基于点云数据的井下矿巷道岩体结构特征分析

本文依托弓长岭井下矿深部富矿资源安全高效回采方案优化研究项目,采用三维激光扫描方法获取了井下矿巷道点云数据并建立巷道三维点云模型、识别结构面并提取产状信息,得出了井下矿区域巷道优势节理组的特征参数。弓长岭井下矿巷道岩体结构以节理面为主,部分区域有断层或软破夹层出露;区域优势节理大致有3组,产状分别为235°∠32°、63°∠70°和195°∠83°;巷道岩体节理呈不均匀分布,局部存在密集平行节理,密度可达6～8条/m。该研究成果可为后续开展巷道设计及稳定性分析等提供基础数据。     

基于密度峰值改进的岩体结构面优势产状K-means聚类分析法

岩体结构面控制着地下洞室和岩质边坡等岩体工程的稳定性,在岩体力学工程模拟与分析计算中起关键作用。为对岩体结构面进行正确有效的分组,提出一种基于密度峰值改进的岩体结构面K-means聚类分析算法,解决了由于K-means算法选择聚类中心的随机性而易导致聚类结果局部最优的问题。首先,通过计算岩体结构面产状的局部密度和聚类中心距离,确定初始聚类中心并排除异常点,以此作为K-means算法的初始条件进行结构面优势产状的聚类分析,获得合理的聚类分组结果。最后将该算法应用于人工模拟和DIPS中的结构面产状数据,聚类结果表明,基于密度峰值改进的K-means算法的分组合理可靠,可以有效地实现结构面分组和优势产状的确定。     

基于Sirovision节理岩体调查及岩体质量分级与支护研究

针对传统岩体结构信息测量方法工作效率低、岩体结构信息不准确、劳动强度大、危险系数大等问题,利用Sirovision岩石三维遥感测量系统对岩体结构面信息进行了测量分析.以沂南金矿-540中段左叉穿巷为工程背景,进行岩体结构面调查和岩体结构面数字化识别,对岩体结构面的产状、产状分布规律、优势节理等进行分析,并根据岩石RM ...     

三维激光扫描技术在岩体结构面几何参数获取中的应用

岩体结构面几何参数传统获取方法是使用地质罗盘和直尺进行现场获取,但是该方法存在效率低、难度大等问题,为了有效解决该问题,本文引入三维激光扫描技术到岩体结构面几何参数获取中,大幅提高了岩体结构面几何参数获取的效率。为了验证该技术的有效性,选择国内某矿山边坡进行现场扫描,对扫描获取的点云数据进行预处理后,利用结构面识别和分组方法,快速地提取了岩体结构面并统计了结构面的倾向、倾角、迹长等信息,为后续边坡稳定性计算提供了有效的结构面几何参数。     

基于Sirovision的节理岩体调查及稳定性分析

针对人工近距离接触测量获取岩体结构面信息工作效率低,劳动强度大等问题,开展了Sirovision岩体结构面三维不接触测量系统的研究。介绍了该系统的硬件组成及后处理软件的具体功能,提出了一套适用于该系统的岩体结构面信息采集方法与数据处理流程,并成功应用于铁蛋山铁矿的节理岩体调查与分析中。首先根据现场采集的调查区内原始格式二维图片,获得了真实坐标定位的巷道三维空间模型数据;然后进行了岩体结构面的数字化识别,并将得到的统计数据依据产状特征进行了分组,获得了不同节理组的空间方位统计信息;最后根据不同节理组间的相互位置关系,进行了基于后处理软件系统的楔形体结构分析,确定了危险块体的位置。上述研究成果可为矿山安全生产及工程参数优化提供参考。     

