Χαρακτηρισμός βραχόμαζας με τη χρήση επίγειου σαρωτή LiDAR για την εκτίμηση της επιδεκτικότητας έναντι βραχοκαταπτώσεων στην περιοχή της Περίσσας, Θήρα. = Rock mass characterization using LiDAR terrestrial laser scanner for rockfall susceptibility assessment in Perissa area (Santorini).

Ιωάννης Γ. Φαρμάκης

Χαρακτηρισμός βραχόμαζας με τη χρήση επίγειου σαρωτή LiDAR για την εκτίμηση της επιδεκτικότητας έναντι βραχοκαταπτώσεων στην περιοχή της Περίσσας, Θήρα. = Rock mass characterization using LiDAR terrestrial laser scanner for rockfall susceptibility assessment in Perissa area (Santorini).

Ιωάννης Γ. Φαρμάκης

Περίληψη

Οι βραχοκαταπτώσεις αποτελούν έναν από τους πιο συνηθισμένους γεωλογικούς κινδύνους σε ορεινές βραχώδεις περιοχές και μπορεί να αποβεί καταστροφικός όταν λάβει χώρα σε ανθρωπογενές περιβάλλον. Για τον λόγο αυτό είναι μείζουσας σημασίας ο εντοπισμός των περιοχών που έχουν τη δυνατότητα να παράξουν το φαινόμενο. Η έννοια που περιγράφει αυτές τις περιοχές είναι η επιδεκτικότητα και η ποιοτική και ποσοτική προσέγγισή της κρίνεται επιβεβλημένη για την έγκαιρη αντιμετώπιση τυχούσας εκδήλωσης του φαινομένου. Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση προϋποθέτει τη γνώση συγκεκριμένων χαρακτηριστικών της βραχομάζας, τα οποία καθοδηγούν το φαινόμενο των βραχοκαταπτώσεων και η όσο το δυνατόν πιο λεπτομερής καταγραφή τους αυξάνει την αξιοπιστία των υπολογισμών. Η απόκτηση των απαραίτητων στοιχείων μπορεί να γίνει με συμβατικές μεθόδους χαρτογράφησης αλλά και με μεθόδους τηλεπισκόπησης όπως είναι οι σαρωτές LiDAR. Η τεχνολογία LiDAR (Light Detection and Ranging) γνωρίζει μεγάλη ανάπτυξη τις τελευταίες δεκαετίες στον χώρο των γεωεπιστημών παρέχοντας μια σειρά από πλεονεκτήματα έναντι των προϋπαρχουσών μεθόδων. Στην παρούσα εργασία εφαρμόστηκε η τεχνολογία LiDAR με στόχο την εξαγωγή όλων των απαραίτητων παραμέτρων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση της επιδεκτικότητας μιας περιοχής έναντι βραχοκαταπτώσεων. Περιοχή μελέτης αποτέλεσαν τα ασβεστολιθικά πρανή της Περίσσας στο νοτιοανατολικό τμήμα της νήσου Θήρα στο σύμπλεγμα της Σαντορίνης. Από την επεξεργασία των δεδομένων εξήχθησαν τα στοιχεία προσανατολισμού όλων των συστημάτων ασυνεχειών, απόστασης των ασυνεχειών μεταξύ των συστημάτων και όγκων των σχηματιζόμενων τεμαχών. Παραμέτρων δηλαδή που συνήθως υπολογίζονται στατιστικά ή σε περιορισμένες εκτάσεις θεωρώντας τη βραχομάζα ομογενή ως προς αυτές. Το επιπρόσθετο στοιχείο που προσφέρει η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε, είναι η κατασκευή χαρτών της χωρικής κατανομής των παραπάνω παραμέτρων χαρακτηρισμού της βραχομάζας λαμβάνοντας υπόψη τις διαφοροποιήσεις που εμφανίζουν στα μεγέθη τους κατά μήκος των πρανών. Έτσι, το αποτέλεσμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την χωρικά συγκεκριμένη εκτίμηση της επιδεκτικότητας χωρίς να θεωρείται το κάθε πρανές ή σχηματισμός σαν ενιαία χαρτογραφική μονάδα ως προς την επιδεκτικότητα. Επιπλέον, εκτιμήθηκαν οι δυνητικές αστοχίες και έγινε ταυτοποίηση των αποτελεσμάτων με πρόσφατα αποκολλημένους όγκους που εντοπίστηκαν στην περιοχή. Στην αρχή της εργασίας αποσαφηνίζεται η έννοια της επιδεκτικότητας έναντι βραχοκαταπτώσεων και παρουσιάζονται τρόποι προσέγγισης της τόσο ποιοτικά όσο και ποσοτικά. Ακόμη, περιγράφεται λεπτομερώς το φαινόμενο των βραχοκαταπτώσεων με τους μηχανισμούς που το προκαλούν καθώς και των παραμέτρων που το ελέγχουν. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα γεωλογικά στοιχεία τόσο της ευρύτερης όσο και της εγγύτερης περιοχής μελέτης, η σεισμικότητα και οι κλιματικές συνθήκες. Κατόπιν, γίνεται εμπεριστατωμένη εισαγωγή στις αρχές λειτουργίας της τεχνολογίας LiDAR και της φύσης των δεδομένων που παράγει, με σκοπό την καλύτερη κατανόηση της περιγραφής των μεθόδων επεξεργασίας που ακολουθούν. Τα στάδια επεξεργασίας των δεδομένων αναλύονται βήμα προς βήμα παρέχοντας στον αναγνώστη σαφή εικόνα της διαδικασίας. Ακόμη, προτείνονται τρόποι και προσεγγίσεις των βραχωδών πρανών με τη χρήση σαρωτών LiDAR ανάλογα με τις επιτόπου συνθήκες. Τέλος, τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την συγκεκριμένη μεθοδολογία επαληθεύονται και ερμηνεύονται με βάση επιτόπου παρατηρήσεις και μετρήσεις καθώς και χειροκίνητες μετρήσεις στα ίδια δεδομένα.

