三维激光扫描技术在危岩体调查中的应用

2010-07-20李华东姜永玲

山西建筑 2010年17期

李华东邓辉姜永玲

1 概述

随着“西电东送”“南水北调”等重大工程的相继实施,人类面临的地质环境日益复杂。为了快速、准确的对工程建设中遇到的地质问题进行评价及防治,三维激光扫描技术已被广泛的应用于地质灾害调查之中。三维激光扫描技术可用于地形测量[1]、高陡边坡地质调查[2]、地质体三维模型建立[3]、高精度DEM 获取[4]等,同时,它还在汶川地震后都汶公路快速抢通[5]、堰塞湖地形测量[6]及四川汉源猴子岩崩滑堵江[7]等重大地质灾害调查中起到了十分重要的作用。本文讨论在高陡边坡地质灾害防治中应用三维激光扫描技术进行危岩体地质调查,主要探讨了危岩体控制性结构面产状的测量、地形剖面的获取以及危岩体几何尺寸的量测。

2 边坡概况

某高速铁路隧道进口边坡全长630 m,该边坡为一近南北走向的陡崖,北高南低,边坡上部为三叠系上统须家河组(T3xj)灰白～浅灰色石英砂岩,下部为三叠系中统雷口坡组(T2l)灰～灰绿色泥质灰岩夹页岩。边坡下部软岩风化形成凹腔后,上部被结构面切割成块状的岩块掉落堆于坡脚形成岩堆,地貌上呈现出上陡下缓的特征,上部坡角 50°～ 70°,下部坡角 30°～ 50°。砂岩陡壁上发育有大量危岩,可能威胁到隧道施工及铁路线运营安全。

3 岩体结构特征

3.1 结构面及其组合特征

该边坡岩体内结构面较发育,主要有以下几类:1)层面,产状较稳定,N35°～ 47°E/SE∠21°～ 33°;2)构造结构面,主要是岩体内发育的一组共轭剪节理,产状 N30°～ 40°W/SW∠60°～ 70°,N60°～80°E/NW∠40°～50°,这组节理将岩体切割成块体状;3)风化卸荷裂隙,产状变化较大,均较粗糙起伏。砂岩陡壁面也可看作一个卸荷结构面,产状SN/W∠70°～80°。在层面及共轭 X节理的切割下,岩体被切割成块体,因该边坡上部厚层砂岩夹薄层泥岩,软硬不均,故硬岩底部易形成凹腔,为其上部岩块提供了临空条件,而坡面方向与岩层倾向方向大致相反,且X节理与坡面均斜交,故凹腔上部被节理切割形成的独立岩块,易向陡崖外侧倾倒。

3.2 风化卸荷特征

1)拉张节理。砂岩陡壁上倾坡外的拉张结构面较发育,该类结构面一般都起伏不平,表面十分粗糙,为临空面附近的岩体向坡外卸荷形成,它们构成危岩体的后部边界,其张开情况及贯通程度也直接决定了危岩体目前的稳定性状况,附着于岩壁上的危岩体后部大多都被这类结构面所切割。2)剪节理张开。坡表岩体向临空方向卸荷过程中,与坡向小角度相交的那条剪节理(N30°～ 40°W/SW∠60°～ 70°)逐渐张开,这类结构面的特点是较平直,张开较宽,一般10 cm左右,无充填或泥质半充填。3)凹腔发育。层状的砂岩被层面及结构面切割成块体,在坡表附近临空条件较好的部位,下部岩块沿层面与上部岩块脱离,发生失稳后掉落坡下,因此,上部岩块底部形成凹腔,处于临空状态,凹腔的发育对岩块稳定性极为不利。4)岩体结构破碎。由于岩体风化卸荷强烈,节理裂隙密集,在构造节理的切割以及风化卸荷作用的改造下,坡表岩体十分破碎,局部甚至被切割成砖块大小的块体状。

4 边坡三维激光扫描

由于危岩体主要分布在砂岩陡壁上,难于接触测量其尺寸及控制性结构面产状,因此,我们采用ILRIS-3D激光扫描仪对进口边坡进行了扫描。砂岩陡壁上发育有两个规模巨大的危岩体,编号为W1和W2,这两个危岩体位于隧道入口左上方,距坡脚相对高差较大,对铁路线构成较大威胁。危岩体W1呈倒三角锥状贴于砂岩陡壁上,后部结构面张开约20 cm,粗糙起伏且无充填。该块体中间厚,两侧薄,顶部宽,底部窄,形状极不规则。危岩体W2呈长条状,沿山脊方向横卧在坡顶,底部有凹腔发育(见图 1)。