无人机摄影测量用于颗粒大小分布(PSD)和堆石料特性表征

文摘   2024-11-27 12:49   安徽  
摘要:无人机(UAV)技术的可用性和计算机图像处理的进步开启了一个新时代,提供了使用航空摄影测量确定颗粒大小分布(PSD)的多种可能性,这在过去5年中在地形测量和地质制图方面取得了显著效果。它也是传统筛分分析进行PSD估计的替代方法。PSD对于确定储存在废物堆中的材料(堆石料)的机械性能,特别是剪切强度,至关重要。不正确的剪切强度和其他机械参数估计往往是重大不稳定的根本原因。对于大型废石堆石料,PSD是确定剪切行为的基础。传统上,粗粒材料如堆石料的颗粒大小分布是通过物理筛分获得的。然而,硬岩堆石料的尺寸变化很大,从小颗粒(<20cm直径)到大块或巨石(大于100cm),最大尺寸通常受现场地面条件和爆破性能的限制。本质上,考虑到材料的规模和所需的时间,筛分过程在常规操作中是不切实际的。本文探讨了使用无人机摄影测量来表征废物堆材料中的剪切强度以及PSD对剪切强度的影响。

1. 引言

- 背景:文章介绍了岩土填充材料在工程中的应用,并强调了颗粒尺寸分布(PSD)对于确定材料的力学特性,尤其是剪切强度的重要性。

- 传统方法的局限性:指出了传统物理筛分方法在大规模材料处理上的不切实际性,并提出了无人机技术作为一种替代方案。

- 研究目的:探索使用无人机摄影测量技术来表征废石场材料的剪切强度,并研究PSD对剪切强度的影响。

2. 岩土填充、堆场和矿山废石场的强度模型

- 剪切强度估计的挑战:讨论了粗颗粒材料剪切强度估计的困难,并介绍了Barton & Kjærnsli (1981)的经验模型(B-K标准)。

- B-K经验非线性模型:详细介绍了B-K模型,包括模型的数学表达式和参数,如等效粗糙度(R)和等效强度(S)。

强度模型参数:

- PSD使用UAV:描述了如何使用无人机技术收集现场数据,包括图像采集和处理,以及如何生成地理参考点云和高分辨率数字地形模型。

- 等效强度(S/σn):讨论了如何基于废石的单轴抗压强度(UCS)值和D50来评估S值。

- 残余摩擦角(φb):介绍了如何通过倾斜测试或直接剪切测试来估计残余摩擦角φb。

- 废石场孔隙率(n)和废石颗粒的等效粗糙度(R):讨论了孔隙率的确定和使用Barton & Kjaernsli的经验方案来确定R值。

- 使用Barton – Kjaernsli标准的实力模型:展示了如何使用B-K标准和平均值的φb和D50来计算剪切强度参数。

3. 结论

- UAV摄影测量技术的应用:总结了使用无人机摄影测量技术来确定粗颗粒材料和废石场的PSD,并结合B-K非线性标准来表征剪切强度的方法。

- 模型输入参数的定义:描述了如何使用现场测绘、无人机摄影测量、倾斜场测定和判断来定义模型的输入参数,并开发了以剪切强度和摩擦角表示的剪切强度评估。

- 技术进步的影响:强调了高性能计算机和图像处理技术的进步对于在没有筛分分析偏差的情况下,对整个岩土填充和废石场进行PSD分析的重要性,这有助于减少输出结果的误差。

文章通过实际数据和分析,展示了无人机摄影测量技术在岩土工程领域的应用潜力,特别是在颗粒尺寸分布和剪切强度评估方面。

参考文献

Arrieta, M. (2022). UAV photogrammetry for particle size distribution (PSD) and rock fill characterization. Conference Paper, October.

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