隧道围岩结构面数字识别及完整性评价方法

针对当前隧道围岩结构面信息获取方法难以满足隧道快速施工需求的问题,进行基于数字摄影测量系统--CAE Sirovision获取岩体结构面几何信息的研究,详细介绍了双目立体摄影测量的基本原理及结构面产状提取方法。针对具体工程,采用全站仪空间前方交会法进行控制测量,以尼康D7000数码摄像机为摄影工具,采用CAE Sirovision系统进行物像关系模型构建; 通过交互式操作方式实现结构面识别及提取,以测线法RQD指标获取方法为基础,针对传统RQD指标仅能反映隧道轴向结构特性的局限,构建隧道径向RQD评价体系; 针对岩体结构空间差异性,提出隧道径向RQD玫瑰花图,实现了结构面获取、RQD分析、RQD直观显示的集成化处理,为隧道数字化施工提供理论和技术支撑。     

基于kinect的隧道三维重建技术及其应用研究

为解决传统地质素描技术在隧道中施作效率低、数据不连续且原始数据难以再现的问题,采用基于kinect传感器和kintinuous算法的隧道岩体三维重建方法,基于物理模型试验,确定三维重建过程中光源、TSDF立方体等主要参数指标,将模型试验重建误差控制在1.9%~2.5%,并将该参数指标应用于现场试验,重建出良好的隧道三维模型。结果表明,该方法在重建模型的全局鲁棒性和细节还原方面较好,具有可视化程度高、数据连续性强、操作简易等优点,有效改善了传统地质素描对裂缝、结构面等数据记录不够准确和不完善的问题。     

基于三维超像素分割的隧道围岩结构面智能识别方法

随着人工智能的不断发展，基于智能算法的快速、无损化隧道开挖面岩体特征识别方法，为在建或在役隧道地质灾害事故下的开挖面结构面调查提供了新思路。在开挖面三维全景图像的基础上，提出了三维SLIC超像素分割改进算法，将三维Mesh图像的基本元素——三角面(Triangle)按照颜色、空间坐标、法向量等指标进行聚类分组，以获取开挖面三维超像素；提出了基于角度差异性的结构面提取算法，对超像素进行逐一筛选，获取开挖面节理裂隙识别结果；基于此，进一步提出了基于无监督聚类学习的多级聚类围岩结构特征融合算法，将围岩节理裂隙识别结果进行聚类，获取开挖面的优势结构面组和大型跨里程结构面组；最后，结合浙江虎溪台隧道的21组开挖面三维图像数据对所提出算法进行了验证。结果表明：所提出算法的识别结果与地勘资料中2个主要结构面方向的倾向误差不超过14.8°,倾角误差不超过17.8°,验证了所提出算法有效性，该方法能较为准确地反映隧道围岩的结构面信息，并为隧道开挖面的结构面三维信息识别与评估提供了一种新的思路与方法。     

超大断面隧道围岩等级稳健评定方法及应用

以济南绕城高速老虎山超大断面隧道为工程依托,借助CAE Sirovision双目立体摄影量测系统,快速实现掌子面区域岩体结构面信息的数字化表征及其概率分布模型的获取,以蒙特卡洛方法生成大量随机数,并使之符合其对应的概率分布函数,基于《工程岩体分级标准》中各评定标准,获取对应的随机分值,经统计分析得出各岩体水平计算结果的分布概型,由此对岩体质量进行了可靠评估,研究结果对该隧道施工工法转换、支护参数优化等提供了理论支撑。     

基于实测点云数据的隧道分割及形变检测方法

为了解决隧道形变检测准确性低、分析不全面的问题,对隧道三维点云轴线提取、隧道影像生成及分割、隧道点云数据分割和隧道断面形变检测等方面进行研究。对于三维激光扫描仪获取到的隧道原始点云数据,首先基于设计轴线,对RANSAC算法进行改进,来拟合等间距隧道断面圆心,并采用基于最小二乘优化的3次B样条曲线拟合方法,获取隧道实测轴线;其次,通过从点云数据到影像的数据转换方法,生成隧道反射率影像,并进一步利用点云数据几何特征生成几何权重图,应用边界检测提取隧道影像中的边界线;然后,将边界线像素映射至隧道三维点云数据空间,实现隧道点云数据的分割;最后,设计一种精确的隧道断面形变分析方法,分析断面形变。试验表明:本算法可精确分割隧道点云数据,提高隧道断面形变检测的准确度和可靠性。     

