巖體質量評價對研究巖質邊坡穩定性有重要作用，不僅能掌握區域內巖體性質，而且對邊坡風險等級劃分、防治方法的確定具有重要參考價值。巖體質量的評價和分級已經有很多成熟和完整的方法，如被廣泛認可和應用的國標分類法、Q系統法、RMR分類法等，但它們往往依賴于現場采樣和接觸式測量，這在高陡邊坡或難以接觸的區域實施起來難度較大。隨著技術手段的進步和研究的深入，有學者將新技術與以上方法相結合。三維激光掃描技術因其無接觸、高精度和抗干擾能力強的特點，在巖體質量評價中展現出巨大潛力。與傳統方法相比，該技術能夠快速獲取巖體表面的點云數據，極大地提高了評價效率和準確性，同時降低了成本和環境干擾的風險，并且可以很好地解決對高陡邊坡和庫岸邊坡難以接觸測量的問題。

巖體結構具有三維屬性，在考慮巖體三維結構特征的基礎上利用巖體的賦存信息進行客觀評價才能指導工程實踐。三峽大學孫錢程團隊基于三維激光掃描技術，考慮了巖體的三維結構及空間分布特征，通過點云信息提取巖體結構相關評價參數，引入動態權重法形成了巖體質量評價方法，旨在實現巖體質量的快速高效評價。

基于三維激光掃描技術的巖體質量快速評價方法

孫錢程 王 泉 徐志華 郭 戈

（湖北長江三峽滑坡國家野外科學觀測研究站，防災減災湖北省重點實驗室（三峽大學））

摘 要：巖體質量評價是開展滑坡、崩塌等地質災害預測與評估的重要基礎信息。針對傳統巖體質量評價方法存在的效率低、取樣難、成本高等問題，利用三維激光掃描技術提出一種以結構面信息和塊體體積作為評價參數的巖體質量快速評價方法。該方法通過非接觸式測量方式，快速獲取巖體表面的點云數據，并提取結構面參數和塊體體積；利用動態權重法計算各參數權重，結合統計的各評價參數值分析確定巖體質量等級，實現了巖體質量的快速、準確評價。研究結果表明：本方法與GSI巖體質量評價系統的結果相吻合；這種非接觸式測量方法不僅可以快速完成大范圍巖體質量評價，而且測試成本低，抗干擾能力強，顯著提高了評價的效率和準確性，為巖體質量評價領域提供了新的技術方法，具有重要的科學意義和應用價值。

關鍵詞：巖體質量評價，三維激光掃描，非接觸測量，動態權重

巖體質量快速評價方法

首先選定掃描區域、儀器站點；根據選定好的位置進行儀器架設，對評價區域進行掃描，獲取巖體表面點云數據；對點云數據進行處理，獲取結構面參數；評價參數取值歸一化，權重計算，獲取巖體質量等級。由于巖體結構面和結構體的形狀、規模、性質及其組合方式、連接特性等信息決定了巖體的地質類別、完整性和結構面的類型、級別、組合、發育程度等，為了較全面地反映巖體結構的三維特征，在多因素比選之后將評價單元范圍內巖體結構面組數、延展度、粗糙度、結構面間距和塊體體積作為評價參數。其中巖體結構面組數反映了巖體被切割的復雜程度；延展度描述結構面在空間中的長度，粗糙度評價結構面的摩擦特性，反映了結構面對巖體整體穩定性的潛在影響；結構面間距反映了巖體的整體性，間距較大的結構面使巖體表現出更高的整體強度，降低失穩的可能性；塊體體積反映巖體單個塊體的尺寸，較大的塊體體積通常具有更好的穩定性，受裂隙影響較小。另外，每個測窗內優勢結構面組控制在3~4組為宜。

圖1 評價流程

圖2 優勢結構面分組

圖3 結構面延展度示意

圖4 結構面粗糙度的原理示意

圖5 結構面間距計算示意

圖6 塊體體積計算

應用實例

選取某庫區巖質邊坡，對庫岸斜坡巖體進行三維激光掃描，得到評價區域三維點云，利用三維點云獲取結構面信息，并對優勢結構面進行分組。

圖7 庫區巖質邊坡巖體

根據統計結果可知，區域內有3組優勢結構面，延展度均值為5.84 m，粗糙度均值為0.97，結構面間距均值為1.36 m，體積均值為13.43。結構面組數在等級Ⅱ~Ⅲ，延展度為等級Ⅲ，粗糙度為等級Ⅳ，結構面間距為等級Ⅱ，塊體體積為等級Ⅰ。經計算，對應評價結果為等級Ⅲ，巖體質量一般。

圖8 結構面統計結果

結 論

（1）本研究提出的基于三維激光掃描技術的巖體質量快速評價方法，相較于傳統評價方法，具有顯著的創新性和技術優勢。該方法通過非接觸式測量，有效降低了現場采樣的風險和成本，同時提高了質量評價的效率和準確性。此外，該方法的抗干擾能力強，適用于各種復雜環境，為巖體質量評價提供了一種新的技術方法。

（2）采用動態權重法對評價指標進行權重分配，充分考慮了各指標間的相互影響，降低了評價過程中的主觀性，提高了評價結果的準確性。通過對結構面組數、結構面延展度、結構面粗糙度、結構面間距和塊體體積等參數的綜合分析，本方法能夠更準確地反映巖體的實際質量狀況，從而為巖質邊坡的地災防治提供更為可靠的決策依據。

（3）通過與GSI巖體質量評價系統的結果對比，驗證了基于點云數據進行巖體質量評價方法的準確性和可靠性。相較GSI系統分類方法，本方法參數量化更加細致明確，通過點云數據可直接統計得到，減少了主觀判斷的不確定性。

引用格式

孫錢程,王泉,徐志華,等.基于三維激光掃描技術的巖體質量快速評價方法[J].金屬礦山,2025(2):56-63.

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作者簡介

孫錢程

副教授，博士，三峽大學土木與建筑學院道路與橋梁工程系副主任，李焯芬院士秘書，湖北省地下工程學會理事。長期從事巖石力學與地質災害防治等方面的教學與科研工作。近年來圍繞巖體劣化損傷測試及評價持續開展研究，改進了基于穩健隨機Hough變換的區域生長算法實現結構面邊界的精確分割，建立了考慮結構面空間展布特征的巖體質量快速評價方法；基于原位應力與巖體破裂測試提出了巖體破裂對應不同應力變化模式，基于室內試驗成果解譯了不同應力路徑對巖體破裂的影響機制。主持/參與國家級項目4項，省部級項目5項，發表論文20余篇，申請專利18項，申報軟件著作5項，先后獲得大壩工程學會二等獎（2020年，排名第2）、中國產學研合作促進會優秀獎（2021年，排名第6）、中國發明協會二等獎（2023年，排名第3）。

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學會主辦，主編為中國工程院王運敏院士，現為北大中文核心期刊、中國科技論文統計源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學術論文來源期刊）、中國百強報刊、RCCSE中國核心學術期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點期刊、華東地區優秀期刊，被美國化學文摘（CA）、美國劍橋科學文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學技術振興機構數據庫（JST）等世界著名數據庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機電與自動化、安全環保、礦山測量、地質勘探等領域具有重大學術價值或工程推廣價值的研究成果，優先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。根據科技部中國科技信息研究所發布的《2024中國科技期刊引證報告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業工程技術學科核心期刊第1位；根據中國知網發布的《中國學術期刊影響因子年報》（2024版），《金屬礦山》學科影響力位居73種礦業期刊第9位。

供稿：曾文旭

編排：戴穎熠

審核：王小兵

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