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三維建模技術在露天礦土質邊坡研究中的應用
2018-09-20
由于露天刺激窩在線視頻免費視頻土質邊坡土體強度低、孔隙度大,地下水易富集和滲流以致更易發生滑 坡。針對巴潤露天刺激窩在線視頻免費視頻土質邊坡穩定性差和地下水患嚴重的問題,以邊坡“水、土” 作為研究中心, 通過將二維地勘資料進行三維轉換,建立礦區第四系三維可視化模型,并進行礦區土體厚度、基巖 面起伏形態、基巖面坡度坡向等分析。結果表明,巴潤露天礦第四系土層變化復雜,具有厚度深、多 向坑內傾斜、坡度大的特征,這些不利因素造成了巴潤礦地下水富集和土質滑坡頻發。綜合現有邊 坡滑體區域可以發現,除2#和3#滑體外,其余滑體均位于土層厚度大或坡度大區域。結果對于今 后刺激窩在線視頻免費視頻邊坡維護和后期采礦設計具有重要的指導意義。
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對于露天邊坡而言,軟硬巖組、斷裂構造、地下水等問題一直是影響露天刺激窩在線視頻免費視頻邊坡的關鍵因素[1],但對于一些第四系厚度較大、分布范圍較廣、變化較快的露天刺激窩在線視頻免費視頻,土質邊坡由于其自身土體強度低、孔隙大,地下水易富集,因此土層較厚區域邊坡常常極易發生滑坡。此外第四系土層發育的露天刺激窩在線視頻免費視頻,采場水患常常較為嚴重。由于土質邊坡常常處于刺激窩在線視頻免費視頻邊坡高位,下部基巖更易風化,地下水易于向坑內滲流,造成露天礦坑地下水患發育,影響采場生產。綜上所述,對于土質邊坡問題可以說是“水、土”問題。以往針對露天刺激窩在線視頻免費視頻邊坡問題多集中于構造和巖性的影響,而對于一些土層較厚的露天刺激窩在線視頻免費視頻對于第四系土層的研究較少,但由于土層引發的邊坡“水、土”問題常常給刺激窩在線視頻免費視頻帶來極大困擾。

傳統的露天刺激窩在線視頻免費視頻邊坡研究主要采用平面圖和剖面圖,其做法是將邊坡空間地層、地貌、構造等地質信息投影到某一平面上進行計算分析,但此方法往往存在直觀性差、制作過程復雜繁瑣、圖像失真扭曲嚴重等諸多不足。刺激窩在線視頻免費視頻采礦活動是一個三維空間時間的動態活動,利用三維可視化建模技術使得理解空間地質信息更加逼真直觀[2~4],通過強大的可視化技術可提高對復雜地質條件的理解和判定,減少了圖像的扭曲失真[5],此外通過三維地質建模減少對復雜模型進行近似計算,提高了數據分析的準確度,尤其是采用一些強有力的空間地質統計分析方法和空間變化交互式分析工具是地質數據分析可靠性和準確度更高,靈活性更強[6]。

1 研究區情況

位于包頭市白云鄂博的包鋼集團巴潤露天鐵礦現已開采近十年,礦石年產量1500萬噸。近幾年來,隨著開采深度和開采強度的不斷增大,露天邊坡發生大小滑坡已達十余起,其中五處滑坡位于采場固定斜坡路的上方或下方,直接影響到生產的正常進行,同時威脅著生產作業的安全,給包鋼集團巴潤露天鐵礦造成極大困擾。在這十幾起滑坡中近三分之一為地下水所導致的土層抗剪強度過低引發的圓弧形滑坡。這些土質滑坡地下水富集,土體強度低,邊坡治理難度大,花費較多。若能查清露天礦區邊坡土層地質分布特征,采取針對性穩坡和治水方案,將能極大提高露天礦邊坡的安全性,此外也能一定程度地降低露天礦采場水患,將對今后類似刺激窩在線視頻免費視頻建設具有十分重要的意義。

2 露天刺激窩在線視頻免費視頻土體三維地質建模

2.1 地質剖面圖二維三維轉換

本次第四系三維地質建模主要采用地質剖面圖提取第四系和地表信息建立三維模型,但原始地質剖面圖等地質資料都是二維圖件(如圖1),無法直接進行三維分析。因此將二維地質剖面圖轉化為三維地質剖面是三維建模的必須環節。本次三維建模地質剖面圖三維轉換工作先將地質剖面進行YZ坐標互換,再選取地質剖面圖和勘探線工程布置圖對應點坐標進行平面兩點坐標轉換,這樣就實現了將二維剖面圖轉換為三維剖面圖(如圖2)。

二維地質剖面圖

圖1 二維地質剖面圖

地質剖面圖二維三維轉換

圖2 地質剖面圖二維三維轉換

2.2 礦區土層三維建模

在傳統露天刺激窩在線視頻免費視頻邊坡研究中,常常采用二維剖面圖反映邊坡地質體變化規律。但是土質邊坡土體和地下水常?v向和橫向上均有較大差異,無法形象直觀準確表示地質體的空間位置及形態,且效率低,直觀性差,難以實現露天刺激窩在線視頻免費視頻邊坡的有效治理和采礦設計的規劃。

