基于无人机遥感技术的山区危岩识别及风险评价

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危岩是高山峡谷地区常见的地质隐患之一。近年来,随着我国“一带一路”战略的实施,人类工程活动逐渐向山区推进,再加之极端气象条件诱发,山区崩塌灾害发生的频率不断增加,严重威胁着当地居民的生命财产安全,正确地评价危岩的稳定性状态,提出合理的防控措施,已成为相关部门极为关注的关键工程技术问题。由于山区复杂的地质环境,如何快速准确地获取地质灾害信息一直是危岩研究中的难点。本文以贵州省开阳县金中镇寨子组崩塌带为研究对象,将无人机摄影测量技术应用于山区高陡边坡危岩调查中,根据调查统计结果总结了研究区危岩的发育分布规律及破坏特征,通过数值模拟方法对危岩的三维运动特征进行研究,基于构建的崩塌灾害危险性模型和易损性模型,进行了研究区崩塌灾害风险评价,为制定经济有效的山区崩塌灾害防治方案提供技术支撑。主要研究成果如下:(1)采用无人机对研究区危岩进行了详细的航拍调查,构建了三维实景模型,精确地查明了危岩的几何特征、空间位置及失稳模式,实现了危岩的快速识别,并根据研究区崩塌带现有的变形破坏特征和发育情况,对区内危岩灾害体进行了详细的类型划分。基于三维点云模型,提出了高陡边坡岩体结构面产状快速测量方法,总结了快速获取用于数值计算的地形模型化方法,建立了无人机遥感在山区高陡边坡危岩调查中的技术流程。(2)基于研究区危岩调查统计结果,总结了危岩发育分布规律:危岩以中型为主,主要属于高位和特高位危岩,危岩发育主要受坡体结构控制。根据危岩失稳模式将研究区危岩分为拉裂-滑塌式、拉裂-倾倒式、拉裂-坠落式、拉裂-错断式以及滚落式五种类型。根据岩体结构面特征,对危岩崩落破坏特征进行了分析,得出危岩崩落破坏模式主要为边坡上部岩体沿结构面解体破坏。通过分析危岩稳定性的影响因素,得出地下采矿和降雨是引发崩塌灾害发生的主导因素。(3)基于Arc GIS平台的空间分析能力,采用Rockfall Analyst软件对落石的空间运动特征进行三维运动模拟研究,分析了落石的三维运动轨迹特征,并依据落石频率、弹跳高度以及运动能量等成灾关键因子的空间格栅分布特征对落石灾害进行危险性评估。结果表明:W7、BT2#、W10、BT3#、BT6#、W23、LS14等危岩危险性较高,落石最大运动距离为452m,直接威胁人口约60人,潜在经济损失达300万元以上。(4)根据研究区崩塌灾害特点,提出采用三级评价因子分级的方法,通过选取几何特征、岩土体特征、灾害体状态、诱发因素4个评价因子作为一级指标,斜坡高度、斜坡坡度、潜在失稳方量、坡体结构、控制性结构面倾角、岩体结构、地表变形强度、变形阶段、人类工程活动和降雨10个评价因子作为二级指标,建立了崩塌灾害危险性评价指标体系,采用RES方法对三级评价因子权重进行确定,构建了崩塌灾害危险性评价模型,并对研究区危岩进行了危险性评价。结果表明研究区危岩主要为高危险性和中危险性。(5)通过引入暴露度指标对承灾体易损性进行评价。根据崩塌灾害到达概率统计,选取0.5和0.2作为分界点,对应的最小到达角度分别为37°和24°,将承灾体暴露区划分为三个等级:高暴露区(1~0.5)、中暴露区(0.5~0.2)、低暴露区(0.2~0),构建了易损性评价模型。基于危险性模型和易损性模型构建了风险评价模型,并对研究区崩塌灾害进行风险评价。结果表明研究区内危岩BT6#、BT2#、W23、W10、LS10、W15、BT3-Ⅲ、W21、LS15具有高风险性。
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