[發(fā)明專利]一種巖石微缺陷三維重構(gòu)的方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011384411.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112525932A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志亮;李松玉;賈帥龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N23/046
• 分類(lèi)號(hào): G01N23/046;G01B11/24;G01N21/95
• 代理公司: 合肥市道爾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34169
• 代理人: 司賀華

本發(fā)明公開(kāi)一種巖石微缺陷三維重構(gòu)的方法，包括步驟：采用激光掃描儀對(duì)巖石試樣進(jìn)行全局掃描，獲得巖石外觀特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)；對(duì)外觀特征點(diǎn)進(jìn)行依次分層與編號(hào)，對(duì)應(yīng)確定每層的位置點(diǎn)和校驗(yàn)點(diǎn)，完成巖石試樣外觀三維結(jié)構(gòu)框架的搭建；根據(jù)位置點(diǎn)的不同，采用CT掃描儀對(duì)巖石試樣進(jìn)行按層掃描并排序，獲取巖石微缺陷圖像；根據(jù)各個(gè)分層的校驗(yàn)點(diǎn)，校驗(yàn)各個(gè)位置點(diǎn)的圖像分層順序；將校驗(yàn)后的巖石微缺陷圖像按分層掃描順序裝配到巖石試樣外觀三維結(jié)構(gòu)框架中，獲得巖石微缺陷重構(gòu)三維結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明解決單純CT掃描進(jìn)行巖石微缺陷三維重構(gòu)時(shí)表面微缺陷易被忽略、邊緣精度不足問(wèn)題，提供一種激光結(jié)合CT掃描的巖石微缺陷三維精確重構(gòu)方法及系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石微缺陷三維重構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種基于CT掃描和激光掃描技術(shù)的巖石微缺陷三維重構(gòu)的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

煤礦、隧道、地下水利結(jié)構(gòu)和核廢料儲(chǔ)存等一系列工程對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)和國(guó)防實(shí)力的提升等密切相關(guān)，隨著此類(lèi)工程不斷往地層深部建設(shè)，其對(duì)深部巖體穩(wěn)定性有著更高的要求。地下巖體中存在的孔隙、裂隙、節(jié)理、斷層等多尺度不連續(xù)結(jié)構(gòu)，巖石的物理力學(xué)性質(zhì)總是直接的或間接的被巖石中的孔隙、節(jié)理和裂隙影響著，同時(shí)其對(duì)巖體的物理力學(xué)行為具決定性或至關(guān)重要的作用，而地下巖體的各項(xiàng)性質(zhì)又在很大程度上影響著地下工程的建設(shè)和耐久性，因此需要對(duì)地下巖體失穩(wěn)破壞的機(jī)理進(jìn)行研究。

地下工程建設(shè)過(guò)程中，孔隙、節(jié)理及裂隙等多尺度不連續(xù)結(jié)構(gòu)的分布，會(huì)影響巖體的彈性模量與泊松比，進(jìn)而對(duì)施工過(guò)程中巖體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系產(chǎn)生影響，倘若其分布不均，則會(huì)使巖體產(chǎn)生不均勻變形，加之深部應(yīng)力的影響，極易使地下工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生失穩(wěn)破壞，所以掌握巖體內(nèi)部微缺陷的分布是探究巖體失穩(wěn)破壞機(jī)理的基礎(chǔ)。

現(xiàn)階段，獲得巖石內(nèi)部微缺陷的方法主要有切片組合法和CT掃描法，切片組合法能通過(guò)一系列的二維圖像組合得到巖石三維微缺陷，但是在試驗(yàn)的過(guò)程中試樣有損耗且不可重復(fù)；CT掃描作為一種無(wú)損檢測(cè)方法漸漸得到更多的應(yīng)用，不過(guò)其在三維重構(gòu)時(shí)邊緣精度不足，巖樣表面微缺陷被忽略，重構(gòu)模型實(shí)體化數(shù)值計(jì)算時(shí)，巖樣邊緣塑性區(qū)及最后巖樣破壞形式可能與實(shí)際有較大出入。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種巖石微缺陷三維重構(gòu)的方法及系統(tǒng)，用于解決單純CT掃描法進(jìn)行巖石微缺陷三維重構(gòu)時(shí)表面微缺陷易被忽略、邊緣精度不足和重構(gòu)后的三維模型不能與試樣內(nèi)部微缺陷一一對(duì)應(yīng)的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種激光掃描結(jié)合CT掃描的巖石微缺陷三維精確重構(gòu)的方法及系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

根據(jù)第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種巖石微缺陷三維重構(gòu)的方法，其包括以下步驟：

采用激光掃描儀對(duì)巖石試樣進(jìn)行全局掃描，獲得巖石外觀特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

對(duì)所述外觀特征點(diǎn)進(jìn)行依次分層與編號(hào)，對(duì)應(yīng)確定每層的位置點(diǎn)和校驗(yàn)點(diǎn)，完成巖石試樣外觀三維結(jié)構(gòu)框架的搭建；

根據(jù)分層位置點(diǎn)的不同，采用CT掃描儀對(duì)巖石試樣進(jìn)行按層掃描并排序，獲取巖石微缺陷圖像；

根據(jù)各個(gè)分層的校驗(yàn)點(diǎn)，校驗(yàn)各個(gè)位置點(diǎn)的圖像分層順序；

將校驗(yàn)后的巖石微缺陷圖像按分層掃描順序裝配到所述巖石試樣外觀三維結(jié)構(gòu)框架中，獲得巖石微缺陷重構(gòu)三維結(jié)構(gòu)圖。

優(yōu)選的是，采用激光掃描儀對(duì)巖石試樣進(jìn)行全局掃描前，還包括步驟：

在巖樣周?chē)鶆虿荚O(shè)球形標(biāo)靶；

其中，收集數(shù)據(jù)的相鄰測(cè)站之間至少設(shè)置3對(duì)交錯(cuò)分布的所述標(biāo)靶。

優(yōu)選的是，采用激光掃描儀對(duì)巖石試樣進(jìn)行全局掃描前，還包括步驟：

根據(jù)掃描精度需求，設(shè)置激光掃描儀的位置角度、分辨率、圖像采集方式、掃描時(shí)間以及全局無(wú)定向掃描模式。