冉淑紅 鄭藝龍 張長敏 賀瑾瑞 郝春燕 楊博 吳家悅 于兆林 張文麗

摘 要：崩塌是北京地區(qū)最為頻發(fā)的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害類型，因多分布于高陡斜坡，具有較高突發(fā)性和危害性，其勘查工作是長期困擾工程技術(shù)人員的難題。利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)北京市門頭溝區(qū)南港崩塌進(jìn)行調(diào)查，結(jié)合點(diǎn)云數(shù)據(jù)和高清影像數(shù)據(jù)，構(gòu)建崩塌三維空間模型，獲取崩塌結(jié)構(gòu)面和危巖體特征參數(shù)，評(píng)估危巖體穩(wěn)定性和危害性?；诳臻g模型，自動(dòng)識(shí)別及提取69組結(jié)構(gòu)面信息，將其歸納為4組。利用4組節(jié)理面對(duì)坡體和危巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，研究區(qū)易沿J1結(jié)構(gòu)面發(fā)生傾倒式崩塌，易沿J2和J3結(jié)構(gòu)面切割形成的楔形體發(fā)生滑移式崩塌。3處典型危巖體，在正常工況下1處為欠穩(wěn)定，2處為基本穩(wěn)定，在暴雨和地震條件下，1處為不穩(wěn)定，2處為欠穩(wěn)定。落石運(yùn)動(dòng)軌跡模擬分析顯示98，6%的落石會(huì)撞擊或經(jīng)過居民房屋，直接威脅居民人身安全。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描；南港崩塌；危巖體；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

Stability evaluation of rock collapses in Nangang village with 3D laser scanning

RAN Shuhong1， ZHENG Yilong1， ZHANG Changmin1， HE Jinrui1， HAO Chunyan1，

YANG Bo2， WU Jiayue1， YU Zhaolin1， ZHANG Wenli2

（1.Beijing Institute of Geological Hazard Prevention， Beijing 100120， China；

2.Beijing Tianhe Daoyun Technology Co.， Ltd. ， Beijing 10085， China）

Abstract： Rock collapse is the most frequent type of sudden geological hazards in Beijing area. Mostly developed on high-steep slopes， this kind of collapses is difficult to investigate through the traditional contact survey method. In this paper， the three-dimensional （3D） laser scanning is used to investigate Nangang rock collapse in Mentougou District， Beijing. By combining the point cloud data and high-definition image data， the 3D space model of the Nangang collapse is constructed. On this Basis， the development characteristics of structural planes in the study area are analyzed， and three typical dangerous rock masses are selected for characteristic parameters. These parameters provide data support for the stability analysis of dangerous rock masses. Rockfall software is used to simulate and analyze the movement track of these typically dangerous rock masses， and the danger posed by rock collapses to nearby houses is studied. The results of this work provide important references for the exploration and stability evaluation of rock collapses in Beijing.

Keywords： 3D laser scanning; Nangang collapse; dangerous rock mass; stability evaluation

北京是世界上地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重的首都城市之一，其中崩塌災(zāi)害發(fā)生的頻度和廣度最大（王海芝等，2020；李巖等，2023）。在北京現(xiàn)有的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)中，崩塌隱患點(diǎn)占比約75%，北山的一個(gè)隱患點(diǎn)僅2022年就發(fā)生了3次崩塌。相對(duì)于滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，崩塌災(zāi)害分布更廣，更具隱蔽性、突發(fā)性和多發(fā)性，其監(jiān)測工作也更為困難，因而快速實(shí)現(xiàn)應(yīng)急勘查和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)工作極為重要。

