CN106546189A - 一种系列尺寸岩体结构面起伏幅度各向异性的评价方法 - Google Patents

Abstract

一种系列尺寸岩体结构面起伏幅度各向异性的评价方法，包括如下步骤：1)选定工程岩体结构面；2)获得三维结构面模型；3)在不同的方向均匀截取结构面测段，获取结构面轮廓线；4)对结构面轮廓线图件进行处理，获得系列尺寸结构面试样的表面信息；5)在获得的表面信息中提取坐标信息，计算每个测段的结构面起伏幅度；6)计算相同尺寸条件下各个方向上结构面的起伏幅度的统计平均值，汇总后得到各个方向上的起伏幅度数列R_n；7)筛选出起伏幅度统计平均值最大的值R_max和最小值R_min，计算各向异性值m＝R_max/R_min，通过得到m值的大小判断起伏幅度的各向异性程度。本发明能够定量描述系列尺寸结构面起伏幅度的各向异性。

Description

一种系列尺寸岩体结构面起伏幅度各向异性的评价方法

技术领域

本发明属于岩石力学工程领域，涉及一种系列岩体结构面起伏幅度各向异性的评价方法。

背景技术

大量研究表明，岩体结构面力学行为存在各向异性，而岩体结构面形貌的各向异性决定了结构面力学行为的各向异性，因此，深入研究岩体结构面的各向异性具有重要的理论意义以及实用价值。起伏幅度R_y是表示岩体结构面的起伏程度，是表征岩体结构面粗糙程度的重要指标之一，在国内外很多学者给出的粗糙度公式中都涉及了起伏幅度R_y。岩体结构面粗糙度的大小取决于起伏幅度，起伏幅度的各向异性也直接影响了粗糙度的各向异性，因此，定量表征起伏幅度的各向异性具有很重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术中无法定量表征起伏幅度的各向异性的不足，本发明提供了一种起伏幅度各向异性的定量评价方法，该方法能够定量描述起伏幅度的各向异性，为进一步的结构面粗糙度和抗剪强度各向异性的评价提供依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种系列岩体结构面起伏幅度各向异性的评价方法，包括如下步骤：

1)选定需要分析的工程岩体结构面；

2)采用三维扫描仪对结构面进行扫描的方法，获得三维结构面模型；

3)在不同的方向均匀截取结构面测段，获取结构面轮廓线；

4)采用三维图像处理软件对结构面轮廓线图件进行处理，获得系列尺寸结构面试样的表面信息；

5)在获得的表面信息中提取坐标信息，据此计算每个测段的结构面起伏幅度；

6)计算相同尺寸条件下各个方向上结构面的起伏幅度的统计平均值，汇总后得到各个方向上的起伏幅度数列R_n，其中R_n表示起伏幅度值，n表示测量角度；例如，n＝0、15、30、……、345，从0°开始，每隔15°一个值，直到345°为止；

7)在各个尺寸条件下，筛选出起伏幅度统计平均值最大的值R_max和最小值R_min，计算各向异性值m＝R_max/R_min，通过得到m值的大小判断系列尺寸起伏幅度的各向异性程度。

进一步，所述步骤2)中，三维扫描仪为高精度三维激光扫描仪。亦可是其他高精度三维扫描仪。

再进一步，所述步骤4)中，三维图像处理软件包括数据采集软件、数据分析软件和点云数据处理软件。

更进一步，所述步骤5)中，计算结构面起伏幅度的方法，首先依据采集的轮廓线坐标数据，提取任意曲线上任意两点坐标(x_p,y_p),(x_q,y_q)，继而得到经过该两点的直线方程：

计算(x_p,y_p),(x_q,y_q)之间所有坐标点(x_i,y_i)到直线的距离R_i:

不断改变任意两坐标的位置，直至取完轮廓线上所有各点，将全部R_i中的最大值作为起伏幅度R_y。

本发明的有益效果主要表现在：定量表征起伏幅度的各向异性。

附图说明

图1为结构面起伏幅度的各向异性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种系列岩体结构面起伏幅度各向异性的评价方法，包括以下步骤：

