[發(fā)明專利]一種巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型自動繪制和剖切系統(tǒng)

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• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN114088013A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡高建
• 申請（專利權(quán)）人: 紹興文理學(xué)院
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06T17/00;G06V10/762;G06V10/764;G06K9/62
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一種巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型自動繪制和剖切系統(tǒng)，屬于巖體表征技術(shù)領(lǐng)域，其步驟包括：(1)結(jié)構(gòu)面極點圖和產(chǎn)狀玫瑰花圖自動繪制系統(tǒng)；(2)巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型自動生成和剖切系統(tǒng)。本發(fā)明基于近鄰傳播算法編程研發(fā)結(jié)構(gòu)面極點圖和產(chǎn)狀玫瑰花圖自動繪制系統(tǒng)，基于蒙特卡洛方法編程研發(fā)巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型自動生成和剖切系統(tǒng)，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)面極點圖、產(chǎn)狀玫瑰花圖、三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型和二維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型的自動繪制。本發(fā)明方法手段自動，工程應(yīng)用便捷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型自動繪制和剖切系統(tǒng)，特別的是本發(fā)明基于近鄰傳播算法編程研發(fā)結(jié)構(gòu)面極點圖和產(chǎn)狀玫瑰花圖自動繪制系統(tǒng)，基于蒙特卡洛方法編程研發(fā)巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型自動生成和剖切系統(tǒng)，將結(jié)構(gòu)面極點圖和產(chǎn)狀玫瑰花圖自動繪制、巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)自動生成和軟件編程研發(fā)相結(jié)合，提供了一種巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型自動繪制和剖切系統(tǒng)，屬于巖體表征技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

巖體中廣泛發(fā)育著結(jié)構(gòu)面，破壞了巖體的連續(xù)性、完整性，在很大程度上影響、控制著巖體的穩(wěn)定性。在漫長的地質(zhì)歷史演變過程中，巖體經(jīng)歷了不同大小、不同方向的多期構(gòu)造應(yīng)力場作用，加上巖體本身的非均質(zhì)性，導(dǎo)致了巖體節(jié)理分布的隨機(jī)性、形態(tài)多樣性、分布的不均勻性和空間組合的復(fù)雜性。對巖體結(jié)構(gòu)的研究及其性狀的描述一直是工程地質(zhì)和巖體力學(xué)領(lǐng)域的熱點和難點。

結(jié)構(gòu)面在巖體穩(wěn)定性中起著至關(guān)重要的作用。如在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中，結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀對穩(wěn)定性有著很大的影響，如巖體發(fā)育與邊坡相同方向，且傾角小于邊坡角的節(jié)理，就能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，如果它們發(fā)育程度在密集，那將大大削弱邊坡的穩(wěn)定性。因此如何快速、有效的對結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀進(jìn)行分析和描述，自動獲得區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀和分布特征等，一直以來是巖體工程界最關(guān)心和亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

目前國內(nèi)外常用的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀采集方法主要有測線法、精測線法、取樣窗法和鉆孔巖芯節(jié)理采集法。這些測量方法在施用時都面臨著野外工作量大，誤差大，效果不佳，不能滿足現(xiàn)代化施工的需求。而數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)作為一種全新的、快速、高效、準(zhǔn)確、全面地獲取隨機(jī)巖體結(jié)構(gòu)面信息的方法，在求解結(jié)構(gòu)面方位和規(guī)模信息方面顯得尤為先進(jìn)。其優(yōu)點是依據(jù)非接觸測量手段，提供基于三維空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)和實體模型的數(shù)字產(chǎn)品，創(chuàng)建實時的地質(zhì)信息交流和反饋環(huán)境，經(jīng)過軟件處理和運算，直接獲得巖體的結(jié)構(gòu)面信息數(shù)據(jù)，并建立所測范圍內(nèi)巖體表面的三維實體模型，直觀的反應(yīng)出巖體表面結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況以及塊體信息。因此，通過數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)的快速獲取。

常用的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計方法有結(jié)構(gòu)面玫瑰花圖和極點圖。結(jié)構(gòu)面玫瑰花圖是一種簡單、清晰、直觀的基礎(chǔ)地質(zhì)圖件，在表征構(gòu)造破裂面發(fā)育程度和優(yōu)勢方位方面應(yīng)用廣泛。其做法簡單，醒目，能比較清楚的反映出主要節(jié)理的方向，有助于分析區(qū)域構(gòu)造。在地質(zhì)分析時，一般常把節(jié)理玫瑰花圖，按測點位置標(biāo)繪在地質(zhì)圖上，以清楚反映不同構(gòu)造部位的節(jié)理、褶皺或斷層的關(guān)系，綜合分析出其局部應(yīng)力的狀況，大致確定主應(yīng)力軸的性質(zhì)和方向。其中，走向玫瑰花圖多應(yīng)用于節(jié)理產(chǎn)狀比較陡峻的情況，傾向和傾角玫瑰花圖多用于節(jié)理產(chǎn)狀變化比較大的情況。產(chǎn)狀玫瑰花圖的缺點是只依據(jù)產(chǎn)狀的分布進(jìn)行分組，當(dāng)同一產(chǎn)狀有多組結(jié)構(gòu)面時，產(chǎn)狀玫瑰花圖不能完全表示出來。

極點圖是將所測結(jié)構(gòu)面的極點投影到赤平投影圖上，它是一種利用平面上的點和線解析三維空間的線和面的一種圖解方法。并能通過旋轉(zhuǎn)變換，恢復(fù)構(gòu)造破壞前的節(jié)理、地層產(chǎn)狀，通過節(jié)理等密度線圖可以求出優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀。極點圖可以同時展現(xiàn)結(jié)構(gòu)面的傾向和傾角的分布，相較于玫瑰花圖的方法更科學(xué)和準(zhǔn)確一些。但是極點圖的圖解過程卻是相當(dāng)繁瑣。手工完成一張極點圖如等密線圖，需要經(jīng)過投點，密度統(tǒng)計、百分比換算、勾繪等直線等工序，即費時間又容易出錯。同時，極點圖還存在著分組結(jié)果主要依靠經(jīng)驗，在各組邊界不明顯的情況下，分組結(jié)果缺乏客觀性。因此統(tǒng)計分析方法和計算機(jī)處理程序逐漸成為極點圖繪制的重要方法手段。聚類分析是統(tǒng)計學(xué)上研究分類問題的一種方法，它的任務(wù)是把所有的樣本數(shù)據(jù)分配到若干的簇，使得同一簇的樣本數(shù)據(jù)聚集在簇中心的周圍，它們之間距離比較近，而不同簇樣本數(shù)據(jù)之間的距離比較遠(yuǎn)。聚類分析方法包括系統(tǒng)聚類法、有序樣品聚類法、動態(tài)聚類法、模糊聚類法等。其中，模糊等價聚類方法在處理結(jié)構(gòu)面上具有較好的優(yōu)勢。