應(yīng)用方案—通過(guò)紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)完整巖石橋

巖體中的侵蝕過(guò)程取決于完整巖石的特性和脆性結(jié)構(gòu)，例如節(jié)理和其他不連續(xù)性。在陡峭的基巖景觀中，落石是調(diào)節(jié)總體侵蝕率的主要過(guò)程。在某些地形（特別是花崗巖）中，巖石崩落通常是由沿著表面平行的裂縫形成的假巖塊脫落而形成的，這些裂縫被稱為薄片縫。剝離片通常通過(guò)所謂的“巖石橋”與巖石連接，其中片狀節(jié)理尚未傳播。

最近的工作已經(jīng)開(kāi)始探索巖石橋梁在確定各種落石和滑坡破壞模式方面的作用。這些研究清楚地表明，巖橋的空間分布對(duì)于理解節(jié)理巖體的穩(wěn)定性至關(guān)重要。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到巖石橋梁和階梯路徑幾何形狀對(duì)于邊坡穩(wěn)定性分析的重要性。近年來(lái)，用于在圖像和帶紋理的3D點(diǎn)云上繪制巖橋的技術(shù)已得到顯著改善。然而，這些落石后測(cè)繪方法受到暴露偏差的影響取決于露頭的可及性和可見(jiàn)性。最近的一項(xiàng)研究提議在巖崩事件發(fā)生之前直接進(jìn)行工作，以結(jié)合遙感和菲爾德制圖研究的觀測(cè)結(jié)果，繪制完整的巖石橋梁。并且到目前為止，尚未對(duì)實(shí)際完整的巖石橋梁進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)。

圖1為紅外熱像儀拍攝的山體東南面正視圖

為了滿足這一需求，瑞士洛桑大學(xué)地球科學(xué)研究所通過(guò)將紅外熱成像技術(shù)與地面激光掃描技術(shù)結(jié)合起來(lái)，遠(yuǎn)程檢測(cè)位于優(yōu)勝美地山谷（美國(guó)加利福尼亞州）的El Capitan的東南面完整的巖石橋。在1000米高的懸崖上進(jìn)行了四個(gè)小時(shí)的紅外熱監(jiān)測(cè)，該溫度已在溫度下校準(zhǔn)并進(jìn)行了發(fā)射率效應(yīng)校正。在兩個(gè)定界的剝落薄片表面上出現(xiàn)的熱異?，F(xiàn)象解釋為巖石橋存在的跡象，得出了可能的巖石橋梁大小的估計(jì)值，然后將其用于評(píng)估兩個(gè)受監(jiān)控的剝離薄片的穩(wěn)定性條件。

圖2為紅外熱像儀拍攝的山體全景圖

紅外熱全景圖顯示了兩個(gè)花崗巖剝落板表面的冷熱特征，這與空氣循環(huán)冷卻部分分離的板背面的預(yù)期一致?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)受監(jiān)控的假巖塊始終比周圍的圍墻溫度更低，這種較冷的熱信號(hào)解釋為空氣循環(huán)的結(jié)果，該空氣循環(huán)包裹并冷卻了來(lái)自分離零件。即使在夜間巖石冷卻期間，這些相同的表層上仍存在小范圍的熱異常溫度。通過(guò)巖石橋梁的巖石附著可能是熱數(shù)據(jù)異常溫暖的原因。基于熱激光和地面激光雷達(dá)的組合成像，并使用幾何和巖石斷裂力學(xué)分析，能夠量化兩張板的穩(wěn)定性。通過(guò)分析表明，熱成像技術(shù)可以遠(yuǎn)程檢測(cè)完整的巖石橋梁，從而大大改善了落石危險(xiǎn)性評(píng)估。

參考資料：

Antoine Guerin, Michel Jaboyedof, Brian D. Collins, et al. Detection of rock bridges by infrared thermal imaging and modeling[J]. Scientific Reports. 9, 13138, 2019.