高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法和系统技术方案

本申请公开了高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法，包括第一步：布置模拟系统，将高位灾害体母岩部分和倾倒变形部分之间的裂缝完全对齐，将气囊内充满气体；第二步，拍摄高位灾害体母岩部分和高位灾害体倾倒变形部分的初始照片；第三步，放掉气囊中的预设比例的气体；第四步，拍摄高位灾害体母岩部分和倾倒变形部分的实时照片；第五步，重复第三步和第四步，直至高位灾害体倾倒变形部分从倾斜支撑板上掉落下去；第六步，将拍摄的初始照片和实时照片作为机器学习的素材。可见该方法构建了一个实现边坡灾害体倾倒失稳的试验系统，实现高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的模拟。本申请还公开了高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟系统。的试验模拟系统。的试验模拟系统。

Experimental simulation method and system of toppling disaster in digital twin technology of high slope

【技术实现步骤摘要】
高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法和系统


[0001]本专利技术属于灾害模拟
，特别是涉及高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法和系统。

技术介绍

[0002]在水电站工程首部枢纽进水口、调压井、压力前池等建筑物上方，形成了不少高约100m至300m的高边坡，这些边坡受到开挖施工扰动，同时受高海拔、高寒、温差变化较大等因素的影响，植被较差，存在裂缝、滚石、崩塌和滑坡等安全隐患。由于高边坡存在坡度陡，植被少，地形复杂等特点，人员难以到达，因此，利用传统的方法难以获取高精度的测量结果，无法有效进行高位地质灾害的监测及预警，无法进行边坡隐患的排查和治理，汛期一旦突然发生滚石、崩塌和滑坡等地质灾害，后果不堪设想。利用数字孪生技术对实体边坡的地质环境和监测数据进行数字化呈现，实现数字孪生模型数据的同步更新，从而实现对边坡高位地质灾害体的巡检、监测及预警，是解决上述问题的重要方法之一。
[0003]在高边坡数字孪生技术中，采用无人机高边坡微变摄影测量，规划航迹算法，采集边坡亚毫米级分辨率正交影像数据信息，研制边坡高位灾害体的表面变形识别算法，可更加直观地判断高位地质灾害体的裂缝、表面变形的具体情况，预判边坡是否安全稳定。
[0004]然而，高位地质灾害体，特别是滚石和崩塌具有较大的突发性，因此失稳判断较为复杂，失稳时变形量的阈值也不明确。目前在现场很难通过无人机摄影直接捕捉到滚石和崩塌发生时刻的影像或图片，其发生灾害前的异常变化也很难获得。因此，需通过开展大量的试验，人工驱动滚石和崩塌的产生，同时采用无人机进行贴近摄影，获取亚毫米级的高分辨率影像，供位移阈值的理论研究以及无人机变形监测机器学习使用。
[0005]现在有一种滑坡模拟系统，包括模型箱、设置于模型箱内的用于模拟滑坡的滑坡模型、用于对滑坡模型的边坡施加荷载使滑坡模型产生滑动的加载装置和用于检测滑坡滑动的监测模块，这种滑坡模拟系统可以根据实际需要，选择不同的加载方案，并对滑移面进行了减小摩擦系数处理，提高了监测效果，在满足试验效果的前提下，降低了模型的高度，减少用土量，使试验实施更加方便。然而该现有技术主要是进行的滑坡模拟，而没有关注灾害体倾倒变形破坏的情况。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提供了高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法和系统，针对边坡高位灾害体常见的倾倒破坏模式，构建一个实现边坡灾害体倾倒失稳的试验系统，实现高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的模拟。
[0007]本专利技术提供的高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法包括：
[0008]第一步：布置模拟系统，所述模拟系统包括底座、与所述底座的一边用活动铰连接的倾斜支撑板、与所述倾斜支撑板利用铰链活动连接的水平支撑板、位于所述水平支撑板下面的升降平台、位于所述倾斜支撑板的下边缘的挡土板、放置于所述水平支撑板上的高
位灾害体母岩部分、放置于所述倾斜支撑板上的气囊，所述气囊上面具有高位灾害体倾倒变形部分，然后将所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分之间的裂缝完全对齐，将所述气囊内充满气体；
[0009]第二步，拍摄所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分的初始照片；
[0010]第三步，放掉所述气囊中的预设比例的气体；
[0011]第四步，拍摄所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分的实时照片；
[0012]第五步，重复第三步和第四步，直至所述高位灾害体倾倒变形部分从所述倾斜支撑板上掉落下去；
[0013]第六步，将拍摄的所述初始照片和所述实时照片作为机器学习的素材。
[0014]优选的，在上述高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法中，利用无人机搭载相机拍摄所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分的初始照片和所述实时照片。
[0015]优选的，在上述高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法中，所述第一步中还包括：