双像解译的结构面迹线产状测量方法

结构面产状是重要的地质信息，岩体结构面出露类型有线状构造和面状构造两种。针对地质罗盘和点云解析无法有效测量呈线状构造出露的结构面产状的问题，以国内某地下金属矿巷道开挖面为研究对象，提出了一种双像解译的结构面迹线产状测量方法。首先，从两个不同角度各拍摄一张待测岩体图像；然后，通过搜寻最小代价路径的方式识别其中一幅图像中的结构面迹线，并沿每条结构面迹线布设多个锚点；随后，双像经同名点匹配后使用共线方程求解所有锚点三维坐标；最后，使用最小二乘平面拟合确定结构面迹线所在平面方程，根据平面法向量计算结构面产状。所得结构面产状测量结果与Sirovision系统测量结果较为接近，验证了所提方法的可靠性与实用性。研究成果可为开展更加详实和可靠的结构面调查提供有益参考。     

基于无人机贴近测量的露天矿岩质边坡结构面自动识别

获取岩质边坡结构面特征是露天矿山开展边坡稳定性分析的关键工作,传统的工程调查手段容易受到边坡地形限制,存在作业风险高、效率低等问题。为高效、安全地获取露天矿岩质边坡的精确结构面特征,利用无人机倾斜测量与贴近摄影测量技术开展了露天岩质边坡测量工作,构建了边坡的精细三维点云模型。通过进行边坡点云数据滤波、特征值获取以及基于区域生长法的平面分割分析,实现了基于点云数据结构面参数的识别与提取,形成了一种基于无人机获取岩质边坡结构面的自动、高精度测量方法,并在攀枝花铁矿尖山矿区北部边坡开展了工程实例验证。研究表明:基于无人机测量获取符合工程精度要求的边坡三维点云数据,采用结构面自动识别方法可快速地从边坡点云数据中获取岩体结构面信息,为边坡稳定性分析与评价提供了基础数据。     

ShapeMetrix3D系统在甲玛矿工程地质调查中的应用

针对目前岩体结构面信息获取,尤其在高原矿山上,主要是以人工现场接触测量为主,劳动强度大、效率低下的现状,借助先进的ShapeMetrix3D三维数字摄影测量系统,对甲玛矿4420m、4440m、4460m、4465m及4490m五个分段的巷道岩体结构面进行摄影测量,对获取到的结构面参数进行分组、分析,得到结构面几何特征参数的详细数据,并对其进行数理统计计算、分析,拟合出结构面各种几何信息的概率分布模型。通过选取典型测点进行结构面扫描分析,统计得到各分段各岩性结构面优势产状分布规律、所有分段各岩性结构面优势产状分布规律,结果表明:甲玛矿整体上岩体节理状态中等,个别中等偏下,其中,4465m分段最好,4440m、4460m分段次之,4420m、4490m分段最差。本文通过对甲玛矿地下巷道进行结构面几何参数统计,为甲玛矿下一步岩体稳定性分析等工作提供定量依据。     

三维激光技术在危岩体地质信息采集中的应用

在裂隙切割和溶蚀作用下,重庆市万盛区刀子岩局部形成单个危岩体,在暴雨条件下,刀子岩处于失稳状态,传统的测量方法难以精确得到危岩体的规模和结构面特征.该文采用三维激光扫描技术获取危岩体的高密度点云数据,从而提取危岩体的岩体结构面的产状和几何信息.工程实例表明,该技术具有较强的适用性和可靠性,可为危岩体的调查提供参考.     

ShapeMetrix3D系统在甲玛矿工程地质调查中的应用研究

针对目前岩体结构面信息获取,尤其在高原矿山上,主要是以人工现场接触测量为主,劳动强度大、效率低下的现状,借助先进的ShapeMetrix3D三维数字摄影测量系统,对甲玛矿4 420 m、4 440 m、4 460 m、4 465 m及4 490 m五个分段的巷道岩体结构面进行摄影测量,对获取到的结构面参数进行分组、分析,得到结构面几何特征参数的详细数据,并对其进行数理统计计算、分析,拟合出结构面各种几何信息的概率分布模型。通过选取典型测点进行结构面扫描分析,统计得到各分段各岩性结构面优势产状分布规律、所有分段各岩性结构面优势产状分布规律,结果表明：甲玛矿整体上岩体节理状态中等,个别中等偏下,其中,4 465 m分段最好,4 440 m、4 460 m分段次之,4 420 m、4 490 m分段最差。本文通过对甲玛矿地下巷道进行结构面几何参数统计,为甲玛矿下一步岩体稳定性分析等工作提供定量依据。     

