[發明專利]求解圓盤和橢圓盤模擬自然出露裂隙面表征精度的方法

有效

• 申請號: 202010019426.7
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111191381B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 鄭俊;郭吉超;呂慶;王炯超;孫紅月
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T3/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及巖體離散裂隙網絡領域，具體涉及求解圓盤和橢圓盤模擬自然出露裂隙面表征精度的方法。包括以下步驟：(1)擬合新的裂隙平面；(2)獲取平面P的面積和中心點坐標；(3)構建坐標點生成區域U；(4)求解圓盤模擬裂隙平面P的表征精度；(5)求解橢圓盤模擬裂隙平面P的表征精度。本發明可以求解圓盤和橢圓盤模型模擬自然出露裂隙面的表征精度，并基于此選擇表征模型。

技術領域

本發明涉及巖體離散裂隙網絡領域，具體涉及一種定量估計圓盤和橢圓盤模型模擬 自然出露裂隙面表征精度的方法。

背景技術

巖體是由巖石和結構面組成的，結構面是指具有極低的或沒有抗拉強度的不連續面， 包括裂隙、節理、斷層等。結構面的形狀、大小、密度等幾何特征對巖體的變形、強度、滲透性等都有極其重要的影響。在自然界中，裂隙面都埋藏在巖體內，很難測得所有裂 隙的幾何特征，因此目前應用較為廣泛的方法是：通過沿采樣線的一維測量和二維的自 然露頭推測裂隙的三維特征，從而構建三維離散裂隙網絡模型。

構建三維裂隙網絡模型的首要步驟是假設裂隙面為一定的形狀，有圓形、類平行四 邊形、多邊形、類橢圓形等。為了計算的方便，圓盤模型得到了廣泛應用，然而存在巖 體內的裂隙并不都是等維的，且裂隙在形成不受限制時多數為橢圓形；受到限制或被截 斷時則為矩形或類平行四邊形。上述兩種情況均為理想狀態，而裂隙面的形成往往受到 多方面因素的影響，因此裂隙面的形態通常呈現不規則多邊形狀，那么圓盤型模擬裂隙 的適用性就會降低。而模擬裂隙面的形狀與真實巖體是否相似是決定巖體滲流、變形、 穩定的關鍵性因素之一。鑒于此，近幾年來又發展了橢圓盤模型，相比于圓盤型，橢圓 盤有較多的參數、尺寸估計也較為復雜。針對圓盤和橢圓盤模型的模擬效果及該如何選 擇的問題，需要探尋出一種求解圓盤和橢圓盤模型模擬裂隙面表征精度的方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種求解圓盤和橢圓盤 模擬自然出露裂隙面表征精度的方法。

為解決技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種求解圓盤和橢圓盤模擬自然出露裂隙面表征精度的方法，包括以下步驟：

(1)擬合新的裂隙平面

在實際巖體中，自然出露的裂隙面往往具有略微的彎曲度，一般予以忽略不計。因此在通過攝影測量等手段獲取的裂隙面頂點坐標的基礎上，利用最小二乘法擬合出新的裂隙平面P，并將平面的各頂點坐標寫入到矩陣H。

通過上述方法所求得的裂隙平面P為三維空間中的平面，為了計算的方便，可通過以下手段將三維平面二維化：①求解平面P的法向量(a,b,c)，然后根據式(1)和表(1)獲 得平面的傾向θ和傾角δ。需注意在使用此公式進行計算時，需保證平面法向量為向上 法向量，因此當c0時，該法向量應表示為(-a,-b,-c)。

表1 參數Q在各象限中的取值

②由式(1)求得的傾向和傾角為地質坐標系中的參數，在坐標變換之前需通過式(2) 將其轉換到直角坐標系中。坐標變換規則如下：第一步是把x軸和y軸繞著z軸正向逆時針旋轉α角度，第二步是沿著y軸正向將x軸和z軸逆時針旋轉β角度，則平面P的 新頂點坐標矩陣H’可通過式(3)求解，這樣所得的矩陣H’的第三列為同一數值，即完成 三維到二維的轉化。

β＝δ

H'＝H·M (3)

式中，M為坐標變換矩陣，可表示為

(2)求解平面P的面積和中心點坐標