[发明专利]一种裂缝面粗糙度各向异性表征方法

权利要求书

1.一种裂缝面粗糙度各向异性表征方法，实现的步骤如下：

第一步 裂缝面形貌获取；

利用岩石表面形貌仪、接触打孔器、数字表面粗糙度仪、摄影测量法以及三维激光扫描仪方法或装置，获取裂缝面的三维信息数据；

第二步 不同方向裂缝面粗糙度评价单元构建；

利用获取的裂缝面三维数据信息，建立不同方向裂缝面粗糙度评价单元，定义θ为裂缝面粗糙度的评价方向，是裂缝面粗糙度的评价方向与正北方向的夹角；

第三步 标准节理轮廓线数据库构建；

利用标准粗糙度等级剖面曲线，将剖面曲线等间距数据化，得到数据点集R(p，w)，设每条标准粗糙度等级剖面曲线数据点的间距为d；采用二维分形插值法构建标准节理轮廓线数据库G(p，q)，其中1≤p≤10，w的数目为num1，q的数目num0表示为：

公式(1)中，num0为q的数目；cs为分形插值迭代次数；p为第p标准粗糙度等级剖面曲线，1≤q≤w，w为每条标准粗糙度等级剖面曲线的点数；设每条标准粗糙度等级剖面曲线插值后数据库G(p，q)的相邻点的间距为b；

第四步 裂缝面跨尺度评价模型；

利用获取裂缝面的三维信息数据，等间距的选取表征裂缝面粗糙度的数据点集P(i，j，k)；对于第i条裂缝面的剖面曲线的粗糙度跨尺度评价；以间距为b选取反映裂缝面的剖面曲线特征的点集，对于单一曲线集Q(i，j，k)，其中，i为第i条裂缝面的剖面曲线，数目为num2；j为同一裂缝面的剖面曲线下，第j次取得点集；k为第j次取得点集的第k个点；第j+1次与取曲线集Q(i，j+1，k)为移动间距为b；利用标准节理轮廓线数据库G(p，q)，对点集Q(i，j，k)，进行跨尺度相似性三循环计算；

所述的跨尺度相似性三循环计算包括A循环、B循环、C循环三个循环：

所述的A循环具体步骤为：从点集Q(i，j，k)起始点开始循环构建数据库，初次设置新的数据库相邻数据的间距l＝d；从kp个起始点开始，在区间至区间[kp，kp+num1]内循环提取对应的数据集；num1为奇数时，取值为整数部分并加1，即为10.5时，取值为11；这样确定了起始点后，单次最大循环为次，确定了新的点集NE(v，u)；利用标准节理轮廓线数据库G(p，q)，对点集NE(v，u)进行相似性计算，确定粗糙度数值；

所述的B循环具体步骤为：向右移动b步长，更换起始点，重复A循环；

所述的C循环具体步骤为：从点集Q(i，j，k)起始点开始循环构建数据库，再次设置新的数据库相邻数据点的间距为l，其中，l＝d×f；其中f取值为2，3……fmax，fmax是实现单一尺度A循环的最大整数值，确定了l值后，然后进行A循环、B循环；

第五步 裂缝面粗糙度各向异性表征；

通过改变θ，重复第四步实现裂缝面粗糙度各向异性的表征。

2.根据权利要求1所述的一种裂缝面粗糙度各向异性表征方法，其特征在于：

所述的相似性计算，确定粗糙度数值，实现的步骤为：

设点集G(p，q)每个点的坐标表示为(X_p，Z_q)，依据标准粗糙度等级剖面曲线，0cm≤X_p≤10cm；点集NE(v，u)每个点的坐标表示为(X'_p，Z'_q)，其中0≤X'_p；X_p＝X'_p+X_b，其中X_b的循环区间为：-10cm≤X_b≤10cm；

通过X_b对X_p进行循环计算，为了保证循环精度，其中X_b在[-10cm，10cm]区间循环的增加步长为b；得到新的点集(X_p，Z'_q)，并对该点集在(X_p，Z_q)逐点寻找与之最近的点，得到对应的点集(X”_p，Z”_q)，点集的数目为node；二维剖面曲线粗糙度值JRC^2D的步骤为：

公式(2)-(3)中，xs1、xs2分别是使dis1、dis2取得最小值对应的数值；通过对十条标准粗糙度等级剖面曲线的循环计算，选取最小的dis1、dis2对应的标准粗糙度等级剖面曲线JRC^2D值作为单次A循环的JRC^2D值；将要表征裂缝面粗糙度的剖面曲线进行A循环、B循环以及C循环后，得到多个JRC^2D值，取其平均值作为该剖面曲线的JRC^2D值；

利用求均值的方法将二维剖面曲线粗糙度值扩展为三维粗糙度系数JRC^3D估算中：

公式(4)中，JRC^3D为裂缝面的三维粗糙度系数；JRC_i^2D为第i二维剖面曲线粗糙度值，num2为二维剖面曲线的数目。