[发明专利]基于三维激光扫描的露天矿山边坡岩体节理产状快速精细取值方法

说明书

一种基于三维激光扫描的露天矿山边坡岩体节理产状快速精细取值方法，采用三维激光扫描测量方法快速获得结构面产状数据，将现场结构面产状接触式测量结果作为初始聚类中心，利用K均值聚类方法进行了结构面分组，并在各组结构面产状统计分析的基础上，结合野外现场测量结果对分组结果进行检验，确定了边坡各组岩体结构面产状的统计分布规律与统计特征值，实现了露天矿山边坡岩体结构面产状快速精细取值。

技术领域

本发明属于工程技术领域，涉及一种露天矿山边坡岩体节理产状快速精细取值方法，特别的是本发明是采用三维激光扫描测量方法获得了的结构面产状数据，利用K均值聚类方法进行了结构面分组，在各组结构面产状统计分析的基础上，结合野外现场测量结果，确定边坡各组岩体结构面产状的统计分布规律与统计特征值，野外现场调查与室内统计分析相结合，显著提高了露天矿山边坡岩体结构面产状确定的可靠性。

背景技术

结构面是边坡岩体中由力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层构成的不连续面，岩体的变形与稳定性主要取决于结构面的发育条件。露天矿山边坡的稳定性受岩体结构面控制，结构面的产状、规模、组合型式及其与边坡面的空间组合关系决定了矿山边坡潜在的破坏模式。同时，结构面的力学特性决定了矿山边坡潜在滑移破坏的可能性。为了实现露天矿山边坡稳定性精细评价，必须建立正确的计算模型，调查清楚边坡岩体结构面的发育特征(如产状、迹长、间距等)是边坡稳定性评价的基础，其中结构面产状精细确定是判断边坡潜在破坏模式、构建计算模型的关键。

目前，岩体结构面产状测量方法主要包括：测线法、窗口统计法；、钻孔定向取芯法；摄影测量法；三维激光扫描法。近年来，一些代表性的岩体结构面产状研究如下：

吴乐文(2014)公开了一种基于激光或红外测距仪的空间测距原理的种非接触式结构面产状测量方法，突破了传统地质罗盘仪接触式测量的应用限制。

朱爱玺(2014)公开了一种基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法，以红外相机拍照为测量手段，对掌子面图像进行图像预处理与聚类分析，进行边界提取，得到掌子面层理节理信息，最终根据提取到的结构面信息建立三维地质模型。

许振浩等(2015)公开了一种车载式隧道全空间裂隙网络检测成像与预警系统及方法，该系统集激光扫描与数码扫描于一体，能够获取隧道全空间裂隙网络图像、掌子面多元裂隙网络信息。

侯清波(2016)公开了一种地质结构面产状测量方法，在野外现场采用非接触式测量方法和接触式手持Android采集设备测量结构面产状，实现了对远距离或难以接触的结构面进行产状测量。

张文等(2017)公开了一种基于夜视仪和微型三维激光扫描仪的岩体结构面原位信息采集自动化装置，通过主机的图像处理模块能自动解译结构面的位置、产状、迹长、密度与宽度等参数。

姜清辉等(2017)公开了一种开挖边坡岩块信息提取与三维重构方法，运用坡面三维激光扫描点云数据，实现了岩石块体信息的自动化提取，通过岩块统计信息来评价岩体完整程度。

胡建平(2018)公开了一种基于无人机的结构面产状及性状的多角度识别方法，利用无人机对确定范围的结构面进行拍照，采用 Smart3DCapture软件形成三维实体影像图，对三维实体影像图进行地质解译，确定结构面空间出露位置、长度、产状及性状。