綏陽石膏晶花洞形態(tài)特征與穩(wěn)定性研究.pdf

1、綏陽雙河洞現(xiàn)探明長度161.788公里，具有亞洲第一長的洞穴系統(tǒng)美譽，石膏晶花洞位于雙河洞洞穴系統(tǒng)皮硝洞內(nèi)，山脈總體屬于大婁山山系的東支部分，出露地層以石膏質(zhì)白云巖為主，該洞為一大型干洞，洞頂、洞壁都被石膏沉積物所覆蓋，故稱為石膏晶花洞。考慮到石膏晶花洞自身環(huán)境的脆弱性易遭受破壞，且存在洞頂圍巖碎塊掉落的安全隱患，所以該洞穴至今仍未對外開放。為了實現(xiàn)其觀賞價值和研究價值，本文運用三維激光掃描技術(shù)在不接觸無損害的條件下對該洞穴進行場景重建

2、，完整而真實的保存該洞穴的形態(tài)特征，對石膏晶花洞的成因進行了淺析，為了深入研究在天然應力場下石膏晶花洞是否穩(wěn)定，本文通過赤平投影法和數(shù)值模擬分析方法對其穩(wěn)定性進行了研究。論文取得的主要成果為：
　　（1）通過野外三維掃描工作獲取了研究區(qū)內(nèi)高精度點云數(shù)據(jù)，對他人洞穴的相關掃描方法總結(jié)。并對個人在掃描中遇到的問題進行了討論，為他人洞穴掃描提出5點建議。總結(jié)了對點云數(shù)據(jù)重建時采用的方法。利用了PCL這一種新的點云數(shù)據(jù)模型構(gòu)建方式，結(jié)合V

3、isual C++等語言實現(xiàn)了三角網(wǎng)格模型的構(gòu)建，并利用NURBS曲面重構(gòu)方法完成了最后模型的建立。
　?。?）依據(jù)構(gòu)建的模型得到了更為精準的洞穴平面圖和斷面圖，總結(jié)了不同標段處洞穴的形態(tài)特征，并對石膏晶花洞的橫剖面形態(tài)特征做了詳細的劃分。對洞穴形成過程中所產(chǎn)生的次生沉積物進行了總結(jié)，重點對化學沉積物進行了重建，方便人們從多角度對沉積物進行觀測。石膏晶花洞主體洞內(nèi)各處均發(fā)育有石膏沉積物，本文依據(jù)水流狀態(tài)對洞段內(nèi)的石膏沉積形態(tài)進行了

4、詳細的劃分。
　?。?）分析了石膏晶花洞的成因，并對其穩(wěn)定性進行了研究。利用赤平投影法，根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)K判定洞頂巖體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。對石膏晶花洞進行了洞段劃分，結(jié)合RMR分級法和現(xiàn)場定性分級法分析得出東、西洞段圍巖巖體質(zhì)量分級基本一致。
　?。?）借助離散元程序UDEC，選取石膏晶花洞不同洞道（穹洞、狹窄甬道、大廳）三個具有代表性的橫剖面進行數(shù)值模擬，模擬了石膏膨脹過程中，在頂板出現(xiàn)彎折并未發(fā)生滑脫階段，確定了影響因素（石膏