1)选定需要分析的工程岩体结构面；

2)采用三维激光扫描仪对结构面进行扫描的方法，获得三维结构面模型；

3)在不同的方向均匀布置结构面测段，获取结构面轮廓线；

4)采用三维图像处理软件对结构面轮廓线图件进行处理，获得系列尺寸结构面试样的表面信息；

5)在获得的表面信息中提取坐标信息，据此计算每个测段的结构面起伏幅度；

6)计算相同尺寸条件下各个方向上结构面的起伏幅度的统计平均值。汇总后得到各个方向上的起伏幅度数列R_n，其中R_n表示起伏幅度值，n表示测量角度；n＝0、15、30、……、345，从0°开始，每隔15°一个值，直到345°为止；

7)筛选出起伏幅度统计平均值最大的值R_max和最小值R_min，计算各向异性值m＝R_max/R_min。通过得到m值的大小判断起伏幅度的各向异性程度。

进一步，所述步骤5)中，计算结构面起伏幅度的方法，首先依据采集的轮廓线坐标数据，提取任意曲线上任意两点坐标(x_p,y_p),(x_q,y_q)。继而得到经过该两点的直线方程：

计算(x_p,y_p),(x_q,y_q)之间所有坐标点(x_i,y_i)到直线的距离R_i:

不断改变任意两坐标的位置，直至取完轮廓线上所有各点，将全部R_i中的最大值作为起伏幅度R_y。

实例：一种结构面起伏幅度各向异性的评价方法，过程如下：

首先，利用ATOS三维扫描仪扫描现场采集的常山板岩，利用其自带的GOM inspect软件建立三维模型，并在不同方向布置结构面测段，并计算尺寸为10cm的结构面试样的各个方向的起伏幅度，得出结果见表1，表1为不同测量方向结构面轮廓线的起伏幅度：

表1

其次，筛选出起伏幅度最大值R₁₆₅，最小值R₉₀，计算各向异性值m＝R₁₆₅/R₉₀＝1.886，此时的10cm轮廓线起伏幅度的各向异性程度为1.886，优势方向为165°，劣势方向为90°。类似的，可分别计算出其他尺寸的起伏幅度值和各向异性值，通过对比，可判断出不同尺寸下起伏幅度各向异性的程度。

Claims (4)

1.一种系列尺寸岩体结构面起伏幅度各向异性的评价方法，其特征在于：所述评价方法包括如下步骤：

1)选定需要分析的工程岩体结构面；

2)采用三维扫描仪对结构面进行扫描的方法，获得三维结构面模型；

3)在不同的方向均匀截取结构面测段，获取结构面轮廓线；

4)采用三维图像处理软件对结构面轮廓线图件进行处理，获得系列尺寸结构面试样的表面信息；

5)在获得的表面信息中提取坐标信息，据此计算每个测段的结构面起伏幅度；

6)计算相同尺寸条件下各个方向上结构面的起伏幅度的统计平均值，汇总后得到各个方向上的起伏幅度数列R_n，其中R_n表示起伏幅度值，n表示测量角度；

7)在各个尺寸条件下，分别筛选出起伏幅度统计平均值最大的值R_max和最小值R_min，计算各向异性值m＝R_max/R_min，通过得到m值的大小判断各个尺寸条件下结构面的起伏幅度的各向异性程度。

2.如权利要求1所述的一种系列尺寸岩体结构面起伏幅度各向异性的评价方法，其特征在于：所述步骤2)中，三维扫描仪为高精度三维激光扫描仪。

3.如权利要求1或2所述的一种系列尺寸岩体结构面起伏幅度各向异性的评价方法，其特征在于：所述步骤4)中，三维图像处理软件包括数据采集软件、数据分析软件和点云数据处理软件。

4.如权利要求1或2所述的一种系列尺寸岩体结构面起伏幅度各向异性的评价方法，其特征在于：所述步骤5)中，计算结构面起伏幅度的方法，首先依据采集的轮廓线坐标数据，提取任意曲线上任意两点坐标(x_p,y_p),(x_q,y_q)，继而得到经过该两点的直线方程：

$\stackrel{\‾}{y}=\frac{y_p-y_q}{x_p-x_q}(x-x_p)+y_p$

计算(x_p,y_p),(x_q,y_q)之间所有坐标点(x_i,y_i)到直线的距离R_i:

$R_i=\frac{y_p-y_q}{x_p-x_q}(x_i-x_p)+y_p-y_i$

不断改变任意两坐标的位置，直至取完轮廓线上所有各点，将全部R_i中的最大值作为起伏幅度R_y。