[发明专利]一种野外岩石结构面粗糙度的量测及计算方法

说明书

本发明公开了一种野外岩石结构面粗糙度的量测及计算方法，步骤如下：利用平直木条构建闭合的控制框架，对控制框架进行校准；将校准后的控制框架固定在待测结构面上，选择不同的位置对待测结构面进行拍摄，拍摄范围包含整个框架；利用照片建立野外岩石结构面的三维点云模型；利用三维点云模型提取结构面任一方向的粗糙度轮廓曲线；利用结构面粗糙度轮廓曲线计算结构面粗糙度分形维数；利用岩石结构面粗糙度分形维数，计算出对应的岩石结构面粗糙度系数。本发明提高了计算精度和效率，同时适用室内和野外环境。

技术领域

本发明涉及岩石力学领域，具体是涉及一种野外岩石结构面粗糙度的量测及计算方法。

背景技术

粗糙度是影响岩体结构面力学性质的重要因素，因此对结构面粗糙度参数的获取显得尤为重要。目前，岩体结构面粗糙度信息的获取方式主要有罗盘量测法、钻孔法、三维激光扫描技术、摄影测量法。罗盘量测法需要人工利用皮尺和罗盘，在现场对岩体结构面进行量测，效率低下、作业时间长，所得到的岩体结构面信息仅为人为接触到的有限的结构面，影响了评价结果的准确性。钻孔法主要包括通过钻取岩芯来判断结构面产状的岩芯定向法；利用穿过同一结构面的三个不同标高的钻孔来计算结构面产状的直接计算法；利用光学原理观测钻孔内部情况的孔内摄像法。钻孔法难以大规模采集获取结构面信息，且需要较高的成孔工艺及成孔质量。三维激光扫描技术，利用激光扫描获得目标物体的完整三维坐标点云，然后在计算机上重建三维模型。三维激光扫描技术适应环境能力强，采集速度快。但三维激光扫描的数据量大，且对于材料的反光性要求高，价格高昂，导致其应用领域受到限制。摄影测量灵活方便，效果好，且不接触目标物，能从二维影像中获取目标三维信息，定位精度高。目前摄影测量技术已成熟的应用于地球科学、计算机科学等领域，对于岩石力学领域的应用相对较少，并且多限于室内测量，不适于野外环境下的岩石结构面粗糙度的量测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种野外岩石结构面粗糙度的量测及计算方法，提高了计算精度和效率，同时也适于室内环境。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种野外岩石结构面粗糙度的量测及计算方法，包括如下步骤：

步骤1、利用平直木条构建闭合的控制框架，所述控制框架的木条位于不同的平面，在木条贴上摄影测量标记点标签纸形成拍摄控制点和建模校准点；

步骤2、对控制框架进行校准，使其达到设定的精度要求；

步骤3、将校准后的控制框架固定在待测结构面上，选择不同的位置对待测结构面进行拍摄，拍摄范围包含整个框架；

步骤4、利用步骤3得到的照片，建立野外岩石结构面的三维点云模型；

步骤5、利用步骤4建立的三维点云模型提取结构面任一方向的粗糙度轮廓曲线；

步骤6、利用步骤5提取的结构面粗糙度轮廓曲线计算结构面粗糙度分形维数；

步骤7、利用步骤6得到的岩石结构面粗糙度分形维数，计算出对应的岩石结构面粗糙度系数。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：1)本发明通过高精度控制框架结合摄影测量方法，能够从结构面二维影像中获取高精度三维信息，降低了以往经验判断带来的偏差；2)本发明通过改进的粗糙度曲线提取方法结合优化的岩石结构面粗糙度系数计算公式，提高了计算的效率和精度；3)本发明方法灵活方便，提取任一方向的粗糙度曲线即可得到岩石结构面粗糙度系数。

附图说明：

图1为本发明一种野外岩石结构面粗糙度的量测及计算方法流程图；

图2为本发明摄影控制框架示意图；

图3为本发明具体拍摄位置效果图；

图4为本发明一组结构面多视点拍摄实物图；

图5为本发明结构面的三维点云模型图；