隧道工程裂隙围岩结构稳定可靠性研究综述

在裂隙岩体隧道工程修建领域，大体量塌方、渐进式围岩失稳、巨石垮落等地质灾害时有发生，虽然近几年针对隧道工程的勘察手段、理论模型、数值方法及评价体系研究等很多，但围岩稳定可靠性作为隧道等地下工程修建的“老大难”问题仍未得到解决。数据不完备的复杂地质系统与理论严密的力学模型之间严重脱节,已然成为确定性分析方法的“瓶颈”； 单一的分析手段或确定性计算方法均无法获取准确的评价结果。不同于纯粹的结构工程，有着比较明确的数学模型，裂隙岩体隧道工程修建最为显著的特点就是岩体结构的不确定性问题。从岩体结构的不确定性这一根本属性出发，分别在裂隙岩体结构信息提取与解译、隧道围岩整体稳定性分析、局部块体稳定可靠性分析以及隧道工程智能反馈与系统评估4个方面进行概述，并对存在的问题及发展趋势进行针对性总结与探究。     

基于三维重建与Unet神经网络的隧道掌子面围岩快速分级技术

围岩等级是确定和调整隧道施工方案的重要依据,为减少由于施工实际围岩等级与地勘不符造成的经济损失、安全事故等问题,可对传统围岩分级方法进行改进。依托云南文麻高速大法郎隧道,采用三维重建、图像拼接、Unet神经网络等技术,结合围岩单轴抗压强度等特性,实现基于岩体完整性和强度特征的掌子面围岩结构面特征识别和围岩级别快速评价。先采用数码相机对隧道掌子面及周边硐壁进行图像信息采集,建立完整的三维模型,后通过投影和图像拼接得到掌子面高清拼接图像; 基于Unet神经网络对掌子面图像进行节理迹线自动识别,对节理评价指标计算后得到隧道掌子面完整性信息; 最后结合其他围岩特征信息,基于BQ分级方法进行掌子面围岩分级。研究结果表明： 该围岩分级方法可获得清晰的掌子面图像,在依托工程现场较原始设计分级更符合现场实际情况,具有良好的应用性。     

基于掌子面结构量化的公路隧道围岩分级方法

公路隧道围岩级别的划分是指导隧道设计、施工及地下工程岩体稳定性评价和安全风险控制的重要依据,目前在设计和施工中对隧道围岩级别的判定方法具有较多的经验性因素,且在实际隧道工程中各级围岩的稳定性情况极为复杂,即使是同一级别的围岩,隧道稳定性也不尽相同。为了实现施工阶段围岩分级的可操作性与准确性,通过研究在公路隧道开挖时采集的隧道掌子面图像,利用MATLAB编程建立了照相测量围岩分级系统。根据岩体块度指标RBI的概念,向隧道轮廓线依次布设19条虚拟测线,以掌子面径向19个方位的RBI值综合评价了掌子面岩体结构的差异性。考虑结构面分布特征,结合掌子面节理玫瑰花图获取岩体结构综合量化指标Z-RBI,对掌子面进行了综合评价,得出了Z-RBI与岩体结构类型对应关系。综合考虑岩体坚硬程度、Z-RBI、地下水条件、初始地应力状态等主要分级指标,利用层次分析法,提出了隧道围岩BT分级方法及评价标准。实际工程应用表明:与传统的BQ法相比,BT分级方法获取的围岩等级更符合开挖后掌子面围岩的实际等级,且各等级可靠指标的延续性可对隧道施工过程中地质属性的变化情况进行定量表征,有助于工程地质人员据此对围岩质量的渐变过程进行动态评估。     