自20世紀(jì)90年代中期以來，三維激光掃描技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于土木工程、自然災(zāi)害調(diào)查、文物古跡保護(hù)等各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域（馬福貴等，2017；朱杭琦等，2022；王永剛等，2023），在地質(zhì)災(zāi)害防治工作中體現(xiàn)出較大優(yōu)勢，取得了理想的應(yīng)用效果（董秀軍等，2006）。Du Jiachong等（2007）通過三維激光掃描和GPS技術(shù)對(duì)臺(tái)灣西北部山區(qū)的一處滑坡進(jìn)行了體積估算；褚宏亮等（2015）以重慶南川甑子巖危巖體為例，提出采用三維激光掃描技術(shù)對(duì)高陡危巖、大型崩滑災(zāi)害變形進(jìn)行監(jiān)測、分析；劉昌軍等（2011）應(yīng)用激光掃描技術(shù)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了半自動(dòng)統(tǒng)計(jì)研究，得到了邊坡裂隙結(jié)構(gòu)面分布規(guī)律和幾何信息，提高了分析的效率和精度；Ji Haowei等（2019）通過融合三維激光掃描和無人機(jī)影像數(shù)據(jù)，對(duì)滑坡區(qū)3D地形特征進(jìn)行重建；李俊寶等（2020）以重慶市武隆縣雞冠嶺的危巖體為研究對(duì)象，探討了3D激光掃描技術(shù)在危巖體變形監(jiān)測中的應(yīng)用；Tarolli等（2020）總結(jié)了三維激光掃描的原理和發(fā)展現(xiàn)狀，并以AKatani 滑坡為例探討了其在滑坡分析中的應(yīng)用。綜上所述，三維激光掃描技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害工作中。

與全站儀、GPS等傳統(tǒng)的單點(diǎn)測量不同，三維激光掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)觀測對(duì)象面的測量，在地質(zhì)災(zāi)害勘查中具有非接觸測量、數(shù)據(jù)采樣率高、精度高等優(yōu)勢（許偉等，2015；劉錦程，2012；Barbarella et al.，2015）。對(duì)于坡體較陡，且相對(duì)高差較大的斜坡，人工現(xiàn)場調(diào)查難度大，危險(xiǎn)性高，采用以地面三維激光掃描技術(shù)為主，現(xiàn)場調(diào)查為輔的手段對(duì)研究區(qū)全面調(diào)查、分析、評(píng)價(jià)，取得了良好效果。本文采用地面三維激光掃描技術(shù)開展南港崩塌調(diào)查，獲取地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)和高清影像資料，建立空間模型，獲取崩塌結(jié)構(gòu)面和危巖體特征參數(shù)，分析評(píng)估危巖體穩(wěn)定性和危害性，研究成果對(duì)三維激光掃描技術(shù)在北京地區(qū)崩塌災(zāi)害防治和預(yù)警工作具有重要參考價(jià)值。

1 ?研究區(qū)概況

南港崩塌位于北京市門頭溝區(qū)王平鎮(zhèn)東部的低山區(qū)，屬地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)（趙越等，2015；葉澤宇等，2023）（圖1）。該區(qū)總體地勢西高東低，崩塌所在坡體相對(duì)高差31 m，傾向50～110°，傾角較陡，約35～90°；坡寬約72 m；斜坡頂部較為平整，有長約40 m、寬約10 m的空地。坡體下方為村民房屋，一旦發(fā)生崩塌災(zāi)害，將威脅下方村民生命財(cái)產(chǎn)安全。

邊坡頂部和底部有雜草灌木，以灌木為主，覆蓋率達(dá)80%以上。通過地質(zhì)雷達(dá)、電法勘探和槽探揭示，研究區(qū)坡體物質(zhì)組成主要為第四系坡積物和侏羅系窯坡組一段砂巖，砂巖上部強(qiáng)風(fēng)化，中下部為中風(fēng)化。第四系坡積物厚度0.5～1.5 m，以碎石土為主；強(qiáng)風(fēng)化砂巖厚度4～5 m，呈破碎狀，無優(yōu)勢節(jié)理；中風(fēng)化砂巖主要分布在坡體中下部，厚約13 m，呈灰黑色，總體傾向165～175°，傾角15～25°。

研究區(qū)構(gòu)造上處于北京西山坳陷，九龍山向斜北翼西北部。九龍山向斜為一復(fù)式向斜，軸的走向大致為北東60°，軸長逾30 km。向斜核部由九龍山、龍門組、窯坡組及南大嶺組構(gòu)成，外圍間斷分布二疊紀(jì)、石炭紀(jì)地層，北翼還出露奧陶紀(jì)、寒武紀(jì)地層，兩翼地層北翼陡南翼緩（唐春雷等，2015）。區(qū)內(nèi)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，大部分裂隙上下貫通，裂隙寬5～100 mm，巖體在切割作用下呈裂隙塊狀，裂隙內(nèi)多有泥土充填（圖2-a）。受構(gòu)造影響，研究區(qū)易發(fā)生崩塌災(zāi)害，已出現(xiàn)落石現(xiàn)象，坡腳可見大量崩落的石塊（圖2-b），塊徑0.2～0.8 m，隱患點(diǎn)對(duì)坡下居民、建筑有較大威脅。

