[发明专利]一种崩塌滚石灾害情景再现方法

说明书

本发明公开了一种崩塌滚石灾害情景再现方法，构建整体全景三维模型及局部崩塌滚石三维模型，提取崩塌滚石灾害的地形与结构面要素；将组成滚石体的几何面均视为由一系列顶点围成的多边形面，建立滚石块体模型；通过地表等高线控制点及其材料属性重构崩塌滚石灾害情景地表三维网格，再利用地表三维网格构建滑床块体系统模型；获得崩塌体轮廓与确定性结构面的三角网格，再利用随机节理面的几何要素在崩塌体轮廓内生成三维随机节理网络，构建崩塌块体系统，得到崩塌滚石灾害情景图，实现整个灾害演化过程模拟。本发明实现了测量—模型—计算三者数据的无缝衔接与有效融合，再现了崩塌滚石灾害情景演化过程，具有技术先进、操作简便等优点。

技术领域

本发明属于防灾减灾工程与水利水电、交通、矿山等岩土工程技术领域，更具体涉及一种崩塌滚石灾害情景再现方法，尤其适用于崩塌滚石灾害演化过程的情景分析。

背景技术

我国特别是西部是亚洲乃至世界地质灾害最为严重的地区。在漫长的地质演化历史过程中，西部地区地壳大幅度抬升，形成了群山起伏、江河深嵌、斜坡高陡的地貌特点，使得该地区成为崩塌滚石孕育的理想场所。在降雨、地震等环境因素作用下，该地区地质演化所形成的欠稳定崩塌滚石极易发展且已经形成了大量地质灾害，严重影响水利水电、交通、矿山等重大工程，危害社会发展和人民安全，其防治工作成为保障国家安全与社会经济发展的重大需求。

崩塌滚石灾害的情景再现是其防治工作的首要任务，而灾害调查与运动过程分析是情景再现的两个重要方面。在灾害调查方面，西部地区的崩塌滚石往往自然地理条件恶劣，具有高位、高隐蔽性、高寒等特点，传统的勘察方法属于接触式、单点式调查，受限明显。随着非接触式测量技术的发展，摄影测量技术在获取崩塌滚石特征参数发挥了重要作用，极大提高了崩塌滚石的灾害调查效率。在运动过程分析方面，基于滚石—地表相互作用模型的RocFall软件以及基于非连续介质理论的离散单元法较为常用，而对于崩塌滚石涉及可以视为块体系统，国际著名数学家、岩石力学家石根华博士提出的块体系统分析理论是解决该问题的有力武器。围绕这两个方面内容，学者们开展了诸多研究，而现有工作还不能较好地将摄影测量获取的崩塌滚石特征参数直接应用到崩塌滚石灾害运动过程分析，制约了崩塌滚石灾害情景再现方法的发展。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，为了克服上述现有技术的缺点，本发明要解决的是现有工作还不能较好地将摄影测量获取的崩塌滚石特征参数直接应用到崩塌滚石灾害运动过程分析，制约了崩塌滚石灾害情景再现方法的发展的问题。

本发明采用的技术方案是：

一种崩塌滚石灾害情景再现方法，包括如下步骤：

A、基于倾斜摄影技术(例如采用无人机倾斜摄影技术)，构建整体全景三维模型及局部崩塌滚石高精度三维模型，提取崩塌滚石灾害的地形与结构面要素；

B、将组成滚石体的几何面均视为由一系列顶点围成的多边形面，这些多边形面组成了滚石块体，建立滚石块体模型；

C、通过地表等高线控制点及其材料属性重构崩塌滚石灾害情景地表三维网格，再利用地表三维网格构建滑床块体系统模型；

D、获得崩塌体轮廓与确定性结构面的三角网格，再利用随机节理面的几何要素在崩塌体轮廓内生成三维随机节理网络，构建崩塌块体系统；

E、设定三维块体系统的几何与物理信息、块体物理力学参数与三维块体系统模拟方法(例如非连续变形分析方法，简称DDA)的计算参数；

F、将崩塌滚石灾害过程分为多个真实时间步，在每个时间步内，采用三维块体系统分析理论模拟崩塌滚石体与地表的碰撞、滑动与滚动以及崩塌滚石体在空中飞行多种运动模式；

G、利用每个真实时间步内的块体系统模拟结果，得到崩塌滚石灾害情景图，实现整个灾害演化过程模拟。

进一步的，所述的步骤(A)具体步骤如下：