基于岩体质量评价的充填采场稳定性分析

针对金属矿山采场遗留矿柱回采中的采场稳定性问题,利用点荷载强度试验得到单轴抗拉和抗压强度,基于非接触扫描方法对节理化岩体进行结构面信息统计,综合现场点荷载强度、结构面参数信息结果,采用工程岩体质量评价的BQ分级方法对采场围岩进行岩体分级,最终确定了岩体按质量分级主要为Ⅲ级,局部岩体为Ⅳ级。该方法能够实现非接触式扫描节理岩体获取结构面信息与岩石力学实验相结合的岩体质量评价,从而为类似矿柱回采工程提供参考。     

Sirovision节理岩体遥测系统误差分析与修正方法

采用Sirovision节理岩体遥测系统进行岩体结构数据分析。为了获得更为精确的统计结果,首先对该系统的现场测量及数据分析流程进行了研究,介绍了该系统设备的组成及工作原理,分析了采用该系统进行节理岩体调查和分析时的误差主要来源,并将其归纳为拍摄操作误差、控制点坐标误差以及节理识别误差等几类;然后针对不同的误差来源,开展相应的误差标定试验,分析误差产生的原因及其对调查分析结果的影响程度,提出了减小误差的措施,实现了对调查分析结果的修正;最后基于修正后的Sirovision节理岩体调查及分析方法对焦家金矿典型岩体进行了岩体结构调查与分析,完成了岩体三维模型的重构与结构面信息的提取,并将调查分析结果与手工测量结果进行了对比分析,结果表明,基于修正后的Sirovision节理岩体调查及分析方法获得的数据与实际情况吻合良好,能够达到节理岩体调查所需的精度。参照所获取的节理空间分布形态对焦家金矿岩体的不稳定结构（楔形体结构）进行了分析,可为矿山岩体稳定性分级和确保矿山安全生产提供依据。     

大孤山铁矿边坡岩体结构数字识别及力学参数研究

针对目前岩体结构面信息获取主要以人工现场接触测量为主,劳动强度大、效率低下的现状,借助于先进的ShapeMetrix 3D三维数字摄影测量系统,对大孤山铁矿边坡岩体结构面进行摄影测量,对获取到的结构面进行分组、分析,得到结构面各种几何信息的详细数据,并对其进行数理统计计算、分析,拟合出结构面各种几何信息的概率分布模型。采用蒙特卡洛方法编制的程序和根据数字摄影测量系统得到的统计数据,模拟岩体内部结构面三维分布情况。在此基础之上,采用修正广义Hoek-Brown准则,估计节理化岩体强度,得到岩体强度指标。根据已获得的结构面三维分布情况和岩体强度指标综合评价了大孤山铁矿边坡岩体稳定性。     

基于钻孔超声波成像测试技术的岩体完整性分析

钻孔超声波成像测试技术能够提取工程勘察钻孔中岩层产状信息并提供钻孔岩层三维信息图。在某工业园区的工程勘察中,完成了多个钻孔的超声波成像测井,以其中的一个钻孔为例,研究分析了钻孔超声波成像测试获取的结构面倾角、倾向和节理方位频率图等。结果表明:钻孔超声波成像测试技术可以对钻孔所揭露的岩体完整性进行定量分析,为区域稳定分析、工程岩体质量分级及工程设计提供重要基础数据,对提高工程勘察质量具有重要意义。     