2 ?三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，是測繪領(lǐng)域繼GPS 技術(shù)后的又一次技術(shù)革命。它采用非接觸式高速激光的測量方式，無需在現(xiàn)場布設(shè)標(biāo)靶，在復(fù)雜的現(xiàn)場和空間對(duì)被測物體進(jìn)行快速掃描測量，獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)。海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過三維重構(gòu)可再現(xiàn)危巖崩塌現(xiàn)狀，并輸出相關(guān)成果，為危巖體穩(wěn)定性分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（王首智，2014；王梓龍等，2016）。

三維激光掃描儀主要由硬件和軟件兩部分組成，可分為手持激光掃描儀、地面激光掃描儀和星載（機(jī)載）激光掃描儀。針對(duì)南港崩塌隱患點(diǎn)的特殊地質(zhì)條件，考慮到精度和儀器有效工作距離因素，本次掃描工作選用了地面激光掃描儀——Maptek I-Site 8820超長距離三維激光掃描儀。其有效測距為2.5～2 000 m，采樣率為80 kHz，精度為毫米級(jí)（表1）。Maptek I-Site 8820集成高分辨全景同步數(shù)碼相機(jī)，采用配套的I-Site Studio 6.0數(shù)據(jù)后處理軟件完成數(shù)據(jù)處理工作。

2.1 ?外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集主要是選擇合適的架站位置（圖3）和合適的掃描檔位，以增加通達(dá)度和點(diǎn)云數(shù)據(jù)密度。Maptek I-Site 8820可實(shí)現(xiàn)水平360°全景掃描，但由于南港崩塌的邊坡范圍較小，無需進(jìn)行全景掃描?？上冗M(jìn)行全景預(yù)覽，然后圈定需要的掃描區(qū)域，對(duì)圈定區(qū)域進(jìn)行精細(xì)化掃描。Maptek I-Site 8820內(nèi)置了測量型望遠(yuǎn)鏡，可通過其進(jìn)行后視定向，此時(shí)采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)無需拼接；如在現(xiàn)場無法進(jìn)行后視定向，則可選用內(nèi)置羅盤進(jìn)行定向，但此時(shí)采集的數(shù)據(jù)需要后期進(jìn)行方位校正。研究區(qū)邊坡測量共架設(shè)9站，采集點(diǎn)2 692萬個(gè)，同時(shí)還采集了邊坡影像數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)拼接由I-Site Studio 6.0軟件完成，采用的算法為迭代就近點(diǎn)法，即ICP數(shù)據(jù)匹配算法，該算法是點(diǎn)云匹配最常用的算法，也是點(diǎn)云匹配精度較高的算法（周春艷等，2011）。

2.2 ?內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害勘查中應(yīng)用的核心工作是數(shù)據(jù)處理，通過I-Site Studio 6.0軟件，可進(jìn)一步建立邊坡模型、提取節(jié)理信息，這些數(shù)據(jù)對(duì)于崩塌穩(wěn)定性的定性分析、定量計(jì)算以及提出治理方案起著重要作用（周游，2023）。

1）建立邊坡模型

首先建立工程數(shù)據(jù)庫，在對(duì)外業(yè)采集的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)（圖4）進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)噪聲點(diǎn)去除和數(shù)據(jù)抽稀，包括按范圍過濾、地形過濾和植被過濾，最后采用簡單常用的建模方法——地形建模，建立邊坡模型（黨杰等，2022）。南港邊坡模型如圖5所示。

2）提取節(jié)理信息

結(jié)構(gòu)面是影響巖體穩(wěn)定的主要因素，傳統(tǒng)調(diào)查方法主要利用羅盤現(xiàn)場接觸裸露巖體進(jìn)行結(jié)構(gòu)面測量，但當(dāng)巖體存在崩塌危險(xiǎn)時(shí)，人工測量存在較大危險(xiǎn)性。利用三維激光掃描數(shù)據(jù)可以在遠(yuǎn)距離操作的情況下，清楚反映結(jié)構(gòu)面微小變化，通過點(diǎn)云坐標(biāo)重構(gòu)結(jié)構(gòu)面，生成結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，同時(shí)還可以得到不同組結(jié)構(gòu)面的間距和跡線長等幾何信息（葉巖磊，2023）。