基于Hoek-Brown强度准则的软岩强度参数获取方法研究

岩土体工程中如何可靠地获取岩体的力学参数一直是岩石力学所面临的重要问题,基于广义的Hoek-Brown强度准则,结合国标中对岩体结构类型划分与岩体结构面条件总评分,构建新的地质强度指标GSI量化取值表,获取岩体的GSI范围量化值,结合Roc Data数据处理软件,拟合出岩体的剪切强度包线,获取岩体的物理力学参数,与工程实例中获取的现场直剪试验数据进行对比分析,分析此方法的合理性。     

公路隧道围岩结构面调查分析

结构面是岩体的重要组成部分,是岩体区别于其他工程介质的本质差别。结构面的存在使岩体具有不均一性及各向异性,岩体的破坏机理在很大程度上受结构面的控制。而公路隧道围岩结构面的几何学及力学特征的调查研究是进行围岩稳定性扣隧道渗流分析的前提。文中在对江西省景德镇某高速公路隧道岩体结构面调查的基础上,利用DIPS、Excel等软件对各种结构面进行了统计分析,旨在弄清围岩结构的总体特征,找出优势结构面,为公路隧道围岩稳定性分析与渗流计算提供科学依据。     

隧道危石识别及防控研究现状与发展趋势

隧道危石垮塌防控是隧道安全建设面临的重大理论与技术难题,针对危石垮塌机理复杂且缺乏有效的探测技术及方法,难以对其实现有效防控的问题,在系统整理国内外研究资料的基础上,从隧道危石地质调查、危石识别理论、危石监测及控制方法3个方面总结了隧道危石识别与防控的研究现状。在隧道危石地质调查方面,数字罗盘接触测量、近景摄影测量、激光扫描已成为支撑隧道危石地质调查发展的三驾马车,初步形成了基于结构面网络模拟的三维岩体结构信息集成分析方法;在隧道危石识别方面,危石静态及动态识别理论研究取得长远发展,初步形成了静-动结合的隧道危石稳定性判识方法;在隧道危石监测及控制方面,虽然做了一些工作,但尚未形成有效的隧道危石监测及控制技术方法。随后结合笔者团队正在开展的研究工作,系统阐述了现有隧道危石防控理论及技术的不足,并对隧道危石防控对策进行了相关探讨,认为隧道危石防控的研究重点和趋势有以下3点：物-钻-表三位一体的岩体结构探测方法;岩体结构模型跨尺度联合重构方法;隧道危石"点-域"同步监测及靶向控制技术。研究结果可为广大研究者和应用者提供了一个探讨的基本框架,并为本领域研究提供了一定的参考。     

基于影像云纹法的路面平整度检测方法

研究基于影像云纹法的路面平整度获取方法.采用Labview编写程序,开发路面高程成像采集软件,利用Labview内置的影像处理技术去除噪声干扰后,分割出路面等高面,并可用Matlab软件绘制出路面三维图像.实验表明:路面平整度影像云纹法检测方法获取的路面等高面与用实际测量所得数据绘制出的路面等高面相关性良好.该方法设计...     

层状岩体地下洞室施工阶段围岩精细化分级

围岩分级方法在实际应用中存在结果处理复杂、围岩分级量化数值范围交叉及围岩分级精度较低等问题，为了对层状岩体地下洞室施工阶段的围岩进行精细化分级，基于HC分类法，重点考虑层状岩体的层厚与产状对围岩稳定的影响，通过有限元软件Midas GTS对25种由正交试验方法得到的代表性工况进行了数值模拟，并将位移计算结果进行了极差分析。结果表明：层状岩体隧洞位移分布方向主要取决于结构面走向与洞轴线夹角α及结构面倾角β,而位移分布范围的大小主要取决于岩层厚度h;对层状岩体隧洞稳定性影响的大小排序为，饱和单轴抗压强度R_c>结构面走向与洞轴线夹角α>张开度W>层状岩体层厚h>结构面倾角β,因此，层状岩体隧洞围岩分级时，应充分考虑结构面产状的影响；饱和单轴抗压强度R_c、结构面走向与洞轴线夹角α均与层状岩体隧洞的稳定性近似呈正比，张开度W则与层状岩体隧洞的稳定性近似呈反比；层状岩体层厚h=0.6 m时，层状岩体隧洞稳定性最差，结构面倾角β=60°时，层状岩体隧洞稳定最差。基于HC分类法提出了基于隧道相对变形的修正分级区间，并分别采用了模糊物元...     

