CN104280013A - 基于测量坐标确定岩体结构面产状的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑工程基础设施设计建造技术领域，目的是为了解决在工程应用时经常遇到地质罗盘等工具不能实地直接量测地质结构面产状的问题。基于测量坐标确定岩体结构面产状的方法，包括以下步骤：a、选取岩体结构面上若干个出露点，测量出露点的三维坐标值，所述出露点至少为3个，且出露点不共线；b、按空间顺序依次对测量的出露点进行三点组合，形成多个平面；c、计算所有三点平面的法向、倾向及倾角；d、结合所有三点平面的法向、倾向及倾角确定结构面的产状。本发明适用于结构面产状的测量。

Description

基于测量坐标确定岩体结构面产状的方法

技术领域

本发明属于建筑工程基础设施设计建造技术领域，涉及结构面产状定性，尤其涉及一种基于坐标测量确定岩体结构面产状的方法。

背景技术

结构面产状是地质学的基础内容之一，一般应用地质罗盘等工具进行实地量测，但在实际应用时，经常碰到一些难以直接量测的情况，包括，受地表覆盖等影响，结构面露头零星,且露头点难以进行产状的准确量测，如宽大断层带等,或结构面出露于高陡岸坡等人迹难至的部位,无法对其进行产状实地量测。针对以上情况，实际调查时，往往只能依赖于地质人员的经验进行粗略估值，因此主观随意性较大，量测结果精确度差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在工程应用时经常遇到地质罗盘等工具不能实地直接量测地质结构面产状的问题。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于测量坐标确定岩体结构面产状的方法，包括以下步骤：

a、选取岩体结构面上若干个出露点，测量出露点的三维坐标值，所述出露点至少为3个，且出露点不共线；

b、按空间顺序依次对测量的出露点进行三点组合，形成多个平面；

c、计算所有三点平面的法向、倾向及倾角；

d、结合所有三点平面的法向、倾向及倾角确定结构面的产状。

具体地，步骤a中，所述出露点的个数为5至8个。

具体地，步骤b中对测量的出露点进行三点组合按照从左到右的顺序进行组合。

具体实施方式

为了解决现有技术中，针对部分岩体结构面难以直接量测的情况，往往只能依赖于地质人员的经验进行粗略估值，因此主观随意性较大，量测结果精确度的缺陷，本发明提供的一种基于坐标测量确定岩体结构面产状的方法。所述方法，包括以下步骤，

a、量测结构面出露点坐标。采用高精度全站仪等测量仪器对结构面出露点进行坐标量测，对人迹难至的部位，采用远距离激光测量，得到该结构面在地表出露的不少于3个不共线的测量坐标，以5点为例，记为D₁(X₁，Y₁，Z₁)、D₂(X₂，Y₂，Z₂)、D₃(X₃，Y₃，Z₃)、D₄(X₄，Y₄，Z₄)、D₅(X₅，Y₅，Z₅)；其中X宜为北方向，Y为东方向，Z为高程。

b、按空间顺序依次对坐标点进行3点组合。当坐标点数大于3个时，按空间位置及顺序，如从左到右或从南至北等，进行3点组合成面，则得到n-2个面，如前述5点为例，若测量点为顺序点，则组合成面D₁D₂D₃、D₂D₃D₄、D₃D₄D₅共三个面。

c、求取各单个三点成面的法向。以上述面D₁D₂D₃为例，设其法向量为P(a，b，c),其将与面D₁D₂D₃上任意两条边垂直，则利用数量积公式，OP·D₁D₃＝0，OP·D₁D₂＝0。其中：O为坐标原点，D₁D₂＝OD₂-OD₁＝(X₂-X₁，Y₂-Y₁，Z₂-Z₁)；D₁D₃＝OD₃-OD₁＝(X₃-X₁，Y₃-Y₁，Z₃-Z₁)，联立公式得：

$\left\{\begin{array}{c}(X2-X1)a+(Y2-Y1)b+(Z2-Z1)c=0\\ (X3-X1)a+(Y3-Y1)b+(Z3-Z1)c=0\end{array}\right.$

上述两个方程中三个未知数，此时，根据结构面倾向的规定分析，可假定c为任意一大于0的数，为计算方便，取1。解上述公即可得该面的一个法向量。

d、求取单个三点成面的倾向。结构面的倾向，即上述结构面法向在水平面的投影与北方向(X轴)顺时针夹角，即向量OP’(a，b，0)与X轴上任意向量的夹角，为方便计算取R(1,0,0)，则两向量夹角所求α角为0～180度范围值，而倾向为0～360范围，需判断选取，当b＞0时，倾向β＝α，当b＜0时，倾向β＝360-α。

e、求取单个三点成面的倾角。结构面的倾角为结构面倾斜线与其水平投影线之间的夹角，在数值上和结构面的法线与其水平投影线的夹角成互余关系，用上述面的法向与面c＝0上的投影进行计算，其角度余弦为依此求取结构面倾角θ＝90-γ。

f、分析判断面面组合后该结构面的总体产状，依次按上述方式对其他各三点面进行倾向及倾角计算，并于平面图上组合，分析各面的倾向倾角的变化情况，一般出现以下两种情况：

1)各三点面产状有规律变化，如褶皱、褶曲等。

2)产状在小范围内变化，统计其平均值，得到总体产状。

实施例

以一结构面产状为270°∠45°的岩体为例。现依前述方法，A、B、d为岩体上的三个出露点，利用A、B、d三点坐标求算其产状，以验证该方法的正确性。

(1)三点坐标分别为，A(1，1，0)、B(2，1，0)、d(1、2、1)。

(2)求取三点成面的法向。

设法向量为P(a，b，c)，联立方程：

$\left\{\begin{array}{c}(2-1)a+(1-1)b+(0-0)c=0\\ (1-1)a+(2-1)b+(1-0)c=0\end{array}\right.$

令c＝1，可得向量p为(0，-1，1)

(3)求取单个三点成面的倾向

α＝90°，因为b＝-1＜0，则倾向β＝360°-α＝270°。(4)求取单个三点成面的倾倾角

$\cos \mathrm{\γ}=\frac{a^2+b^2}{\sqrt{a^2+b^2}\×\sqrt{(a^2+b^2+c^2)}}=\frac{\sqrt{2}}{2},$ 则γ＝4°5，则倾角θ＝90-γ＝45°。(5)经计算，其产状为270°∠45°，与实际产状相一致。

Claims (3)

1.基于测量坐标确定岩体结构面产状的方法，其特征在于，不可如下步骤：

a、选取岩体结构面上若干个出露点，测量出露点的三维坐标值，所述出露点至少为3个，且任意三个出露点不在同一直线上；

b、按空间顺序依次对测量的出露点进行三点组合，形成多个平面；

c、计算所有三点平面的法向、倾向及倾角；

d、根据所有三点平面的法向、倾向及倾角确定结构面的产状。

2.如权利要求1所述的基于测量坐标确定岩体结构面产状的方法，其特征在于，步骤a中，所述出露点的个数为5至8个。

3.如权利要求1所述的基于测量坐标确定岩体结构面产状的方法，其特征在于，步骤b中对测量的出露点进行三点组合按照从左到右的顺序进行组合。