[發明專利]一種基于三維形態描述的節理面粗糙度計算方法

有效

• 申請號: 201910166258.1
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109948205B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 張琦
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20;G06T17/05
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉倩

1.一種基于三維形態描述的節理面粗糙度計算方法，其具體步驟包括：

(1)在巖石節理面上建立x-y坐標軸，基于x-y坐標軸，建立間距為d的網格，覆蓋在巖石節理面上，掃描各網格點相對某一確定水平面的高程，并將高程數據與點的水平位置一一對應，得到節理面高程函數h(x,y)，通過高程函數得到每個點的高程h；

(2)除節理面邊緣點，對每個網格點進行分類，考慮每個測點與其緊鄰的四個測點，中心的測點稱為中央測點，與中心測點距離最近的四個測點為周圍測點，中心測點高程記為h，其距離最近的周圍四點，順時針標記為1、2、3、4，該四點高程記為h_k，k＝1、2、3、4，按照順時針順序編號，根據中央測點與周圍測點的高程大小關系，將其劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四種節理面形狀；

(3)除節理面邊緣點，對其余每個網格點，根據該點處的節理形狀類型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ確定其特征高差Δh_i；

(4)對上述網格點，通過下式得到該點的粗糙度統計值z_i(x,y)：

其中Δh_i為該點的特征高差，i為測點編號，對于m行l列網格，i∈[1，(m-2)·(l-2)]；Δs為測點與周圍四點的水平距離；.

(5)根據以下公式得到整個節理面的粗糙度統計值Z：

其中n為節理面上網格點個數；

所述步驟(2)中通過分析測點與周圍四點的高度關系確定節理面形狀類型，對于不同的節理面形狀類型采用不同的計算方法，從而考慮節理面形狀對粗糙度的影響，所述節理面形狀具體分類方法如下：

首先計算周圍四點高程是否滿足h-h_k0，記滿足該式的點的個數為p，然后計算周圍四點高程是否滿足|h_k-h|＞Δ_c，記滿足該式的點的個數為q，其中Δc為臨界高差，取值為Δc＝d/10，當出現h＝h_k的情況時，令h-h_k取其中為經驗系數，為10，然后按以下方法判斷形狀類型：

Ⅰ類形狀：

周圍四點的高程均大于或小于中心測點高程，且滿足：

q≥3,

p＝4或p＝0；

Ⅱ類形狀，滿足以下任意一個條件即可：

①周圍點中，兩個對角點高程大于中心點，另外兩個對角點高程小于中心點，且滿足：

q≥2，

p＝2，

(h-h₁)(h-h₃)0；

②周圍四點的高程均大于或小于中心測點高程，且滿足：

q＝2,

p＝4或p＝0；

Ⅲ類形狀，滿足以下任意一個條件即可：

①?q＝1；

②周圍點中，僅有一個周圍點高于中央測點或僅有一個周圍點低于中央測點，且滿足：

p＝3或p＝1，

q≥3或或

Ⅳ類形狀，滿足以下任意一個條件即可：

①?q＝0；

②相鄰兩個周邊點低于中央測點，另外兩個周邊點高于中央測點，且滿足：

q≥2,p＝2

(h-h₁)(h-h₃)0

③僅有一個周圍點高于中央測點或僅有一個周圍點低于中央測點，且滿足：

q＝2，

p＝3或p＝1，

或所述步驟(3)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四種節理面形狀確定特征高差Δh_i的具體方法如下：

Ⅰ類形狀：取中央測點與周圍測點高差絕對值的最大值，即：

Ⅱ類形狀：分別計算中央測點與兩組對角測點高差絕對值的平均值，取兩個平均值中的最大值，即：

Ⅲ類形狀：若q＝1時，類似Ⅱ類形狀取：

其他情況下取同高于或同低于中央測點的一組對角測點高差絕對值的平均值，即：

若(h-h₁)(h-h₃)0，則

若(h-h₁)(h-h₃)0，則

Ⅳ類形狀：相鄰兩個周邊點低于中央測點，另外兩個周邊點高于中央測點，且滿足：q≥2,p＝2且(h-h₁)(h-h₃)0時，類似Ⅱ類形狀取：

其他情況下取中央測點與周圍測點高差絕對值的最小值，即：