CN110443878A - 岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法，属于地质勘察领域，用以解决传统人工手动对岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录存在工作量大以及精度低等问题。所述方法，包括如下五个步骤：第一步、构建局部坐标系；第二步、设定测量控制点并测量其坐标值；第三步、拍照获取图像信息；第四步、图像信息的处理；第五步、测量。本发明所述的方法，其操作过程简单，所需测量和记录数据少，可有效地缩短编录所需时间，同时节约人力、物力；另外，本发明通过处理软件自动生成点云数据，可有效提高编录结果的精度。

Description

岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法

技术领域

本发明涉及地质勘察领域，尤其涉及一种岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法。

背景技术

目前，岩体直剪试验中对试件的剪切面起伏度编录目前仍采用人工手动编录：通常先制作读数网格，用木条制作50cm×50cm的方形边框(具体也可根据岩体直剪试验试件的尺寸制作边框)，内部用铁丝制作5cm×5cm网格的铁丝网。将网格蒙在试件的剪切面上，并使铁丝网对应的一个角和两条边框与试件上的一个角和两条边贴紧对齐，铁丝网其中一条边作为X方向坐标标尺，另一条边作为Y方向坐标标尺。然后利用测量尺依次测量各网格交点对应的凹陷深度Z值，其中各网格交点分别对应有相应的X方向值和Y方向值，而Z值即为相应网格交点部位剪切面距离网格的距离值，以作为Z方向值，将所有网格交点对应的X方向值、Y方向值、Z方向值记入编录表格，以此获得所有网格交点的记录数据。最后，根据记录的一系列X、Y、Z方向值的数据，便可将相应的数据利用美国Golden Software公司的Surfer之类的辅助软件进行导入并生成剪切面起伏度的等值线图，最后再将等值线图导入autoCAD软件，即可绘制剖面测量剪切面的起伏差和起伏角等数据。

上述采用人工手动对岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录的过程非常复杂，工作量较大，需要逐个对网格交点进行测量和数据记录，费时、费力；而且网格不宜过多，否则会极大地增加工作量，因此导致编录的测量精度较低。

发明内容

本发明解决的技术问题是：人工手动对岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录存在工作量大以及精度低等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法，包括如下步骤：

第一步、构建局部坐标系：

在试件其中两个相邻侧面上分别画一条垂直于该两个相邻侧面的相接棱线的标记线，其中一条标记线记为X轴，另外一条标记线记为Y轴，并且该棱线记为Z轴，X轴、Y轴和Z轴的交点记为原点O，以此形成O-XYZ坐标系；

第二步、设定测量控制点并测量其坐标值：

选定拟编录剪切面上四个角点中的任意三个记为测量控制点，然后在O-XYZ坐标系中测量上述三个测量控制点分别对应的坐标值(X4，Y4，Z4)、(X5，Y5，Z5)和(X6，Y6，Z6)；

第三步、拍照获取图像信息：

利用定焦拍照设备并以一定拍摄俯角θ围绕试件外周从多个拍照方向上分别对拟编录剪切面进行拍照，获得不少于八个拍照方向上的多张图像信息；

第四步、图像信息的处理：

将第三步中获得的多张图像信息导入处理软件中，然后在每张图像信息中标记出三个测量控制点和对应的坐标值，然后再通过该处理软件生成拟编录剪切面所对应的点云，然后根据点云生成等值线图；

第五步、测量：

将第四步中的等值线图据导入autoCAD软件，绘制剖面测量拟编录剪切面的起伏差和起伏角。

进一步的是：第三步中的拍摄俯角θ取45°。

进一步的是：第三步中以过试件中心且平行于Z轴的直线为拍照设备的转动轴线，将拍照设备围绕试件外周转动至各个拍照方向后分别进行拍照。

进一步的是：各个拍照方向成等角度值α的间隔分布。

进一步的是：角度值α为45°。

进一步的是：拍照方向为八个，八个拍照方向分别正对于试件的四个侧面中部和四个棱线。

进一步的是：在第二步中，在三个测量控制点对应位置利用不同颜色进行标记。

进一步的是：在第四步中所用到的处理软件为瑞士Pix4D公司的Pix4Dmapper软件或意大利Menci公司的APS软件。

本发明的有益效果是：本发明可有效地缩短编录时间：本发明现场工作主要为试件标记和拍照，因此相对于人工完全手动进行网格的测量和记录相比，可极大的缩短所需时间；通常本发明中对单个试件的上、下剪切面完成剪切面起伏度编录耗时约5-10分钟；而原有采用人工手动测量、记录编录则耗时40分钟及以上；

本发明可节约人力资源成本：本发明整个过程所需的记录数据少，主要记录三个测量控制点的坐标和位置即可，因此通常一个技术人员可以完成；而且由于记录数据少，也不容易出错，记录所需时间少，节约人力成本；

本发明的编录结果精度高：由于本发明采用拍照设备拍照然后进行后处理，直接通过拍照获得的图像信息生成点云，因此其精度可达到毫米级别；而传统的人为读数精度由网格大小决定，精度一般为数厘米级别，且人为读数的误差也对精度有影响；因此，本发明可极大的提高编录结果的精度。

