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基于三角面積比法度量巖體結(jié)構(gòu)面三維粗糙度的方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于三角面積比法度量巖體結(jié)構(gòu)面三維粗糙度的方法，屬于土木工程中巖土【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明應(yīng)用數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)面的采集，通過結(jié)構(gòu)面出露部分的表面形態(tài)來反映整個結(jié)構(gòu)面的三維空間形態(tài)，通過最小二乘法對結(jié)構(gòu)面進(jìn)行平面擬合，計算結(jié)構(gòu)面三角網(wǎng)格的總面積與平面面積之比，反應(yīng)了擬合結(jié)構(gòu)面的平整程度；本發(fā)明充分利用了攝影測量法可以快速準(zhǔn)確的測量結(jié)構(gòu)面三維數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用Delaunay三角剖分方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)面表面的重建，實(shí)現(xiàn)通過三維三角網(wǎng)格來反映結(jié)構(gòu)面的表面形態(tài)；在結(jié)構(gòu)面表面三維重建的基礎(chǔ)上，提出了比表面積法，通過結(jié)構(gòu)面的網(wǎng)格面積與擬合面積之間的比值來反映粗糙度大小。
【專利說明】基于三角面積比法度量巖體結(jié)構(gòu)面三維粗糙度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程中巖土【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于三角面積比法度量巖體結(jié)構(gòu)面三維粗糙度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖體是由巖塊和分離切割巖塊的結(jié)構(gòu)面組成的巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)面具有大小不一、產(chǎn)狀不同、形態(tài)各異等特點(diǎn)，因而巖體呈現(xiàn)出不連續(xù)、非均質(zhì)及各向異性等力學(xué)性質(zhì)。大量的工程實(shí)踐可以表明在隧道洞室開挖過程中，結(jié)構(gòu)面的幾何和物理特性對巖體的變形和破壞起著關(guān)鍵性的控制作用，對工程巖體的穩(wěn)定性有重要影響。
[0003]巖體結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)由宏觀幾何輪廓、表面形態(tài)和微觀粗糙度三個要素組成，其中對結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)起決定性影響的是表面起伏形態(tài)。粗糙度是結(jié)構(gòu)面起伏特征的定量描述，因此，通過結(jié)構(gòu)面粗糙度來量化巖體結(jié)構(gòu)表面。
[0004]目前方法存在的不足:
[0005](I)粗糙度的參數(shù)統(tǒng)計和幾何分形維數(shù)研究是建立在結(jié)構(gòu)面二維剖面基礎(chǔ)上提出的，在理論上存在一定程度的局限性，而且不同的研究者得到的結(jié)果差異較大，說明在二維面上進(jìn)行粗糙度研究不能真實(shí)反映結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)。
[0006](2)在三維結(jié)構(gòu)面粗糙度的評價方面，研究理論較少，已有的研究結(jié)果還不能在工程中得到應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種基于三角面積比法度量巖體結(jié)構(gòu)面三維粗糙度的方法，以達(dá)到通過三維三角網(wǎng)格快速準(zhǔn)確的測量結(jié)構(gòu)面三維數(shù)據(jù)的目的。
[0008]一種基于三角面積比法度量巖體結(jié)構(gòu)面三維粗糙度的方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1、根據(jù)實(shí)際需求在被測巖體裸露面前放置一個范圍桿，采用攝相機(jī)在范圍桿的一側(cè)拍攝一張完整的巖體裸露面圖片，在范圍桿的另一側(cè)拍攝另一張完整的巖體裸露面圖片，并確定范圍桿上圓盤與下圓盤之間的距離；
[0010]步驟2、采用羅盤測量被測巖體裸露面中延展范圍大的結(jié)構(gòu)面的傾向；
[0011]步驟3、采用三角面積比法獲得被測巖體結(jié)構(gòu)面的平面面積和表面積，具體如下:
[0012]步驟3-1、根據(jù)拍攝獲得的兩張巖體圖片、范圍桿上圓盤與下圓盤之間的距離和被測巖體裸露面中延展范圍大的結(jié)構(gòu)面的傾向，建立被測巖體的三維模擬模型；
[0013]步驟3-2、選定被測巖體的三維模擬模型的所有結(jié)構(gòu)面，并確定所選結(jié)構(gòu)面的邊界點(diǎn)坐標(biāo)和結(jié)構(gòu)面出露部分與未出露部分交界點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0014]步驟3-3、采用最小二乘法線性回歸方法對被測巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行擬合，公式如下:
[0015]Z=AX+BY+C (I)
[0016]其中，Z表示結(jié)構(gòu)面豎向坐標(biāo)；X表示結(jié)構(gòu)面水平橫向坐標(biāo)；Y表示結(jié)構(gòu)面水平縱向坐標(biāo)'K、B和C表示方程系數(shù)；[0017]步驟3-4、將所選的一個結(jié)構(gòu)面的邊界點(diǎn)坐標(biāo)和交界點(diǎn)坐標(biāo)代入步驟3-3擬合的公式中，獲得公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于三角面積比法度量巖體結(jié)構(gòu)面三維粗糙度的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、根據(jù)實(shí)際需求在被測巖體裸露面前放置一個范圍桿，采用攝相機(jī)在范圍桿的一側(cè)拍攝一張完整的巖體裸露面圖片，在范圍桿的另一側(cè)拍攝另一張完整的巖體裸露面圖片，并確定范圍桿上圓盤與下圓盤之間的距離； 步驟2、采用羅盤測量被測巖體裸露面中延展范圍大的結(jié)構(gòu)面的傾向； 步驟3、采用三角面積比法獲得被測巖體結(jié)構(gòu)面的平面面積和表面積，具體如下: 步驟3-1、根據(jù)拍攝獲得的兩張巖體圖片、范圍桿上圓盤與下圓盤之間的距離和被測巖體裸露面中延展范圍大的結(jié)構(gòu)面的傾向，建立被測巖體的三維模擬模型； 步驟3-2、選定被測巖體的三維模擬模型的所有結(jié)構(gòu)面，并確定所選結(jié)構(gòu)面的邊界點(diǎn)的坐標(biāo)和結(jié)構(gòu)面出露部分與未出露部分交界點(diǎn)的坐標(biāo)； 步驟3-3、采用最小二乘法線性回歸方法對被測巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行擬合，公式如下: Z=AX+BY+C (I) 其中，Z表示結(jié)構(gòu)面豎向坐標(biāo)；X表示結(jié)構(gòu)面水平橫向坐標(biāo)；Y表示結(jié)構(gòu)面水平縱向坐標(biāo)；A、B和C表方程系數(shù)； 步驟3-4、將所選的一個結(jié)構(gòu)面的邊界點(diǎn)坐標(biāo)和交界點(diǎn)坐標(biāo)代入步驟3-3擬合的公式中， 獲得公式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三角面積比法度量巖體結(jié)構(gòu)面三維粗糙度的方法，其特征在于，步驟3-6所述的根據(jù)克萊姆法則獲得擬合公式的系數(shù)，公式如下:
【文檔編號】G01B11/30GK103759677SQ201410040875
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】王述紅, 朱萬成, 楊天鴻, 趙文, 馮志平, 王存根 申請人:東北大學(xué)