[發(fā)明專利]基于三維激光掃描的開挖巖體表面卸荷損傷評價方法

有效

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• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111289524B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設計）人: 劉明生;蔣楠;周家文;莊海龍;李海波;周強;范維;葉勁松;馬國師;邵海峰;趙亞波
• 申請（專利權）人: 四川大學;中國水利水電第七工程局有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明公開了一種基于三維激光掃描的開挖巖體表面卸荷損傷評價方法，包括如下步驟：1)利用三維激光掃描成像技術對巖體進行掃描，并建立三維模型，2)按照曲率提取三維模型中的波谷特征線，3)統(tǒng)計對應波谷特征線的總長度，利用卸荷完整度公式計算巖體卸荷損傷狀態(tài)；本發(fā)明采用三維激光掃描技術，能在短時間內對卸荷損傷部位(主要是卸荷裂隙)進行準確定位與統(tǒng)計，進而評價巖體卸荷損傷狀況，同時本發(fā)明還提高了巖體卸荷損傷檢測的速度與精度，有效避免人工識別巖體卸荷損傷方法存在的耗時耗力且效果差的問題。

技術領域

本發(fā)明屬于巖體質量評價技術領域，具體涉及一種基于三維激光掃描的開挖巖體表面卸荷損傷評價方法。

背景技術

“損傷”泛指材料內部的一種劣化因素，與所涉及的材料與工作環(huán)境密切相關，巖石材料本身就是一種天然損傷材料。巖體是巖石材料的集合體，并且由于巖體材料是一種經歷了漫長成巖歷史，并賦存與一定定地質環(huán)境中的地質體，他不可能是完整的各向同性體，內部總是存在著各種缺陷，如節(jié)理、裂隙、甚至斷層等。巖體的穩(wěn)定性對于這種缺陷是比較敏感的。工程地質學家認為，巖體的穩(wěn)定性很大程度上取決于其內部的節(jié)理、裂隙與斷層。巖體的力學性質在一定程度上受結構面所控制，巖體破壞實質上是結構面相互擴展的過程，可以說巖體裂隙擴展及巖橋斷裂機制研究，是研究巖體失穩(wěn)破壞的關鍵問題。巖體工程的失穩(wěn)基本上是結構面擴展及巖橋的斷裂過程，主要是巖體結構及結構面的受力狀態(tài)的研究。

巖石(體)內部結構面的存在即是巖體損傷現象的細觀表現。對于巖體斷裂損傷機制研究，主要集中在研究對巖體從微裂紋萌生、擴展、演化到宏觀裂紋的形成，斷裂、破壞全過程進行研究，把巖體中的微裂紋和微孔洞作為巖體的一種初始損傷，把裂隙張開、閉合、滑移、擴展與貫通的過程看作是損傷的演化過程，進而影響到裂隙巖體的穩(wěn)定性。

在巖質開挖工程，如高邊坡、深基坑等，巖體的卸荷損傷伴隨在整個開挖過程中。由于開挖后應力釋放，邊坡巖體向臨空面方向發(fā)生卸荷回彈變形，邊坡應力場重新調整。伴隨著這一過程在邊坡淺部一定深度范圍內巖體裂隙進一步擴展，表現為巖體力學性能的劣化，導致原有結構面的進一步錯動或者新的表生破裂的形成，開挖卸荷導致的邊坡巖體損傷對邊坡工程性狀有很大影響，大量的巖體卸荷會造成邊坡局部或整體失穩(wěn)，進而形成嚴重的安全事故。

目前，隨著工程開挖面積增大，巖體卸荷部位急劇增多，通過人工識別巖體卸荷損傷已無法滿足工程進度需求。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種基于三維激光掃描的開挖巖體表面卸荷損傷評價方法，以解決人工對卸荷損傷(主要為卸荷裂隙)進行統(tǒng)計與分析，存在耗時耗力且效果差的問題。

為了解決相關技術問題，本發(fā)明通過下述技術方案實現：基于三維激光掃描的開挖巖體表面卸荷損傷評價方法，包括如下步驟：

S1：利用三維激光掃描成像技術對巖體進行掃描，并建立三維模型；

S2：按照曲率提取三維模型中的波谷特征線；

S3：統(tǒng)計對應波谷特征線的總長度，利用卸荷完整度公式：計算巖體卸荷損傷狀態(tài)；

其中，I_U為卸荷損傷度，其范圍為0-1，表示卸荷破壞后巖體的損傷程度，I_U＝0表示巖體無卸荷破壞，I_U＝1表示巖體已完全發(fā)生卸荷破壞，卸荷損傷度從側面反應巖體受損傷后強度的降低程度；L_U為卸荷裂隙長度，卸荷裂隙長度隨卸荷破壞過程增加，可通過統(tǒng)計卸荷裂隙線總長度獲得；L為巖體完全發(fā)生卸荷破壞時的卸荷裂隙線總長，其值可綜合巖體結構面與已有卸荷裂隙的的發(fā)育狀況綜合判斷。

在本發(fā)明的較佳實施例中，在所述步驟S1包括如下子步驟：

S11：利用三維激光掃描儀對開挖巖體進行多次掃描，以收集開挖面的點云數據；

S12：對收集的點云數據進行預處理，以提高點云數據整體精度；