Πλήρες Κείμενο:

PDF

Αναφορές

Διεθνής βιβλιογραφία

Abellán, A., Oppikofer, T., Jaboyedoff, M., Rosser, N. J., Lim, M., & Lato, M. J. (2014). Terrestrial laser scanning of rock slope instabilities. Earth Surface Processes and Landforms, 39(1), 80–97. https://doi.org/10.1002/esp.3493

Antoniou, A. A., & Lekkas, E. (2010). Rockfall susceptibility map for Athinios port, Santorini Island, Greece. Geomorphology, 118(1–2), 152–166. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2009.12.015

Azzoni, A., & de Freitas, M. H. (1995). Experimentally gained parameters, decisive for rock fall analysis. Rock Mechanics and Rock Engineering, 28(2), 111–124. https://doi.org/10.1007/BF01020064

Barton, N., & Choubey, V. (1977). The shear strength of rock joints in Theory and Practice. Rock Mechanics, 10.

Barton, N., & Grimstad, E. (2014). Forty Years With the Q-System in Norway and Abroad. Fjellsprengningsteknikk Bergmekanikk/Geoteknikk, (1970), 4.1-4.25.

Bieniawski. (1973). Short on the RMR (Rock Mass Rating) system, 1–3.

Bolkas, D., Vazaios, I., Peidou, A., & Vlachopoulos, N. (2018). Detection of Rock Discontinuity Traces Using Terrestrial LiDAR Data and Space-Frequency Transforms. Geotechnical and Geological Engineering, 36(3), 1745–1765. https://doi.org/10.1007/s10706-017-0430-6

Cai, M., Kaiser, P. K., Uno, H., Tasaka, Y., & Minami, M. (2004). Estimation of rock mass deformation modulus and strength of jointed hard rock masses using the GSI system. International Journal of Rock

Mechanics and Mining Sciences, 41(1), 3–19. https://doi.org/10.1016/S1365-1609(03)00025-X

Casale, R., Fytikas, M., Sigvaldasson, G., & Vougioukalakis, G. (1998). European Commission Volcanic risk The European laboratory volcanoes Proceedings o / the second workshop 1998.

Dominey-Howes, D., & Minos-Minopoulos, D. (2004). Perceptions of hazard and risk on Santorini. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 137(4), 285–310. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2004.06.002

Druitt, T. H., & Francaviglia, V. (1992). Caldera formation on Santorini and the physiography of the islands in the late Bronze Age. Bulletin of Volcanology, 54(6), 484–493. https://doi.org/10.1007/BF00301394

Fell, R., Corominas, J., Bonnard, C., Cascini, L., Leroi, E., & Savage, W. Z. (2008). Guidelines for landslide susceptibility, hazard and risk zoning for land-use planning. Engineering Geology, 102(3–4), 99–111. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2008.03.014

Gertisser, R., Preece, K., & Keller, J. (2009). The Plinian Lower Pumice 2 eruption, Santorini, Greece: Magma evolution and volatile behaviour. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 186(3–4), 387–406. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2009.07.015

Hoek, E. (2006). Analysis of rockfall hazards. Rock Engineering, (1989), 1–25.

Hoek, E., Carter, T. G., & Diederichs, M. S. (2013). Quantification of the Geological Strength Index Chart. 47th US Rock Mechanics / Geomechanics Symposium Held in San Francisco, CA, USA June 23-26, 2013, 9.

