程中人員的危險(xiǎn)性。3）隨著技術(shù)的發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害勘查及治理等領(lǐng)域?qū)⒂羞M(jìn)一步發(fā)展，該文可為類似的工程提供參考。

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