基于数字摄影测量的结构面、关键块体确定及其三维重构

通过3GSM三维岩体不接触测量技术,对夏甸金矿-615分层水平54902采场进行矿岩体裂隙和结构面数字摄影测量,获取一系列真实反映岩体宏观结构的图像,从中提取节理裂隙和结构面的空间分布信息。在此基础上,利用东北大学自主研发的不稳块体快速识别和分析系统Geo SMA-3D,进行某测点的不稳块体搜索。最终将表征结构面、关键块体形态的数据实体化后集成到虚拟场景之中,实现矿岩体特征的快速识别、确认及真三维展示的功能。     

基于主成分分析和支持向量机的结构损伤识别研究

提出了一种利用振动响应加速度信号结合主成分分析和支持向量机算法进行结构损伤识别的方法。首先,提取结构加速度振动响应信号;然后,采用主成分分析方法对上述提取到的结构加速度振动响应信号进行分析,提取前n阶主成分并将其按照某种规则组合成一维向量,作为结构损伤特征向量;最后,利用支持向量机的分类和回归算法分别进行损伤位置和损伤程度识别研究。该方法可以在样本较少的条件下取得较好的损伤识别结果,且具有一定的抗噪声能力。白噪声激励下的五层框架结构的数值模拟结果证明了该方法的有效性。     

安家岭煤矿岩体结构数字识别及关键块体确定

安家岭煤矿存在大量不稳定块体,安全隐患非常高,必须进行关键块体的预防治理工作。以北帮1300边坡平台为工程背景,采用先进的三维岩体不接触测量技术,进行岩体结构面的现场测量,获取岩体节理几何形态空间分布信息,建立三维岩体结构面空间分布模型。在此基础上,利用获得的边坡岩体结构面基本参数信息,基于不稳定块体快速识别和分析系统(Geo SMA-3D),进行边坡关键块体的搜索,并对所得结果进行理论分析,确定边坡较易掉落的块体及影响块体不稳定的因素。     

亚碧罗地区结构面连通率研究

结构面的存在是工程中重要地质缺陷之一。针对西南亚碧罗地区结构面,采用窗口法对怒江两岸的不连续面进行描绘测量。对获取的不连续面产状和迹长根据蒙特卡洛原理,利用VB编写程序模拟二维情况下岩体节理网络并分析了结构面连通率特征,为岩体质量评价和工程设计提供了理论依据。     

基于三维激光点云数据的岩体结构面提取方法研究

目前已有的结构面提取方法,有多点拟合、点云深度图像聚类、TIN格网的区域生长等方法。现有的提取方法对层面出露条件为平面形态的结构面有效,而对于出露条件为迹线形态的结构面无效。该文在现有算法基础上,分别对出露条件为平面和出露条件为迹线形态的结构面在三维点云空间中识别和提取方法进行研究。通过实例分析,验证了本文算法对平面状结构面和迹线状结构面提取的准确性和实用性。     

露天矿节理岩质边坡稳定性分析

针对弓长岭露天铁矿东帮节理岩体边坡的结构特征,使用3GSM三维岩体不接触测量系统,进行了结构面调查及统计分析,获取了结构面倾向、结构面倾角以及节理迹长、节理间距的详细统计数据。基于Monte-Carlo随机模拟方法,使用结构面网络模拟的软件Frac Sim3D,得到节理岩体的三维网络模型。在建立的三维网络模型基础上,采用钻孔取样方法获取节理岩体的岩体质量指标RQD,结合现场点荷载强度试验,进而获取RMR指标,基于Hoek-Brown经验方法得到节理岩体的抗剪强度参数。通过FISH语言编程实现了对复杂节理岩体的精细建模,采用离散元软件UDEC对边坡进行稳定性分析。结果表明:边坡整体处于稳定状态,局部发生岩体变形,受顺倾结构面控制,边坡顶部岩体沿结构面产生楔体破坏,局部散体区域出现掉块现象。