基于LIDAR和频率分布的岩崩规模与关键过程研究

In view of the restrictions on the research of rock avalanche based on physical model and numerical model, through analyzing the frequency distributions of avalanching magnitude, in-situ rock mass structural parameters and the size and shape of deposited rocks that obtained via LIDAR scanning, this program aim to: 1) Investigate the avalanching magnitude frequency distribution, reveal its constraining factors, and achieve an approach to assess the probability of avalanching magnitude; 2) Investigate the frequency distribution of in-situ rock mass structural parameters and the failure process of rock slope, reveal the quantitative relation between them, and achieve an approach to assess the failure magnitude, the size and shape of potential detached rocks; 3) Investigate the frequency distribution of the size and shape of deposited rocks and the rock fragmentation process, reveal the rock fragmentation model during rock avalanching, and achieve the assessment of changing pattern of rock size and rock shape during rock fragmentation. This program unify the investigation of the magnitude and two key processes of rock avalanche on the basis of frequency distribution analyzing, and unify all the data acquisition on the basis of LIDAR technique, consequently differs and stands out from former investigations of rock avalanche. This project is expected to contribute to the magnitude assessment, the understanding of the long runout mechanism, and the development of process model of rock avalanche, and eventually support the quantitative risk assessment of rock avalanche.

本项目以岩崩（rock avalanche）为研究对象，在充分分析现有研究方法的局限性的基础上，利用LIDAR技术对岩崩规模、原岩结构和岩块破碎粒度和形状等关键信息进行提取，对各类关键信息进行频率统计分布规律分析。拟开展：1）岩崩规模频率分布研究，揭示其影响控制因素，实现岩崩规模的概率估计；2）原岩结构参数频率分布与岩坡失稳渐进性关键过程研究，揭示二者之间的定量关系，发展岩坡失稳分析方法；3）岩崩堆积体粒度和形状频率分布与岩崩破碎关键过程反演研究，建立岩崩中岩石破碎的理论模型，揭示岩石破碎行为对大型岩崩远程运移的控制作用。项目通过频率统计分布研究岩崩的规模和关键过程，实现研究方法和创新应用的统一；以LIDAR技术获取岩崩关键信息，实现高分数据获取与信息精确提取的统一。项目的研究成果将为岩崩规模估计，理解大型岩崩远程运移的机制，建立岩崩过程模型以及最终的风险定量评价提供基础科学理论支撑。

本项目紧密围绕岩崩等地质灾害的规模与关键过程等两个方面的科学问题，利用LiDAR技术和频率统计技术方法，结合理论分析、物理实验和数值模拟展开研究，主要取得了如下研究成果：1）开发了利用LiDAR获取崩塌滚石灾害体大小和形状等关键要素信息的提取技术。在此基础上进行了频率分布规律和典型岩石边坡失稳模式分析，为预测岩石边坡失稳规模以及失稳岩块的大小和形状提供了数据基础和科学依据；2）完成了岩崩规模频率分布的影响因素分析和宏观规律的物理机制解释，为估算特定规模岩崩与崩塌滚石灾害发生的概率提供了科学依据； 3）分析了岩石破裂过程和运动过程两个关键过程机理及其影响因素，为揭示岩崩中岩石破碎机理进而理解大型岩崩的运移机制提供了科学基础；4）实现了考虑形状和转动的崩塌滚石过程模型，发展了基于频率分布的崩塌滚石运动路径概率模拟模型；5）建立了考虑岩崩强度的灾害风险评估方法，实现了岩崩灾害的科学定量评估。本项目的研究成果还成功应用于多项国家重大工程建设与重大地震应急救灾和灾后重建规划工作中。