基于建立的南港邊坡模型，結(jié)合全景照片，選擇沒有被堆積體覆蓋或很少覆蓋，節(jié)理裂隙比較清晰的坡面，利用軟件內(nèi)置的巖土工程模塊結(jié)構(gòu)面自動(dòng)識(shí)別及提取功能，分別提取邊坡巖體結(jié)構(gòu)面信息。其原理：對(duì)于原始數(shù)據(jù)點(diǎn)集P，計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)P i的最近鄰點(diǎn)集Q i，利用主成分分析算法檢查每一組Q i的共面性，對(duì)于每組共面性合格的點(diǎn)集Q i，利用奇異值分解方法計(jì)算出法向量，再轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。結(jié)合研究區(qū)野外調(diào)查的主要節(jié)理產(chǎn)狀（圖6）和跡線投影圖獲得不同組節(jié)理的間距和跡線長（圖7）。

3 ?結(jié)果與討論

3.1 ?危巖體破壞機(jī)理與穩(wěn)定性分析

通過對(duì)三維激光掃描數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)以及玫瑰圖分析（圖8），可以看出研究區(qū)節(jié)理裂隙以走向南北向最為發(fā)育。經(jīng)現(xiàn)場測量，主要的結(jié)構(gòu)面有4組，分別為：①層面：165°∠15°；②J1：250°∠75°；③J2：140°∠80°；④J3：10°∠65°。這4組結(jié)構(gòu)面將巖體切割成塊狀，此外還存在一些無序的裂隙。

對(duì)坡體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行極射赤平投影分析（圖9），可以判斷出J1結(jié)構(gòu)面與坡體傾向相反，傾角陡立，邊坡整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。研究區(qū)容易沿J1結(jié)構(gòu)面發(fā)生傾倒式崩塌。另外J2和J3結(jié)構(gòu)面切割形成的楔形體，與坡面方向一致，且傾角小于坡角、大于內(nèi)摩擦角，容易發(fā)生滑移式崩塌。

根據(jù)研究區(qū)總體結(jié)構(gòu)特征，將區(qū)內(nèi)分為南北2段，北段坡體較陡，坡度75～90°，局部反傾；南段坡體相對(duì)較緩，坡度37～53°。為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)南港崩塌的穩(wěn)定性，得到各危巖體幾何特征和空間分布狀態(tài)等信息，選取典型危巖體NJ01、NJ02、NJ03進(jìn)行穩(wěn)定性分析，三者巖性均為中—強(qiáng)風(fēng)化砂巖。

對(duì)于危巖體的識(shí)別主要根據(jù)其所在區(qū)域的結(jié)構(gòu)面信息。若只有1個(gè)主要結(jié)構(gòu)面，首先判定該結(jié)構(gòu)面（層面）和整個(gè)邊坡面的傾向是否相同，若相同再判定結(jié)構(gòu)面的傾角α是否比邊坡面的傾角β小，若結(jié)構(gòu)面傾角更小，該區(qū)域巖體被定為危巖體；若有2個(gè)主要結(jié)構(gòu)面，則判定兩個(gè)結(jié)構(gòu)面組合交點(diǎn)的夾角，是否比天然邊坡的夾角大，若大于邊坡面，該區(qū)域巖體也被定義為危巖體。根據(jù)這一判別依據(jù)，利用不同顏色對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行標(biāo)注，進(jìn)而在I-site studio軟件中劃分危巖體。利用三維模型精準(zhǔn)測量指定危巖的產(chǎn)狀、高程、規(guī)模等數(shù)據(jù)，并繪制立面圖（圖10）和剖面圖（圖11）。NJ01位于坡體北段，分布高程約290 m，距坡腳高差約13 m，危巖體呈塊狀，規(guī)模為2 m × 1 m × 0.5 m，下方失去支撐，巖層產(chǎn)狀為165°∠15°，主要發(fā)育2組節(jié)理，后緣節(jié)理產(chǎn)狀為250°∠75°，側(cè)向節(jié)理產(chǎn)狀為140°∠80°，均已貫通；NJ02位于NJ01北側(cè)約5 m，分布高程約295 m，距坡腳高差約18 m，危巖體呈長塊狀，規(guī)模為3 m × 2 m × 1 m，下方無支撐，巖層產(chǎn)狀165°∠15°，發(fā)育2組節(jié)理，底部節(jié)理產(chǎn)狀為10°∠65°，裂隙已貫通，側(cè)向節(jié)理產(chǎn)狀為330°∠80°；NJ03位于坡體南段中上部，分布高程約296 m，規(guī)模為2 m × 1.5 m × 1 m，下方無支撐，巖層產(chǎn)狀175°∠20°發(fā)育3組節(jié)理，底部節(jié)理90°∠30°，后緣節(jié)理330°∠80°，側(cè)向節(jié)理為240°∠70°，危巖體下方無支撐。