Huchon, P., Lybéris, N., Angelier, J., Le Pichon, X., & Renard, V. (1982). Tectonics of the hellenic trench: A synthesis of sea-beam and submersible observations. Tectonophysics, 86(1–3). https://doi.org/10.1016/0040-1951(82)90062-2

Hungr, O., Leroueil, S., & Picarelli, L. (2014). The Varnes classification of landslide types, an update. Landslides, 11(2), 167–194. https://doi.org/10.1007/s10346-013-0436-y

Kilias, S. P., Nomikou, P., Papanikolaou, D., Polymenakou, P. N., Godelitsas, A., Argyraki, A., … Scoullos, M. (2013). New insights into hydrothermal vent processes in the unique shallow-submarine arc-volcano,

Kolumbo (Santorini), Greece. Scientific Reports, 3, 1–13. https://doi.org/10.1038/srep02421

Lato, M., Diederichs, M. S., Hutchinson, D. J., & Harrap, R. (2009). Optimization of LiDAR scanning and processing for automated structural evaluation of discontinuities in rockmasses. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 46(1), 194–199. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2008.04.007

Lato, M. J. (2010). GEOTECHNICAL APPLICATIONS OF LIDAR PERTAINING TO GEOMECHANICAL EVALUATION AND HAZARD by.

Lato, M. J., Diederichs, M. S., & Hutchinson, D. J. (2010). Bias correction for view-limited lidar scanning of rock outcrops for structural characterization. Rock Mechanics and Rock Engineering, 43(5), 615–625. https://doi.org/10.1007/s00603-010-0086-5

Lato, M. J., Harrap, R., Hutchinson, J., Diederichs, M., & Martin, D. (n.d.). Assessing Geometry of Rock Masses using Static and Mobile LiDAR Scanning. Network.

Marinos, V., Marinos, P., & Hoek, E. (2005). The geological strength index: Applications and limitations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 64(1), 55–65. https://doi.org/10.1007/s10064-004-0270-5

Marsellos, A. E., Foster, D. A., Min, K., Kidd, W. S. F., Garver, J., & Kyriakopoulos, K. (2013). AN APPLICATION OF GIS ANALYSIS ON STRUCTURAL DATA FROM METAMORPHIC ROCKS IN SANTORINI ISLAND, XLVII(3), 1479–1488.

Mccoy, F. (1984). Aegean , Sea _ C , 89(4), 8441–8462.

Papazachos, B. C., Dimitriadis, S. T., Panagiotopoulos, D. G., Papazachos, C. B., & Papadimitriou, E. E. (2005). Deep structure and active tectonics of the southern Aegean volcanic arc. Developments in

Volcanology, 7(C), 47–64. https://doi.org/10.1016/S1871-644X(05)80032-4

Parks, M. M., Moore, J. D. P., Papanikolaou, X., Biggs, J., Mather, T. A., Pyle, D. M., … Nomikou, P. (2015). From quiescence to unrest: 20 years of satellite geodetic measurements at Santorini volcano, Greece. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 120(2), 1309–1328. https://doi.org/10.1002/2014JB011540

Perazzelli, P., Rotonda, T., & Graziani, A. (2009). Stability analysis of an active marble quarry by DEM modeling. Proceedings of the International Conference on Rock Joints and Jointed Rock Masses, 1035. https://doi.org/10.3929/ETHZ-A-010816773

Perissoratis, C. (1995). The Santorini volcanic complex and its relation to the stratigraphy and structure of the Aegean arc, Greece. Marine Geology, 128(1–2). https://doi.org/10.1016/0025-3227(95)00090-L

Reichenbach, P., Rossi, M., Malamud, B. D., Mihir, M., & Guzzetti, F. (2018). A review of statistically-based landslide susceptibility models. Earth-Science Reviews, 180(November 2017), 60–91. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2018.03.001

Riquelme, A. J., Abellán, A., & Tomás, R. (2015). Discontinuity spacing analysis in rock masses using 3D point clouds. Engineering Geology, 195, 185–195. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2015.06.009

Riquelme, A. J., Abellán, A., Tomás, R., & Jaboyedoff, M. (2014). A new approach for semi-automatic rock mass joints recognition from 3D point clouds. Computers and Geosciences, 68, 38–52. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2014.03.014

Ritchie, A. M. (1963). Evaluation of rockfall and its control. Highway Research Record, 17(17), 13–28.

Slob, S., Turner, A. k., Bruining, J., & Hack, H. R. G. K. (2010). Automated rock mass characterisation using 3-D terrestrial laser scanning. https://doi.org/0166077

Sturzenegger, M., & Stead, D. (2009). Close-range terrestrial digital photogrammetry and terrestrial laser scanning for discontinuity characterization on rock cuts. Engineering Geology, 106(3–4), 163–182. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2009.03.004

Varnes, D. J. (1978). Slope Movement Types and Processes. Transportation Research Board Special Report, (176), 11–33. https://doi.org/In Special report 176: Landslides: Analysis and Control, Transportation Research Board, Washington, D.C.

Vazaios, I., Vlachopoulos, N., Lato, M. J., & Diederichs, M. S. (2014). LiDAR as input for Discrete Fracture Networks : A comparison of automated manual joint mapping using scanned surface models . Geo Regina, (September).

Ελληνική βιβλιογραφία

Μουντράκης, Δ.Μ. (2010) ‘Γεωλογία και γεωτεκτονική εξέλιξη της Ελλάδας’, Θεσσαλονίκη: UNIVERSITY STUDIO PRESS

Εισερχόμενη Αναφορά

Δεν υπάρχουν προς το παρόν εισερχόμενες αναφορές.