基于多级网络划分的匹配道路初筛方法研究

针对GPS车辆定位系统地图匹配过程中传统匹配道路初筛方法在筛选速度和准确性方面的不足,提出了一种基于多级网络划分的匹配道路筛选方法。算法采用多级网络简单划分、层层筛选的策略,保证了初筛区域的快速、准确定位与初筛路段的准确获取,与多种传统的筛选方法,进行了基于实际数据的运行效果的对比。实证分析可知,文中提出的方法效果较好。     

喷射机械手智能控制系统与喷射路径规划设计研究

为提高隧道施工中混凝土喷射的效率与质量,减轻劳动强度并使作业人员远离喷射区域,在机械化操作的基础上,研发喷射机械手智能化控制系统,对智能化控制系统的构成、各子系统的原理与作用进行介绍。喷射机械手智能化控制系统采用全站仪作为测量仪器,采用定位算法计算隧道大地坐标系与湿喷机基坐标系之间的转换关系; 采用三维激光扫描仪获取待喷面的点云空间坐标,计算待喷面的超欠挖信息; 利用机器人学建立喷射机械手运动学模型,设计正解算法与逆解算法计算喷射机械手的空间位姿,并根据目标空间位姿反算喷射机械手各关节运动值的路径规划系统。工程实践结果表明： 智能化喷射控制系统可以对周边环境进行识别,根据识别结果规划喷射路径,并根据不同区域的超欠挖情况动态控制喷射参量。     

基于序列影像种子跟踪的道路线自动提取算法

为快速建立道路精确的几何模型,利用车载移动测量系统获取的序列影像开展了道路边线自动提取方法研究.针对不同类型道路边线的特征,提出了一种基于序列影像种子跟踪的道路线自动算法.首先,对不同质量道路影像分别采用基于灰度信息和梯度信息的道路边线边缘检测方法;其次,采用线性回归模型拟合道路边线,以当前帧拟合直线为种子点,提出了基于种子直线的序列影像感兴趣预测方法,在此基础上对下一帧影像道路边线进行跟踪;最后,以高速公路和城市街区道路序列影像为例,开展了道路边线自动跟踪提取试验,结果表明此方法可以达到优于20 cm的精度,具有很好的鲁棒性.     

深埋特长隧道水压致裂法地应力测量与分析

对于深埋特长隧道,岩体的地应力状态直接关系到工程的稳定性。准确地测量地应力,对于预测岩爆等工程地质灾害有着重大意义。基于水压致裂法和室内岩体力学试验,研究了隧道围岩地应力状态,最后基于隧道地应力对岩爆发生的部位和等级进行了预测,为隧道的开挖与支护方案设计提供依据。     

某铁矿边坡岩体结构面三维网络模拟研究

采用ShapeMetriX 3D岩体几何参数三维不接触测量系统,对某铁矿各个水平高度的石质边坡的岩体结构面几何特征进行了测量;对结构面测量数据进行分组、分析,并对得到的结构面各种几何信息的数据进行数理统计计算,拟合出结构面各种几何信息的概率分布模型;应用Monte-Carlo 模拟原理,结合Auto LISP语言开发了使之能在AutoCAD 2007中直观显示出来的程序,得到能够反映接近真实岩体内部结构面三维分布情况的图形。     

从后云台山隧道地质特征探讨841隧道整治工程勘察方案

基于相同的地形地貌、地质构造、地层岩性、岩体结构等地质背景,分析后云台山隧道工程地质特征,针对841隧道现状指出整治工程的勘察重点,并提出切实可行的勘察方案。     

薄层状灰岩区大型隧道锚碇承载力特性的岩石力学综合研究

基于矮寨悬索桥,总结了茶洞岸隧道锚区勘察和施工期所揭露的地质条件,通过布置在隧道锚处的勘探洞进行了相关的岩石物理力学试验、现场岩体变形与结构面抗剪试验以及岩体卸荷带划分,并在此基础上概化了岩体地质力学模型,采用三维数值分析法,考虑了岩体的正交各向异性,对层状岩体隧道锚的开挖、正常加载和超载工况下的变形破坏机理进行了分析...