本發(fā)明涉及到邊坡滑坡預警，尤其涉及基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法。

背景技術：

1、隨著無人機的快速發(fā)展，航空物探可快速替代傳統(tǒng)鉆探和地面物探實現(xiàn)大范圍基巖面和地下水位面等軟弱結構面信息的勘查，為邊坡三維地質(zhì)模型的構建提供真實可靠的地下數(shù)據(jù)。

2、如何高效利用廣域范圍內(nèi)的航空物探數(shù)據(jù)準確構建廣域邊坡三維地質(zhì)模型，再選擇合適的穩(wěn)定性計算方法評價邊坡的三維穩(wěn)定性，對滑坡預警具有重要意義。

3、公開號為cn119514744a，公開日為2025年02月25日的中國專利文獻公開了一種基于無人機技術和多源數(shù)據(jù)融合的礦山高陡邊坡滑坡機器學習預測方法，包括如下步驟：

4、第一步，數(shù)據(jù)收集：使用無人機進行仿地飛行，采集邊坡區(qū)域的多源數(shù)據(jù)，包括無人機拍攝的高分辨率數(shù)字表面模型；基于礦山歷史研究報告與資料，利用礦山地質(zhì)刨面圖以及地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)建立三維地質(zhì)模型；基于礦山歷史滑坡資料與實地考察，對大型滑坡點的具體位置以及范圍大小進行編錄；

5、第二步，數(shù)據(jù)融合：去除非地形特征后轉換成數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，獲取數(shù)字高程模型當中露天礦山表面精細化模型，將表面精細化模型作為約束對三維地質(zhì)模型表面進行修整，對高程、曲率及坡度因子進行分析；對于巖性、斷層影響非連續(xù)因子應用在三維地質(zhì)模型當中進行分析；對分析的因子進行融合，以構建完整的邊坡數(shù)據(jù)；

6、第三步，模型訓練：選擇適當?shù)臋C器學習算法進行訓練，將所述第二步中融合后的完整邊坡數(shù)據(jù)輸入訓練模型，進行訓練和驗證，從而生成邊坡滑坡易發(fā)性的預測模型；

7、第四步，模型優(yōu)化：對比不同機器學習模型運算后的結果，選擇出精度最高的兩種模型，利用軟投票的方式提出一種高精度的耦合機器學習模型，提升預測精度；

8、第五步，結果生成與應用：優(yōu)化后的模型用于對新的邊坡數(shù)據(jù)進行滑坡易發(fā)性預測，模型的輸出結果包括滑坡發(fā)生的概率、影響范圍和可能發(fā)生的時間，生成滑坡易發(fā)性評估報告，并將預測結果可視化為地圖或圖表，供工程人員和決策者參考。

9、該專利文獻公開的基于無人機技術和多源數(shù)據(jù)融合的礦山高陡邊坡滑坡機器學習預測方法，實現(xiàn)了動態(tài)風險管理，確保了礦山生產(chǎn)的安全性和可持續(xù)發(fā)展。但是，由于不能精確的計算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，因而不能快速準確的評價邊坡的三維穩(wěn)定性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法，本發(fā)明能夠精確的計算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，從而快速準確的評價邊坡的三維穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：

3、基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法，包括以下步驟：

4、a、獲取邊坡地表高程和地下電阻率空間數(shù)據(jù)；

5、b、獲取巖土體特征，提取巖土體特征對應的電阻率值進行標定；

6、c、通過空間分析三維軟件提取地表高程和航空物探電阻率空間點數(shù)據(jù)，根據(jù)標定的范圍提取對應的界面點，由點轉面構建邊坡三維結構面，結合地表面，構建邊坡三維地質(zhì)模型；

7、d、建立邊坡三維柵格穩(wěn)定性計算模型，通過式1計算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；

8、?????式1；

9、其中，為第個三維地質(zhì)柵格體的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；為第個三維地質(zhì)柵格體重力及其他外力引起的抗滑力，單位kn；為第個三維地質(zhì)柵格體重力及其他外力引起的下滑力，單位kn。

10、所述a中，邊坡地表高程通過無人機航空攝影測量獲取。

11、所述a中，地下電阻率空間數(shù)據(jù)通過半航空電磁法獲取。

12、所述b中，巖土體特征包括巖土體地層巖性信息、上覆土層厚度和土體含水率。

13、所述d中，抗滑力通過式2計算；

14、??式2；

15、其中，為第個三維地質(zhì)柵格體重力及其他外力引起的抗滑力，單位kn；為第個三維地質(zhì)柵格體自重，單位kn；為第個三維地質(zhì)柵格體結構面傾角，單位°；為第個三維地質(zhì)柵格體向坡外的水平附加力，單位kn；為第個三維地質(zhì)柵格體結構面的內(nèi)摩擦角，單位°；為第個三維地質(zhì)柵格體結構面的粘聚力，單位kpa；為三維地質(zhì)柵格體單長，單位m；為三維地質(zhì)柵格體單寬，單位m。