本次三維可視化地質建模是將二維地質剖面圖進行三維轉換后提取相關第四系頂底界面,采用三角網法建立第四系三維可視化地質模型(如圖3)。從中可以十分直觀準確地研讀原始地表的起伏變化和第四系地層的空間起伏形態和厚度變化趨勢。從圖中發現礦區第四系變化十分復雜,多向坑內傾斜,厚度呈現中間厚兩邊薄的趨勢,厚度多在10~20米左右,但存在多處第四系厚層區,最厚處達170余米。

礦區土層三維模型

圖3 礦區土層三維模型

3 分析

3.1 土體厚度

土體厚度是影響第四系邊坡穩定性的關鍵因素之一。露天礦區土體厚度大,一方面,采礦生產剝巖土方量較大,成本較高;另一方面,土體厚度大區域,地下水更易儲水富集,土體強度本身就低,造成土體厚度大區域邊坡穩定性常常較差。本次在第四系三維可視化地質模型基礎之上根據土層的頂底界面計算第四系的厚度,繪制第四系厚度等值線圖。從圖4可以看出巴潤露天礦區土層厚度差異十分大,從5~170米不等。礦區大多數區域土層較薄,厚度多少于15米,但在東西采場結合部厚度均較大,最厚處在100米以上。根據現有滑體區域分布和土層厚度的對比關系可以看到,5號和8號滑體均位于土層厚度較大處。

土層厚度值線與滑體區域對比

圖4 土層厚度值線與滑體區域對比

3.2 基巖面地形分析

地形分析是數字地形模型的一種重要方法,可以從三維第四系土層模型屬性中可提取各類地形參數和特征,以對基巖面起伏形態作直觀和定量分析[7],下面著重介紹基巖面起伏形態和坡度坡向指標的提取。

基巖面起伏形態利于地下水的滲流和滑坡的形成[8]。據相關資料統計,很多土層滑坡其滑面多為基巖面,此外邊坡基巖面過低將會對礦區深部開采邊坡穩定性十分不利。因此確定基巖面的起伏形態是十分必要的。通過第四系土層三維地質模型計算基巖面起伏形態。從圖5和圖6可以看出除2號和3號滑體其他區域均為低凹處,其中5號滑體和8號滑體東側基巖面最低高程在標高1500米之下,為一巨厚土層凹陷區。此區域土層極厚,邊坡不會隨著開采深度的不斷推進變得越發穩定。

基巖起伏等值線與滑體區域對比

圖5 基巖起伏等值線與滑體區域對比

基巖起伏立體圖

圖6 基巖起伏立體圖

坡度是表征物體表面傾斜陡峭程度的指標,數學上嚴格講是任一點切平面與水平地面的夾角。坡向是表征傾斜面的朝向,表示表面某處最陡的傾斜方向[9。坡向常常以度為單位,正北方向為0度,沿順時針方向,正東方向為90度[10]

         (式1)

                 (式2)

式中為坡度,為坡向,fx是x方向的高程變化率,fy是y方向的高程變化率。

根據基巖面起伏形態提取基巖面的坡度和坡向因子。坡度越大的地方,地下水下蝕能力越強,邊坡越容易滑坡,此外若基巖面坡向與邊坡坡向一致時也越容易形成滑坡和地下水滲流。在基巖面低凹坡度較大處土層較厚,同時地表水和大氣降水等水源也更容易匯集。由于研究區為一大向斜構造,基巖面多為向坑內傾斜,土質邊坡穩定性更弱,地下水將會沿著基巖面凹陷向坑內富集滲漏。從圖7和圖8可以看出礦區土層局部坡度在15度以上,土層較厚的區域,邊坡基巖面坡向與邊坡坡向基本一致,多向坑內傾斜,其坡度較陡,多在15度以上,因此巴潤礦這種獨特的第四系土層特征造成地下水更易富集,土質滑坡頻發的現象。

基巖面坡向圖

圖7 基巖面坡向圖

基巖面坡向圖

圖8 基巖面坡向圖

4 結 論

通過地勘資料提取第四系信息建立第四系土層三維模型。在此基礎上提取土層厚度、基巖面起伏、基巖面坡度和坡向等信息。研究發現巴潤露天礦第四系土層變化復雜,具有厚度深、多向坑內傾斜、坡度大的特征,這些不利因素造成了巴潤礦地下水富集和土質滑坡頻發。綜合現有邊坡滑體區域可以發現除2號和3號滑體外,其余滑體均位于土層厚度大或坡度大區域。因此研究第四系土層的變化對于露天礦邊坡和地下水防治具有重要作用。

 



作者:王蒙 何滔 常建平(內蒙古科技大學刺激窩在線視頻研究院)本文發表于《現代刺激窩在線視頻》2018年第8期

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