孙钱程团队：基于三维激光扫描技术的岩体质量快速评价方法

岩体质量评价对研究岩质边坡稳定性有重要作用，不仅能掌握区域内岩体性质，而且对边坡风险等级划分、防治方法的确定具有重要参考价值。岩体质量的评价和分级已经有很多成熟和完整的方法，如被广泛认可和应用的国标分类法、Q系统法、RMR分类法等，但它们往往依赖于现场采样和接触式测量，这在高陡边坡或难以接触的区域实施起来难度较大。随着技术手段的进步和研究的深入，有学者将新技术与以上方法相结合。三维激光扫描技术因其无接触、高精度和抗干扰能力强的特点，在岩体质量评价中展现出巨大潜力。与传统方法相比，该技术能够快速获取岩体表面的点云数据，极大地提高了评价效率和准确性，同时降低了成本和环境干扰的风险，并且可以很好地解决对高陡边坡和库岸边坡难以接触测量的问题。

岩体结构具有三维属性，在考虑岩体三维结构特征的基础上利用岩体的赋存信息进行客观评价才能指导工程实践。三峡大学孙钱程团队基于三维激光扫描技术，考虑了岩体的三维结构及空间分布特征，通过点云信息提取岩体结构相关评价参数，引入动态权重法形成了岩体质量评价方法，旨在实现岩体质量的快速高效评价。

基于三维激光扫描技术的岩体质量快速评价方法

孙钱程 王 泉 徐志华 郭 戈

（湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站，防灾减灾湖北省重点实验室（三峡大学））

摘 要：岩体质量评价是开展滑坡、崩塌等地质灾害预测与评估的重要基础信息。针对传统岩体质量评价方法存在的效率低、取样难、成本高等问题，利用三维激光扫描技术提出一种以结构面信息和块体体积作为评价参数的岩体质量快速评价方法。该方法通过非接触式测量方式，快速获取岩体表面的点云数据，并提取结构面参数和块体体积；利用动态权重法计算各参数权重，结合统计的各评价参数值分析确定岩体质量等级，实现了岩体质量的快速、准确评价。研究结果表明：本方法与GSI岩体质量评价系统的结果相吻合；这种非接触式测量方法不仅可以快速完成大范围岩体质量评价，而且测试成本低，抗干扰能力强，显著提高了评价的效率和准确性，为岩体质量评价领域提供了新的技术方法，具有重要的科学意义和应用价值。

关键词：岩体质量评价，三维激光扫描，非接触测量，动态权重

岩体质量快速评价方法

首先选定扫描区域、仪器站点；根据选定好的位置进行仪器架设，对评价区域进行扫描，获取岩体表面点云数据；对点云数据进行处理，获取结构面参数；评价参数取值归一化，权重计算，获取岩体质量等级。由于岩体结构面和结构体的形状、规模、性质及其组合方式、连接特性等信息决定了岩体的地质类别、完整性和结构面的类型、级别、组合、发育程度等，为了较全面地反映岩体结构的三维特征，在多因素比选之后将评价单元范围内岩体结构面组数、延展度、粗糙度、结构面间距和块体体积作为评价参数。其中岩体结构面组数反映了岩体被切割的复杂程度；延展度描述结构面在空间中的长度，粗糙度评价结构面的摩擦特性，反映了结构面对岩体整体稳定性的潜在影响；结构面间距反映了岩体的整体性，间距较大的结构面使岩体表现出更高的整体强度，降低失稳的可能性；块体体积反映岩体单个块体的尺寸，较大的块体体积通常具有更好的稳定性，受裂隙影响较小。另外，每个测窗内优势结构面组控制在3~4组为宜。

图1 评价流程

图2 优势结构面分组

图3 结构面延展度示意

图4 结构面粗糙度的原理示意

图5 结构面间距计算示意

图6 块体体积计算

应用实例

选取某库区岩质边坡，对库岸斜坡岩体进行三维激光扫描，得到评价区域三维点云，利用三维点云获取结构面信息，并对优势结构面进行分组。

图7 库区岩质边坡岩体

根据统计结果可知，区域内有3组优势结构面，延展度均值为5.84 m，粗糙度均值为0.97，结构面间距均值为1.36 m，体积均值为13.43。结构面组数在等级Ⅱ~Ⅲ，延展度为等级Ⅲ，粗糙度为等级Ⅳ，结构面间距为等级Ⅱ，块体体积为等级Ⅰ。经计算，对应评价结果为等级Ⅲ，岩体质量一般。

图8 结构面统计结果

结 论

（1）本研究提出的基于三维激光扫描技术的岩体质量快速评价方法，相较于传统评价方法，具有显著的创新性和技术优势。该方法通过非接触式测量，有效降低了现场采样的风险和成本，同时提高了质量评价的效率和准确性。此外，该方法的抗干扰能力强，适用于各种复杂环境，为岩体质量评价提供了一种新的技术方法。

（2）采用动态权重法对评价指标进行权重分配，充分考虑了各指标间的相互影响，降低了评价过程中的主观性，提高了评价结果的准确性。通过对结构面组数、结构面延展度、结构面粗糙度、结构面间距和块体体积等参数的综合分析，本方法能够更准确地反映岩体的实际质量状况，从而为岩质边坡的地灾防治提供更为可靠的决策依据。

（3）通过与GSI岩体质量评价系统的结果对比，验证了基于点云数据进行岩体质量评价方法的准确性和可靠性。相较GSI系统分类方法，本方法参数量化更加细致明确，通过点云数据可直接统计得到，减少了主观判断的不确定性。

引用格式

孙钱程,王泉,徐志华,等.基于三维激光扫描技术的岩体质量快速评价方法[J].金属矿山,2025(2):56-63.

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作者简介

孙钱程

副教授，博士，三峡大学土木与建筑学院道路与桥梁工程系副主任，李焯芬院士秘书，湖北省地下工程学会理事。长期从事岩石力学与地质灾害防治等方面的教学与科研工作。近年来围绕岩体劣化损伤测试及评价持续开展研究，改进了基于稳健随机Hough变换的区域生长算法实现结构面边界的精确分割，建立了考虑结构面空间展布特征的岩体质量快速评价方法；基于原位应力与岩体破裂测试提出了岩体破裂对应不同应力变化模式，基于室内试验成果解译了不同应力路径对岩体破裂的影响机制。主持/参与国家级项目4项，省部级项目5项，发表论文20余篇，申请专利18项，申报软件著作5项，先后获得大坝工程学会二等奖（2020年，排名第2）、中国产学研合作促进会优秀奖（2021年，排名第6）、中国发明协会二等奖（2023年，排名第3）。

《金属矿山》简介

《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。

供稿：曾文旭

编排：戴颖熠

审核：王小兵

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