16、所述d中，下滑力通過式3計算；

17、???式3；

18、其中，為第個三維地質(zhì)柵格體重力及其他外力引起的下滑力，單位kn，為第個三維地質(zhì)柵格體自重，單位kn；為第個三維地質(zhì)柵格體結構面傾角，單位°；為第個三維地質(zhì)柵格體向坡外的水平附加力，單位kn。

19、所述地質(zhì)柵格體自重通過式4計算；

20、????式4；

21、其中，為第個三維地質(zhì)柵格體自重，單位kn；為第個三維地質(zhì)柵格體土體重度，單位kn/m3；為第個三維地質(zhì)柵格體中心高度，單位m；為三維地質(zhì)柵格體單寬，單位m；為三維地質(zhì)柵格體單長，單位m；為第個三維地質(zhì)柵格體地形坡度，單位°。

22、所述水平附加力通過式5計算；

23、????式5；

24、其中，為第個三維地質(zhì)柵格體向坡外的水平附加力，單位kn；為邊坡三維地質(zhì)模型水平附加力，單位kn；為三維地質(zhì)柵格體傾向與邊坡三維地質(zhì)模型水平附加力之間的夾角，單位°。

25、本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在以下方面：

26、1、本發(fā)明，較現(xiàn)有技術而言，能夠精確的計算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，從而快速準確的評價邊坡的三維穩(wěn)定性。

27、2、本發(fā)明，結合地表精細化高程數(shù)據(jù)和航空物探數(shù)據(jù)，基于三維建模軟件快速構建廣域范圍內(nèi)真實的邊坡三維地質(zhì)模型，能夠直觀準確的反映邊坡內(nèi)基覆界面、地下水位及土層含水率等邊坡的結構特征，為邊坡穩(wěn)定性計算提供潛在滑動的軟弱結構面，利于區(qū)域性邊坡三維穩(wěn)定性評價。

28、3、本發(fā)明，考慮了三維地質(zhì)柵格體真實幾何模型和潛在滑動方向，假設每個柵格體只存在一個滑動方向，側向界面處于應力平衡狀態(tài)，下滑力平行于界面層，通過靜力平衡條件計算各柵格體的穩(wěn)定性系數(shù)，從而得到了廣域范圍內(nèi)邊坡的穩(wěn)定性結果，可適用于航空物探得到的三維地質(zhì)模型，快速準確評價邊坡的三維穩(wěn)定性。

29、4、本發(fā)明，基于實體的三維地質(zhì)模型，在不影響計算時長和復雜程度的基礎上，使計算對象更真實，計算結果更精確可靠。

30、5、本發(fā)明，通過提高邊坡三維地質(zhì)模型的真實性，進而有利于提升邊坡三維穩(wěn)定性計算結果的準確性。

技術特征：

1.基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法，其特征在于：所述a中，邊坡地表高程通過無人機航空攝影測量獲取。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法，其特征在于：所述a中，地下電阻率空間數(shù)據(jù)通過半航空電磁法獲取。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法，其特征在于：所述b中，巖土體特征包括巖土體地層巖性信息、上覆土層厚度和土體含水率。

5.根據(jù)權利要求1所述的基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法，其特征在于：所述d中，抗滑力通過式2計算；

6.根據(jù)權利要求1所述的基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法，其特征在于：所述d中，下滑力通過式3計算；

7.根據(jù)權利要求5或6所述的基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法，其特征在于：所述地質(zhì)柵格體自重通過式4計算；

8.根據(jù)權利要求5或6所述的基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法，其特征在于：所述水平附加力通過式5計算；

技術總結
本發(fā)明公開了基于航空物探的邊坡三維地質(zhì)模型建立及穩(wěn)定性計算方法，屬于邊坡滑坡預警技術領域，包括以下步驟：a、獲取邊坡地表高程和地下電阻率空間數(shù)據(jù)；b、獲取巖土體特征，提取巖土體特征對應的電阻率值進行標定；c、通過空間分析三維軟件提取地表高程和航空物探電阻率空間點數(shù)據(jù)，根據(jù)標定的范圍提取對應的界面點，由點轉面構建邊坡三維結構面，結合地表面，構建邊坡三維地質(zhì)模型；d、建立邊坡三維柵格穩(wěn)定性計算模型，計算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。本發(fā)明能夠精確的計算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，從而快速準確的評價邊坡的三維穩(wěn)定性。

技術研發(fā)人員：陳婉琳,許強,周小棚,趙寬耀,楊萍,賈仕堯,彭大雷
受保護的技術使用者：成都理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15