附图说明

图1为本发明第一步、构建局部坐标系对应的示意图；

图2为本发明进行拍照过程的示意图；

图3为图2的俯视图；

图中标记为：试件1、侧面2、棱线3、控制点4、控制点5、控制点6、拍照设备7、拟编录剪切面8、转动轴线9、拍照设备转动轨迹线10、拍照方向轨迹线11。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明所述的岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法，包括如下步骤：

第一步、构建局部坐标系：

在试件1其中两个相邻侧面2上分别画一条垂直于该两个相邻侧面2的相接棱线3的标记线，其中一条标记线记为X轴，另外一条标记线记为Y轴，并且该棱线3记为Z轴，X轴、Y轴和Z轴的交点记为原点O，以此形成O-XYZ坐标系；

第二步、设定测量控制点并测量其坐标值：

选定拟编录剪切面8上四个角点中的任意三个记为测量控制点，然后在O-XYZ坐标系中测量上述三个测量控制点分别对应的坐标值(X4，Y4，Z4)、(X5，Y5，Z5)和(X6，Y6，Z6)；

第三步、拍照获取图像信息：

利用定焦拍照设备7并以一定拍摄俯角θ围绕试件1外周从多个拍照方向上分别对拟编录剪切面8进行拍照，获得不少于八个拍照方向上的多张图像信息；

第四步、图像信息的处理：

将第三步中获得的多张图像信息导入处理软件中，然后在每张图像信息中标记出三个测量控制点和对应的坐标值，然后再通过该处理软件生成拟编录剪切面8所对应的点云，然后根据点云生成等值线图；

第五步、测量：

将第四步中的等值线图导入autoCAD软件，绘制剖面测量拟编录剪切面8的起伏差和起伏角。

其中，试件1是本发明中用于岩体直剪试验的岩体样品，其大致呈长方体形，试件1四周侧面2为切割后的平面，试件1上下端面则分别为剪切面。在实际处理过程中一般会先后对上下两个端面分别进行剪切面起伏度编录，本发明中所述的方法为进行单面剪切面起伏度编录的方法；因此在对试件1的其中一端剪切面起伏度编录完成后，可将试件1上下翻转180°后对另一端面进行同样的剪切面起伏度编录处理，以此即可完成对试件1上下两个端面的剪切面起伏度编录工作。

本发明第一步中的局部坐标系是用于为试件1建立三维坐标的基准，以测量后续各测量控制点的坐标值。具体的，在建立局部坐标系时可借助相应的画笔、直尺等工具进行。本发明中为了便于局部坐标系的建立，优选试件1上两个相邻侧面2之间的棱线3为Z轴方向，同时在两个侧面上分别画一条垂直于该两个相邻侧面2的相接棱线3的标记线分别作为X轴和Y轴，以此建立O-XYZ坐标系。

本发明第二步中的三个测量控制点优选为拟编录剪切面8的四个角点中的任意三个，如附图1中所示分别选取的测量控制点4、测量控制点5和测量控制点6；这样可更便于标记，同时由于角点位置位于试件1的边沿和拐角位置，因此也非常便于后续测量其坐标值；另外，在拍照后的图像信息上角点位置也更加容易识别，可利于后续在图像信息上准确标记出相应的测量控制点。不失一般性，本发明中理论上可选取更多数量的测量控制点，而不限于三个。

更具体的，为了便于在图像信息上更加容易的区别各测量控制点，本发明中进一步在试件1上，在三个测量控制点所对应的位置利用不同颜色进行标记，标记可采用不同颜色的记号笔进行标记；例如可在测量控制点4处标记为红色、在测量控制点5处标记为黄色同时在测量控制点6处标记为蓝色。

在选定各测量控制点后，借助测量工具，依次测量各个测量控制点在O-XYZ坐标系中对应的坐标值，并将其测量结果记录下来。其中测量控制点4、测量控制点5和测量控制点6分别对应的坐标值记录为：(X4，Y4，Z4)、(X5，Y5，Z5)和(X6，Y6，Z6)。

本发明中第三步为对试件1进行拍照以获取图像信息；拍照需采用定焦拍照设备，例如采用有定焦模式的数码相机进行拍照；并且拍照需以一定拍摄俯角θ围绕试件1外周从多个拍照方向上分别对拟编录剪切面8进行拍照，获得不少于八个拍照方向上的多张图像信息，这样才能通过各个拍照方向分别获得的图像信息进行组合以满足后续通过相应的处理软件生成拟编录剪切面8所对应的点云的要求。另外，为了保证相邻两个拍照方向上的图像信息的有效拼接，相邻拍照方向上的拍照获得的有效图像信息应当具有一定的重合部分，并且要求其重合部分不少于50％；其中有效图像信息指的是拟编录剪切面8对应的图像信息。

