[发明专利]基于三角面积比法度量岩体结构面三维粗糙度的方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程中岩土技术领域，具体涉及一种基于三角面积比法度量岩体结构面三维粗糙度的方法。

背景技术

岩体是由岩块和分离切割岩块的结构面组成的岩体结构。岩体结构面具有大小不一、产状不同、形态各异等特点，因而岩体呈现出不连续、非均质及各向异性等力学性质。大量的工程实践可以表明在隧道洞室开挖过程中，结构面的几何和物理特性对岩体的变形和破坏起着关键性的控制作用，对工程岩体的稳定性有重要影响。

岩体结构面表面形态由宏观几何轮廓、表面形态和微观粗糙度三个要素组成，其中对结构面力学性质起决定性影响的是表面起伏形态。粗糙度是结构面起伏特征的定量描述，因此，通过结构面粗糙度来量化岩体结构表面。

目前方法存在的不足：

(1)粗糙度的参数统计和几何分形维数研究是建立在结构面二维剖面基础上提出的，在理论上存在一定程度的局限性，而且不同的研究者得到的结果差异较大，说明在二维面上进行粗糙度研究不能真实反映结构面的粗糙度系数。

(2)在三维结构面粗糙度的评价方面，研究理论较少，已有的研究结果还不能在工程中得到应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于三角面积比法度量岩体结构面三维粗糙度的方法，以达到通过三维三角网格快速准确的测量结构面三维数据的目的。

一种基于三角面积比法度量岩体结构面三维粗糙度的方法，包括以下步骤：

步骤1、根据实际需求在被测岩体裸露面前放置一个范围杆，采用摄相机在范围杆的一侧拍摄一张完整的岩体裸露面图片，在范围杆的另一侧拍摄另一张完整的岩体裸露面图片，并确定范围杆上圆盘与下圆盘之间的距离；

步骤2、采用罗盘测量被测岩体裸露面中延展范围大的结构面的倾向；

步骤3、采用三角面积比法获得被测岩体结构面的平面面积和表面积，具体如下：

步骤3-1、根据拍摄获得的两张岩体图片、范围杆上圆盘与下圆盘之间的距离和被测岩体裸露面中延展范围大的结构面的倾向，建立被测岩体的三维模拟模型；

步骤3-2、选定被测岩体的三维模拟模型的所有结构面，并确定所选结构面的边界点坐标和结构面出露部分与未出露部分交界点的坐标；

步骤3-3、采用最小二乘法线性回归方法对被测岩体结构面进行拟合，公式如下：

Z=AX+BY+C    (1)

其中，Z表示结构面竖向坐标；X表示结构面水平横向坐标；Y表示结构面水平纵向坐标；A、B和C表示方程系数；

步骤3-4、将所选的一个结构面的边界点坐标和交界点坐标代入步骤3-3拟合的公式中，获得公式如下：