在多米尼加共和国的热带地貌下，脆弱的碳质沉积层与火山凝灰岩之间的相互作用让普韦布洛维耶霍金矿的工程师们时刻警惕边坡的不稳定性。初步的三维极限平衡（LE）模型检测到上层碳质沉积层的安全系数（FoS）较低（约为1.07），表明存在边坡失稳的风险。该风险在早期就已被识别出，工程师们决定可以在操作层面进行管理，但如果不对边坡进行大幅重新设计，就需要一种新的处理方法。工程师们采用了数字孪生技术，通过我们的三维极限平衡建模软件Slide3和ShapeMetriX进行的测绘来构建模型。通过这种方法，他们识别出一个高20米的双台阶边坡，该边坡逐渐发展到半脆性崩塌的状态。在此，您将了解在采矿业中如何利用我们的边坡稳定性和测绘软件构建的数字孪生技术，帮助识别并管理Moore矿坑中的边坡崩塌。详情请阅读完整的案例研究。
现场条件
在普韦布洛维耶霍矿山，常规使用三维边坡稳定性分析。该矿山的地质环境具有高度的各向异性，这是由于其沉积历史中经历了多次逆冲断层作用和热液蚀变。矿山位于热带地区，降雨量大，场地岩土工程师在设计和操作响应方案中也充分考虑了这一因素。
“地质环境结构复杂，经历了多阶段的逆冲断层作用和热液蚀变。”
图1. 这是从空中俯瞰Moore矿坑第15号推土区域的南向视图。上部边坡由高变异性的碳质沉积层（UCS和LCS）组成，覆盖在较坚硬的火山凝灰岩（FDT和QBT）之上。红色轮廓线标出了最终发生崩塌的位置
数字孪生的需求
为Moore矿坑第15号推土区域开发的初始Slide3模型在高度各向异性的碳质沉积层（UCS和LCS单元）中识别出一个低安全系数（FoS 1.07）的滑动面。现场的设计验收标准为1.2。在这种情况下，不需要进行大幅重新设计，而是通过引入数字孪生技术，将边坡失稳风险控制在操作层面内。
什么是数字孪生技术？如何实施？
数字孪生是实时虚拟模型，可以反映系统的物理状态——在这里就是露天矿边坡。它将实时监测数据与预测建模相结合，以创建物理系统的实时模型。随着条件的变化，数字孪生会不断更新，使工程师能够基于最新数据作出明智决策。例如，岩土工程师可以将来自空中或地面摄影测量、地面雷达和其他监测系统的数据集成到一个3D模型中，以模拟边坡稳定性。然后，他们可以将预测条件与实时数据进行对比，从而主动管理风险。 在普韦布洛维耶霍矿山，数字孪生的要求包括常规的测绘、建模和监测。每推进20米垂直高度，工程师使用ShapeMetriX完成空中摄影测量和工作面测绘，以进行结构和岩体测绘。随着新的岩土条件被发现，Slide3模型也会随之更新。同时，雷达和24小时监测系统持续监测边坡的变形情况。
洞察
数字孪生的测绘要求识别出在凝灰质FDT单元内的一组低角度断层和剪切带。这些特征在初始三维边坡稳定性建模时未被识别。当将其纳入三维数字孪生模型后，识别出一个新的潜在失稳面。从无人机摄影测量数据生成的位移图验证了该滑动面，并帮助定义了该结构约束的滑动面的空间范围。雷达监测进一步验证了该滑动面，并在检测到加速变形时，按照现场的响应协议，矿坑被紧急疏散。最终的边坡失稳体积约为10,000立方米。
“通过摄影测量方法绘制了数百个地质结构，证实了该区域的各向异性……测绘进一步识别出一组低角度断层和剪切带……这些结构在初始三维极限平衡模型开发时尚未被识别。”
空中摄影测量：测绘提供了矿坑地质的详细三维地图，揭示了在初始三维极限平衡模型中未检测到的地质断层和裂隙。发现了FDT层内的几个低角度断层，这些发现用于预测边坡的最终半脆性失稳。
图2. 位移向量（305-335°）与低角度断层对齐。左图：来自IDS Guardian软件的向量。右图：断层的方位，平均倾角和方向为13°/328°