study area

穩(wěn)定性計(jì)算主要采用DB11/T 1524—2018《地質(zhì)災(zāi)害治理工程實(shí)施技術(shù)規(guī)范》推薦的計(jì)算方法。根據(jù)赤平投影分析可知，NJ01危巖體失穩(wěn)方式主要為傾倒式，NJ02和NJ03危巖體失穩(wěn)方式為滑移式，相關(guān)計(jì)算公式如下：

1）滑移式穩(wěn)定性計(jì)算公式

后緣無陡傾裂隙時(shí)按下式計(jì)算

F=（（Wcosθ-Qsinθ-V）tgφ+cl）/（Wsinθ+Qcosθ） （1）

式中：V為裂隙水壓力（kN·m-1），V=1/2 γ_w h_w^2；h_w為裂隙充水高度（m），取裂隙深度的1/3；γ（_w^） 為取10 kN·m-1；Q為地震力（kN·m-1），按公式Q=ξ_e×W確定，式中地震水平作用系數(shù)本區(qū)ξ_e取0.2；F為危巖穩(wěn)定性系數(shù)；c為后緣裂隙黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值按長度加權(quán)和加權(quán)平均值，未貫通段黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值取巖石黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值的0.4倍；φ為后緣裂隙內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；W 為巖塊重度（kN·m-3）；c為黏聚力（kPa）；l 為滑動(dòng)面長度（m）。當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值按長度加權(quán)和加權(quán)平均值，未貫通段內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值取巖石內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值的0.95倍；θ為軟弱結(jié)構(gòu)面傾角（?），外傾取正，內(nèi)傾取負(fù)。

2）傾倒式穩(wěn)定性計(jì)算公式

由后緣巖體抗拉強(qiáng)度控制時(shí)，其計(jì)算公式有2個(gè)。

當(dāng)危巖體重心在傾覆點(diǎn)之外時(shí)，

（F=@（1/2 f_lk?（H-h）/sinβ （2/3 ?（H-h）/sinβ+b/cosα cos（β-α）））/（W?a+Q?h_0+V（（H-h）/sinβ+h_w/3sinβ+b/cosα cos（β-α）） ）） （2）

當(dāng)危巖體重心在傾覆點(diǎn)之內(nèi)時(shí)，

（F=@（1/2 f_lk?（H-h）/sinβ?（2/3 ?（H-h）/sinβ+b/cosα cos（β-α））+W?a）/（Q?h_0+V（（H-h）/sinβ+h_w/3sinβ+b/cosα cos（β-α）） ）） （3）

式中：h為后緣裂隙深度（m）；h w為后緣裂隙充水高度（m）；H為后緣裂隙上端到未貫通段下端的垂直距離（m）；a為危巖體重心到傾覆點(diǎn)的水平距離（m）；b為后緣裂隙未貫通段下端到傾覆點(diǎn)之間的水平距離（m）；h 0為危巖體重心到傾覆點(diǎn)的垂直距離（m）；f lk為危巖體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），根據(jù)巖石抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以0.4的折減系數(shù)確定；α為危巖體與基座接觸面傾角（?），外傾取正值，內(nèi)傾取負(fù)值；β為后緣裂隙傾角（?）；V為后緣裂隙靜水壓力（kPa）。

計(jì)算過程中相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)依據(jù)試驗(yàn)資料、野外調(diào)查資料及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)來綜合確定。南港危巖體主要為窯坡組砂巖，主要物理力學(xué)參數(shù)見表3。

