[發(fā)明專利]一種節(jié)理三維形貌表征方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810113931.0
• 申請(qǐng)日: 2018-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN108344385B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯迪;鄧會(huì)凱;李莎莎;熊杰;付國(guó)棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院
• 主分類號(hào): G01B11/30
• 分類號(hào): G01B11/30;G01B11/28;G01B11/24;G01N33/24;G01N15/08
• 代理公司: 貴陽中新專利商標(biāo)事務(wù)所 52100
• 代理人: 劉楠;李余江

本發(fā)明公開了節(jié)理三維形貌表征方法，該方法是以表觀表面積率作為三維形貌表征的唯一核心形貌表征參數(shù)，充分考慮了受力、滲流方向的影響，針對(duì)同一節(jié)理面不同的方向得到不同的粗糙度大小，簡(jiǎn)單明了，便于工程應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石節(jié)理形貌表征方法，尤其是涉及一種能夠用于巖石節(jié)理抗剪強(qiáng)度及滲透特性評(píng)估的三維節(jié)理面粗糙度表征方法。

技術(shù)背景

近年來，隨著水利水電、核廢料儲(chǔ)藏、石油礦山開采等大型工程的建設(shè)，工程巖體所處的地質(zhì)環(huán)境越來越復(fù)雜。巖石節(jié)理抗剪強(qiáng)度及其滲透特性作為對(duì)巖體工程穩(wěn)定性有著重要影響的因素越來越受到研究人員的重視，巖體中地應(yīng)力與地下水的相互作用往往直接決定著工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全。

由于節(jié)理形貌對(duì)于節(jié)理抗剪強(qiáng)度、滲透特性的重要性，該方面的研究隨著形貌表征方法的進(jìn)步而不斷發(fā)展。早年的研究成果大多是基于節(jié)理剖面的二維方法，主要分為三類：經(jīng)驗(yàn)參數(shù)方法、統(tǒng)計(jì)參數(shù)方法及分形參數(shù)方法。其中，統(tǒng)計(jì)參數(shù)物理意義明確，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)參數(shù)表征節(jié)理粗糙度有利于節(jié)理本構(gòu)的提出；經(jīng)驗(yàn)參數(shù)更利于工程應(yīng)用，節(jié)理粗糙度表征參數(shù)JRC是目前應(yīng)用最廣泛的節(jié)理粗糙度表征方法，并被國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)推薦使用。隨著時(shí)代的發(fā)展，三維激光掃描儀的出現(xiàn)為研究者開展三維節(jié)理表面粗糙度表征提供了有力的測(cè)量工具，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過對(duì)二維統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行拓展展開了三維統(tǒng)計(jì)參數(shù)的研究。

然而，1，基于節(jié)理剖面的二維方法從二維參數(shù)出發(fā)描述節(jié)理粗糙度，低估了節(jié)理粗糙程度，與節(jié)理真實(shí)粗糙度有較大偏差，因此，會(huì)低估節(jié)理抗剪強(qiáng)度及滲透特性。2，目前的三維形貌表征方法大多是基于二維統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行的擴(kuò)展，大多需要多個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)節(jié)理面粗糙程度進(jìn)行表征，不利于工程應(yīng)用。3目前的節(jié)理形貌表征方法無法體現(xiàn)節(jié)理面的各向異性，因此，無法應(yīng)用到考慮剪切方向及滲流方向的工程應(yīng)用中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種巖石節(jié)理三維形貌表征方法，提供一種基于三維激光掃描技術(shù)的三維形貌表征參數(shù)，即表觀表面積率。

本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有形貌表征方法中表征參數(shù)多且片面，難以進(jìn)行工程應(yīng)用的技術(shù)問題。提供一種基于一個(gè)核心形貌表征參數(shù)即表觀表面積率的三維形貌表征方法，表征方法簡(jiǎn)單明了，表征參數(shù)易于獲得，有利于工程應(yīng)用。

本發(fā)明再有一目的是解決現(xiàn)有形貌表征方法無法反應(yīng)節(jié)理各向異性的技術(shù)問題；提供一種能夠反應(yīng)節(jié)理面各向異性，能夠考慮工程中節(jié)理受力方向、節(jié)理中滲流方向的節(jié)理三維形貌表征方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

采用三維激光掃描儀對(duì)巖石節(jié)理進(jìn)行三維點(diǎn)云重構(gòu)，三維激光掃描儀自定義一個(gè)“大地坐標(biāo)系”，即包含X、Y方向以及一個(gè)高程基準(zhǔn)面H(該基準(zhǔn)面初始高程h0小于或等于節(jié)理點(diǎn)最小高程值hmin)。從而生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，具有在該“大地坐標(biāo)系”下的三維坐標(biāo)(X,Y,H)。

節(jié)理三維點(diǎn)云中，選擇高程最大值點(diǎn)A1，其坐標(biāo)值為(x,y,hmax)。將節(jié)理面受力(滲流)方向線定義為K1，受力(滲流)方向面定義為M1。

由高程最大值點(diǎn)A1向受力方向面M1作一條法線S1，從而得到無數(shù)個(gè)與受力方向面垂直的基于S1的法面MSi；每個(gè)法面MSi與方向面的交線為MJi，最終得到一條與節(jié)理受力方向線K1空間垂直的MJ1，從而得到通過MJ1且與K1垂直的法面MS1。

將法面MS1與受力方向面M1作為二維平面的X,Y坐標(biāo)系的Xm,Ym，所有點(diǎn)云在該坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(Xmi,Ymi)，定義受力方向?yàn)檎担芰Ψ较蚍捶较驗(yàn)樨?fù)值。