[0016]调整所述升降平台的高度，带动所述水平支撑板升降和改变所述倾斜支撑板的倾斜角度，模拟不同的边坡坡度。
[0017]优选的，在上述高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法中，所述第一步中采用的高位灾害体为从高边坡现场采集的风化岩石。
[0018]优选的，在上述高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法中，所述第一步还包括在所述倾斜支撑板的表面布置铁丝网，然后放置土石混合料。
[0019]优选的，在上述高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法中，所述第三步中每次放掉预设比例的气体之后，所述裂缝的宽度变化为1mm至 2mm。
[0020]本专利技术提供的高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟系统包括底座、与所述底座的一边用活动铰连接的倾斜支撑板、与所述倾斜支撑板利用铰链活动连接的水平支撑板、位于所述水平支撑板下面的升降平台、位于所述倾斜支撑板的下边缘的挡土板、放置于所述水平支撑板上的高位灾害体母岩部分、放置于所述倾斜支撑板上的气囊，所述气囊上面具有高位灾害体倾倒变形部分，还包括用于拍摄所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分的拍摄装置。
[0021]优选的，在上述高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟系统中，所述拍摄装置为搭载在无人机上的相机。
[0022]优选的，在上述高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟系统中，所述高位灾害体为从高边坡现场采集的风化岩石。
[0023]优选的，在上述高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟系统中，还包括在所述倾斜支撑板的表面布置的铁丝网以及放置在所述铁丝网上的土石混合料。
[0024]通过上述描述可知，本专利技术提供的上述高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法，由于包括第一步：布置模拟系统，所述模拟系统包括底座、与所述底座的一边用活动铰连接的倾斜支撑板、与所述倾斜支撑板利用铰链活动连接的水平支撑板、位于所述水
平支撑板下面的升降平台、位于所述倾斜支撑板的下边缘的挡土板、放置于所述水平支撑板上的高位灾害体母岩部分、放置于所述倾斜支撑板上的气囊，所述气囊上面具有高位灾害体倾倒变形部分，然后将所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分之间的裂缝完全对齐，将所述气囊内充满气体；第二步，拍摄所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分的初始照片；第三步，放掉所述气囊中的预设比例的气体；第四步，拍摄所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分的实时照片；第五步，重复第三步和第四步，直至所述高位灾害体倾倒变形部分从所述倾斜支撑板上掉落下去；第六步，将拍摄的所述初始照片和所述实时照片作为机器学习的素材，可见利用气囊的逐渐放气就能够使高位灾害体倾倒变形部分不断增大与母岩之间的缝隙直到落下去，因此该方法针对边坡高位灾害体常见的倾倒破坏模式，构建了一个实现边坡灾害体倾倒失稳的试验系统，实现高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的模拟。本专利技术提供的高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟系统具有与上述方法相同的优点，此处不再赘述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法，其特征在于，包括：第一步：布置模拟系统，所述模拟系统包括底座、与所述底座的一边用活动铰连接的倾斜支撑板、与所述倾斜支撑板利用铰链活动连接的水平支撑板、位于所述水平支撑板下面的升降平台、位于所述倾斜支撑板的下边缘的挡土板、放置于所述水平支撑板上的高位灾害体母岩部分、放置于所述倾斜支撑板上的气囊，所述气囊上面具有高位灾害体倾倒变形部分，然后将所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分之间的裂缝完全对齐，将所述气囊内充满气体；第二步，拍摄所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分的初始照片；第三步，放掉所述气囊中的预设比例的气体；第四步，拍摄所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分的实时照片；第五步，重复第三步和第四步，直至所述高位灾害体倾倒变形部分从所述倾斜支撑板上掉落下去；第六步，将拍摄的所述初始照片和所述实时照片作为机器学习的素材。2.根据权利要求1所述的高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法，其特征在于，利用无人机搭载相机拍摄所述高位灾害体母岩部分和所述高位灾害体倾倒变形部分的初始照片和所述实时照片。3.根据权利要求1所述的高边坡数字孪生技术中倾倒灾害的试验模拟方法，其特征在于，所述第一步中还包括：调整所述升降平台的高度，带动所述水平支撑板升降和改变所述倾斜支撑板的倾斜角度，模拟不同的边坡坡度。4.根据权利要求1所述的高边坡数字孪生技...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖书杰，黄万虎，王彦虎，吴佩泽，
申请(专利权)人：华能甘肃水电开发有限公司，
类型：发明
国别省市：