摄影测量数据还被用于在ShapeMetriX中创建位移图，以跟踪预测的半脆性失稳。随着时间的推移，叠加了更多数据，以揭示位移模式，从而帮助估算和确认定义楔形破坏的亚垂直结构。
图3. 来自ShapeMetriX摄影测量三维模型的位移图，其中红色表示向外移动，蓝色表示向下移动。右图：从相同三维数据中绘制和建模的地质断层。蓝色断层：51°/294°，红色断层：57°/356°
地面雷达监测：安装了两个雷达系统用于实时位移监测。雷达捕捉到边坡中的微小位移，而常规监测无法检测到。大约在崩塌前23小时，雷达开始记录加速的位移向量，并发出边坡不稳定性加剧的信号。
图4. 左图：雷达设置示意图，两个雷达追踪移动目标并从不同的视线角度测量位移。右图：来自半脆性失稳的位移向量，显示向西北方向（305-335°）的移动，红色等高线表示位移速度达到或超过2毫米/小时
三维极限平衡建模软件：我们的软件是数字孪生的核心。它使团队能够将实时数据整合到岩土模型中，并不断优化边坡的预测行为。随着雷达和摄影测量数据的更新，模型被不断更新，提供了边坡稳定性的准确图像。“通过近实时地将三维模型与实际边坡条件进行比较，随着采矿的进展，关键结构被添加到岩土模型中。”
结论
通过使用Slide3、ShapeMetriX测绘数据和IDS ArcSAR雷达监测开发的数字孪生，确保了通过最初识别的低安全系数区域（上层高各向异性碳质沉积层）的安全作业。数字孪生进一步识别出下部凝灰岩单元中的关键结构和加速的边坡运动，最终导致了10,000立方米岩体的半脆性失稳。如果没有实施数字孪生方法所要求的测绘、建模和监测系统，这个高风险区域将无法被主动且有效地管理。
“如果没有在采矿过程中实施和维护数字孪生，这个高风险区域将无法被识别。”
如何自己创建数字孪生
在像普韦布洛维耶霍金矿这样的复杂环境中，建立数字孪生流程是维护矿山安全和作业效率的有力工具。您可以将先进的三维测绘和建模与实时数据相结合，持续适应地质变化，正如工程师们在主动管理Moore矿坑的边坡失稳时所做的那样。以下是您可以采取的简要步骤：
绘制和识别结构：首先，通过矿坑面测绘和空中摄影测量（使用像ShapeMetriX这样的工具）收集详细的地质数据。随着开挖进展，您可以准确识别地质结构，如断层和裂隙。
建立三维岩土模型：使用像Slide3或RS3这样的工具，创建您现场的详细三维模型。整合岩土数据，如各向异性材料特性（例如，强度、内聚力、摩擦角）、边坡几何形状和地下水条件。该模型为您现场的物理状况提供基础。
整合监测数据：将模型与实时监测系统（如地面或卫星雷达、孔隙水计或摄影测量）连接。这使得数字孪生能够不断更新，反映现场条件随着时间的推移而变化。
进行持续分析：通过整合实时数据，您可以进行持续的分析，评估系统中的安全性、位移或应力等因素。这使得能够实时评估现场如何响应开挖或环境变化。
预测并应对风险：数字孪生允许您基于更新的数据模拟未来情景，帮助您在潜在风险发展成重大问题之前识别并减轻风险。
通过构建一个随着项目进展而不断演化的数字孪生，您将获得与预防Moore矿坑边坡失稳相同的优势——实时洞察、持续更新以及主动管理风险的能力。。
联系我们
中仿软件区域负责人联系方式：
张经理：17621192152【上海、浙江、广东、广西、海南、江西、福建、云南】
丰经理：17521145176【北京、河北、天津、山东、山西、安徽、江苏、河南、黑龙江、辽宁、吉林、内蒙古】
许经理：18971301365【湖北、四川、重庆、宁夏、贵州、陕西、甘肃、新疆、西藏、青海、湖南】
公司电话：021-80399555
地址：上海市松江区九新公路1005号临港松江科技城中仿大厦(201615)
电子邮箱：info@cntech.com
客服热线：400-888-5100
技术交流（QQ群）：246828135