經(jīng)計(jì)算：NJ01危巖體在正常工況下為欠穩(wěn)定，在受到暴雨和地震作用情況下為不穩(wěn)定；NJ02、NJ03危巖體在正常工況下為基本穩(wěn)定，在暴雨和地震條件下為欠穩(wěn)定。穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。

3.2 ?典型塊體崩落運(yùn)動(dòng)路徑分析

采用RocFall軟件，選取南港勘查區(qū)北段的一條剖面進(jìn)行崩塌危巖體失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算，計(jì)算時(shí)假定危巖體位置位于坡頂部位，危巖近圓形。治理區(qū)巖體主要為砂巖，邊坡陡崖段為裸露砂巖，邊坡中下段為有植被覆蓋的砂巖，下段為有植被覆蓋的碎石土。陡崖為裸露的基巖（砂巖），根據(jù)砂巖風(fēng)化情況和節(jié)理裂隙的發(fā)育情況，從偏于安全的角度考慮，裸露砂巖、有植被覆蓋的砂巖和有植被覆蓋的碎石土的彈性系數(shù)取值見表5。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，該邊坡頂部落石方量一般按0.024 m?計(jì)算，巖石密度按2 940 kg·m-?考慮，故模擬計(jì)算時(shí)，落石重量為71 kg。落石的形狀根據(jù)現(xiàn)場踏勘和偏于保守的角度考慮為近于圓形落石 （傾倒破壞形成的塊石多為多面體或者楔形體，較難在下落時(shí)滾動(dòng)）。出于偏保守的考慮，模擬分析時(shí)未考慮落石可能摔碎、破裂的情況。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)條件和危巖發(fā)育情況，假定危巖分布處于陡崖頂部，利用Rockfall軟件進(jìn)行了100次落石模擬，通過計(jì)算得到落石運(yùn)動(dòng)軌跡（圖12）。危巖體從母巖崩落后首先進(jìn)行墜落運(yùn)動(dòng)，至植被覆蓋的砂巖性段，由于坡角變緩，落石發(fā)生輕微跳躍、滾動(dòng)，此段之后坡角再次變陡，落石發(fā)生跳躍，最后落到有植被覆蓋的碎石土和民房，并滾至遠(yuǎn)處。

根據(jù)模擬分析結(jié)果，在民房處彈跳高度為0～2 m（圖13），危巖最大能級(jí)約14 kJ（圖14），通過落石運(yùn)動(dòng)軌跡統(tǒng)計(jì)分析，落石98.6%會(huì)落到或經(jīng)過居民房屋，直接威脅居民人身安全。

4 ?結(jié)論

利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)南港崩塌進(jìn)行勘查，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)拼接、除噪、抽稀和過濾，建立南港崩塌邊坡模型。在此基礎(chǔ)上對(duì)其結(jié)構(gòu)面和危巖體特征進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)該崩塌災(zāi)害的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，并分析了其崩落路徑。結(jié)論如下：

1）研究區(qū)容易沿向南西西陡傾的結(jié)構(gòu)面（J1）發(fā)生傾倒式崩塌（如NJ01危巖體），而由向南東陡傾（J2）和向北陡傾（J3）的結(jié)構(gòu)面切割形成的楔形體易發(fā)生滑移式崩塌（如NJ02、NJ03危巖體）。

2）NJ01危巖體在正常工況下為欠穩(wěn)定，在受到暴雨和地震作用情況下為不穩(wěn)定；NJ02、NJ03危巖體在正常工況下為基本穩(wěn)定，在暴雨和地震條件下為欠穩(wěn)定。

3）從危巖體的落石模擬運(yùn)動(dòng)軌跡來看，這些危巖體崩塌之后有98.6%的概率會(huì)落到居民房屋上，直接威脅居民人身安全。

4）三維激光掃描技術(shù)采用遠(yuǎn)距離非接觸掃描方式進(jìn)行測量，可快速獲取被測物體表面的整體信息，是進(jìn)行崩塌災(zāi)害調(diào)查評(píng)估的有效手段。盡管目前還存在測量距離有限，受植被覆蓋影響等制約，但隨著技術(shù)的不斷成熟和相關(guān)應(yīng)用的逐漸積累，三維激光掃描技術(shù)適用范圍會(huì)越來越廣，將更好地服務(wù)于地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查、排查以及監(jiān)測預(yù)警工作。

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