[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

本發明公開了一種基于三維形態描述的節理面粗糙度計算方法，首先對節理面進行網格劃分，對網格點高程進行掃描，得到巖石節理面上網格點的高程數據，接著基于每一點與周圍點的高程大小及空間位置關系，分析判斷其節理面三維形態特征，然后對節理面上網格點的三維形態采取不同的方法進行描述，并獲得其特征高程，最終通過網格點的特征高程計算得到整個節理面的粗糙度統計值。本發明綜合考慮了節理面三維形態特征，通過采用不同的描述方法，以區別不同的三維形態特征對節理面粗糙度的影響程度，得到的節理面粗糙度計算結果更準確、更接近真實情況。

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，尤其一種基于三維形態描述的節理面粗糙度計算方法。

背景技術

在巖土工程中，巖石的節理面粗糙程度是一項很重要的參數，會影響巖體的摩擦角、膨脹和峰剪應力，在工程應用中，對巖石節理面粗糙程度進行準確的估計至關重要。現有的節理面粗糙度計算方法，存在以下不足：①現有方法往往先進行每一條線上的粗糙度計算，再進行整體計算，由平面曲線的粗糙度簡單擴展到三維節理面，缺乏理論支持，描述結果不準確；②沒有考慮節理不同三維形態對粗糙度的影響程度，其往往擴大了小凸起、緩起伏等對粗糙程度的影響，而實際上粗糙程度主要是由大凸起、陡起伏決定的。因此，傳統的方法計算結果較真實情況誤差較大，實用性低。

因此，需要采用一種新的節理面計算方法，基于三維節理面直接計算，并且考慮不同起伏形態對于粗糙程度的影響，降低小凸起、緩起伏造成的誤差，突出大凸起陡起伏的作用，達到更準確的粗糙度計算結果。

發明內容

本發明為了解決上述現有技術中節理面描述的不足，提供了一種基于三維形態描述的節理面粗糙度計算方法。該方法基于三維節理面直接計算，考慮不同三維形態對于粗糙程度的影響，能夠突出較大較陡起伏形態的影響，并剔除小凸起、緩起伏等形狀造成的誤差，達到更準確的粗糙度計算結果。

為實現上述模板，本發明具體技術方案如下：

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：

步驟一、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(d建議取2mm，d的取值影響結果精確程度)，覆蓋在巖石節理面上，如圖1所示，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)；

步驟二、對每一網格點(節理面邊緣網格點除外)進行節理面形狀分析，中心的測點稱其為中央測點，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)，統計周圍四點高程中滿足h-h_k0以及|h_k-h|＞Δ_c的個數，分別記為p和q，其中Δ_c為臨界高差，推薦取值為Δ_c＝d/10。當中央測點與某一周邊測點出現h-h_k＝0的情況時，中央測點與該周邊測點的關系主要表現為|h_k-h|＜Δ_c，而中央測點與該周邊測點的高度差距不是很重要，此時為了接下來分類中施行方便在計算時令h-h_k取：

其中為經驗系數，建議取10，從而使中央測點與該周邊測點的高差滿足|h_k-h|＜Δ_c，并且比其它三點高差的絕對值都小。接下來，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，具體分類方法如下：

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。