边坡稳定性摄影监测分析系统研究

论文摘要

随着矿产资源的进一步开发,越来越多的露天矿更进一步向深部开采,形成了越来越多的人工高边坡,随之而来的滑坡风险和隐患也在增加,这种隐患严重威胁着矿山的安全生产及技术经济效益的发挥,因此,加强对高陡边坡的变形监测和稳定性分析就显得非常重要。鉴于以前对于边坡变形监测主要集中于点的变形监测的特点,本文采用多基线数字近景摄影测量的方法,实现了基于面的边坡变形监测,编制了边坡稳定性分析可视化程序,并将边坡变形监测系统和稳定性分析程序应用于某露天矿的边帮、排土场和尾矿坝的变形监测和稳定性分析中。本文的主要工作如下:1分析了目前边坡变形监测和稳定性分析的研究现状,简述了多基线数字近景摄影测量软件的功能及其与以往的近景摄影测量软件的异同。2通过模拟试验验证了使用多基线数字近景摄影测量软件进行边坡变形监测的可行性,同时对其交会角和摄距对软件精度的影响规律进行了试验研究。试验研究表明,本近景摄影测量系统的精度与相机的象素、镜头的焦距、摄影测量的距离、交会角、全站仪的精度及测量方式等因素有关。随着交会角的增大,X、Y方向交会的精度越来越高,而Z方向一直具有较高的精度,交会角的变化对其影响不如对X、Y方向精度的影响明显;随着交会角的加大,平面和深度中误差迅速减小。随着摄影基线长度的增加,X、Y、Z3个方向的交会精度随之提高,相对精度也逐渐提高。基线短,则交会精度和相对精度较低。软件在处理过程中,其相对精度都可以达到很高的精度,其平面中误差和深度中误差总体上随距离的增加而增大,但在一范围内,采用不同的镜头,在较远处可以比相对较近处获得更高的精度。3根据刚体极限平衡法的计算原理和岩石崩塌力学原理,编制了边坡稳定性分析软件,软件包含了常用的一些极限平衡计算方法（如Fellenius法、Bishop法、Janbu法、Sarma法）及三维楔形体法、崩塌评价法。分析了各种计算方法适用的主要技术条件,并以某露天矿排土场的稳定性分析为例介绍了软件的操作流程。通过与大型边坡稳定性分析软件Geo-studio的计算结果对比,验证了程序的可靠性。4将近景摄影测量监测系统和稳定性分析软件应用于某露天矿的边帮、排土场及尾矿坝的变形监测和稳定性分析中。对比了摄影测量监测软件解算的不同时期不同边坡的变形与全站仪的所测的变形,结果表明软件解算的变形与全站仪所测的变形很一致;利用开发的边坡稳定性分析软件,根据不同的地质情况,分别对露天矿边坡、排土场边坡和尾矿坝进行了多工况的分析计算。研究结果表明,基于多基线近景数字摄影测量技术的边坡变形监测是科学可行的,可用于各种边坡的监测,如露天矿边坡、排土场、尾矿坝等,能实现边坡点和面的变形监测。本文所取得的研究成果可为矿山安全生产和边坡治理设计提供科学的依据,具有一定的理论意义和现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外边坡稳定性研究现状
• 1.2.1 国内外边坡变形监测的现状
• 1.2.2 近景摄影测量技术在变形监测中的应用
• 1.2.3 边坡稳定性分析现状
• 1.3 本文研究的主要内容、目的和意义
• 第二章 多基线数字近景摄影测量系统
• 2.1 多基线数字近景摄影测量计算原理
• 2.1.1 共线条件方程式的分析
• 2.1.2 共线条件方程式像点坐标误差方程式的一般式
• 2.1.3 像点坐标误差方程式一般式各偏导数的严格关系式
• 2.2 多基线数字近景摄影测量系统技术特点及功能
• 2.2.1 系统技术特点
• 2.2.2 系统组成及功能
• 2.2.3 系统的处理流程
• 2.2.4 基于多基线数字近景摄影测量系统的边坡变形监测
• 2.2.5 多基线数字近景摄影测量系统与数字摄影测量工作站（DPW）中近景模块的区别
• 第三章 基于近景摄影测量的边坡变形监测模拟试验及精度检验
• 3.1 试验概况
• 3.2 前处理的主要过程及结果
• 3.2.1 航带间匹配
• 3.2.2 平差精度分析
• 3.2.3 加密匹配
• 3.2.4 立体编辑
• 3.2.5 等高线和DEM的生成
• 3.3 变形监测
• 3.3.1 通过增加同名点的方式
• 3.3.2 通过DEM比较的方式
• 3.4 精度分析
• 3.4.1 交会角对精度的影响
• 3.4.2 不同摄影距离的精度分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 边坡变形近景摄影监测系统在露天矿山的应用
• 4.1 现场精度检验
• 4.1.1 外业工作
• 4.1.2 软件精度验证
• 4.2 露天矿北帮边坡变形监测
• 4.2.1 控制点坐标测量
• 4.2.2 现场照片拍摄
• 4.2.3 北帮边坡数据处理
• 4.2.4 北帮变形监测
• 4.3 排土场边坡变形监测
• 4.3.1 控制点坐标测量
• 4.3.2 现场照片拍摄
• 4.3.3 排土场数据处理
• 4.3.4 排土场变形监测
• 4.4 尾矿坝变形监测
• 4.4.1 控制点坐标测量
• 4.4.2 现场照片拍摄
• 4.4.3 尾矿坝数据处理
• 4.4.4 尾矿坝变形监测
• 4.5 本章小结
• 第五章 边坡稳定性分析方法及其在露天矿山的应用
• 5.1 边坡稳定性分析方法
• 5.2 计算原理
• 5.2.1 Fellenius法的计算原理
• 5.2.2 Bishop法计算原理
• 5.2.3 Janbu法计算原理
• 5.2.4 传递系数法计算原理
• 5.2.5 Sarma法计算原理
• 5.2.6 三维楔形法计算原理
• 5.2.7 崩塌评价法计算原理
• 5.3 分析方法适用的条件
• 5.4 软件开发的功能需求
• 5.4.1 边坡稳定性分析程序简介
• 5.4.2 系统运行环境要求
• 5.4.3 系统特点
• 5.4.4 软件的结构
• 5.5 软件操作过程
• 5.6 边坡稳定性分析试验研究
• 5.6.1 排土场稳定性分析
• 5.6.2 尾矿坝稳定性计算
• 5.6.3 北帮边坡稳定性分析
• 5.7 边坡稳定性分析软件计算结果与同类软件的比较
• 5.8 边坡失稳预测预报
• 5.8.1 边坡失稳预测预报模型
• 5.8.2 边坡失稳预测预报判据
• 5.8.3 露天矿山边坡失稳预测预报
• 5.9 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 本文主要创新点
• 6.3 下一步工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