另外，对于试件1尺寸较大的情况时，每个方向的图像信息可仅包含部分拟编录剪切面8对应的有效图像信息，相应的在该方向上采集的图像信息可能仅包含部分测量控制点，此时后续“在每张图像信息中标记出三个测量控制点和对应的坐标值”的处理时，仅需要标记出该图像信息所包含的测量控制点机器坐标值即可。

更具体的，参照附图2中所示，本发明中的第三步中的拍摄俯角θ优选设置为30-60°的范围内，例如优选设置为45°。

更具体的，参照附图2中所示，本发明中在围绕试件1外周从多个拍照方向分别进行拍照过程中，为了确保拍照设备7距离试件1中心的距离始终保持恒定，以确保所采集的图像信息更加统一和精确；本发明进一步在第三步中以过试件1中心且平行于Z轴的直线为拍照设备7的转动轴线9，即拍照设备7为绕着转动轴线9为中心的转动轨迹线10移动，以实现将拍照设备7围绕试件1外周转动至各个拍照方向后分别进行拍照。在实际拍照时，可将试件1按照OXY平面呈水平面放置，然后在试件1外周放置一以试件1中心为圆心的圆形轨道支架作为拍照设备7的安装和滑动轨道；在拍照过程中，只需要沿圆形轨道移动拍照设备7到相应的拍照方向后对试件1进行拍照即可。

更具体的，本发明中拍照设备7在试件1外周对应的各个拍照方向优选设置为成等角度值α的间隔分布；即任意相邻两个拍照方向对应的轨迹线之间的夹角为相等角度值α。例如参照附图3中所示，为围绕试件1外周等角度间隔地设置有八个拍照方向，即对应附图3中的八个拍照方向轨迹线11，并且其中拍照设备7呈对称位置对应的拍照方向的轨迹线共直线，但拍照朝向相对；相应的此时α的取值为45°。

另外，在上述设置有八个拍照方向时，可进一步设置八个拍照方向分别正对于试件1的四个侧面2中部和四个棱线3；即为附图3中各拍照方向轨迹线11所对应的位置状态。

本发明的第四步为将上述所获得的图像信息导入到已有的处理软件中进行相应的数据处理，以生成拟编录剪切面8所对应的点云，然后根据点云生成等值线图。其中所用到的处理软件可采用瑞士Pix4D公司的Pix4Dmapper软件或意大利Menci公司的APS软件实现。

最后，本发明的第五步中再将上述第四步所获得的等值线图导入到autoCAD转件中，绘制剖面测量拟编录剪切面8的起伏差和起伏角。

Claims (8)

1.岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步、构建局部坐标系：

在试件(1)其中两个相邻侧面(2)上分别画一条垂直于该两个相邻侧面(2)的相接棱线(3)的标记线，其中一条标记线记为X轴，另外一条标记线记为Y轴，并且该棱线(3)记为Z轴，X轴、Y轴和Z轴的交点记为原点O，以此形成O-XYZ坐标系；

第二步、设定测量控制点并测量其坐标值：

选定拟编录剪切面(8)上四个角点中的任意三个记为测量控制点(4、5、6)，然后在O-XYZ坐标系中测量上述三个测量控制点(4、5、6)分别对应的坐标值(X4，Y4，Z4)、(X5，Y5，Z5)和(X6，Y6，Z6)；

第三步、拍照获取图像信息：

利用定焦拍照设备(7)并以一定拍摄俯角θ围绕试件(1)外周从多个拍照方向上分别对拟编录剪切面(8)进行拍照，获得不少于八个拍照方向上的多张图像信息；

第四步、图像信息的处理：

将第三步中获得的多张图像信息导入处理软件中，然后在每张图像信息中标记出三个测量控制点(4、5、6)和对应的坐标值，然后再通过该处理软件生成拟编录剪切面(8)所对应的点云，然后根据点云生成等值线图；

第五步、测量：

将第四步中的等值线图导入autoCAD软件，绘制剖面测量拟编录剪切面(8)的起伏差和起伏角。

2.如权利要求1所述的岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法，其特征在于：第三步中的拍摄俯角θ取45°。

3.如权利要求1所述的岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法，其特征在于：第三步中以过试件(1)中心且平行于Z轴的直线为拍照设备(7)的转动轴线(9)，将拍照设备(7)围绕试件(1)外周转动至各个拍照方向后分别进行拍照。

4.如权利要求3所述的岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法，其特征在于：各个拍照方向成等角度值α的间隔分布。

5.如权利要求4所述的岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法，其特征在于：角度值α为45°。

6.如权利要求5所述的岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法，其特征在于：拍照方向为八个，八个拍照方向分别正对于试件(1)的四个侧面(2)中部和四个棱线(3)。

7.如权利要求1所述的岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法，其特征在于：在第二步中，在三个测量控制点(4、5、6)对应位置利用不同颜色进行标记。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的岩体直剪试验试件剪切面起伏度编录方法，其特征在于：在第四步中所用到的处理软件为瑞士Pix4D公司的Pix4Dmapper软件或意大利Menci公司的APS软件。