[发明专利]基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法及系统

说明书

本发明公开一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法及系统，属于地质勘察与测量技术领域，解决了现有技术中无法实现对岩土体内部软弱结构面的成像探测及稳定性评估的问题。一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法，包括以下步骤：使用不同频率超声波获取对应不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像；获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征；获取所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的差值图像，并根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征；根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征，判定岩土软弱结构面的稳定性。实现了对岩土体内部软弱结构面的成像探测及稳定性评估。

技术领域

本发明涉及地质勘察与测量技术领域，尤其是涉及一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法及系统。

背景技术

在岩土地质工程、水利水电工程、石油勘探工程和地质灾害防治等诸多方面，往往需要了解地下岩体的形态结构特征。由于岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用，而岩体中的软弱结构面常常成为决定岩体稳定性的控制面；例如在大坝坝肩抗滑稳定性分析中，软弱结构面的确定是判定坝肩岩体抗滑稳定性的关键。因此，对岩土软弱结构特征的分析研究是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据，对于地下勘探、工程设计与施工等具有重要的实际意义。

近些年来，随着超声技术、激光技术、计算机技术以及图像处理技术等先进技术的蓬勃发展，各种便携式探测技术取得了较快的发展；地质雷达、电磁波CT、钻孔摄像等技术手段极大地方便了工程地质的勘察应用；现有技术中对岩土体内部软弱结构面的成像探测、可视化以及稳定性评估仍无较好的方法。

发明内容

本发明的目的在于至少克服上述一种技术不足，提出一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法及系统。

一方面，本发明提供了一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法，包括以下步骤：

使用不同频率超声波获取对应不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像；

根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像，获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征；

获取所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的差值图像，并根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征；

根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征，判定岩土软弱结构面的稳定性。

进一步地，所述基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法还包括，将超声探头压紧到的岩土软弱结构观测区域中，使超声探头发出不同频率超声波。

进一步地，根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像，获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征，具体包括，获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像的整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布，以所述整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布，作为不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征。

进一步地，根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征，具体包括，根据所述差值图像得非零像素点的空间分布，根据非零像素点之间的距离和实际观测位置的对应坐标关系，确定差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置，根据差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置，获取差值图像各个非零像素点位置的法向量。

进一步地，根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征，判定岩土软弱结构面的稳定性，具体包括，若差值图像各个非零像素点位置法向量的和与超声扫描图像中光斑条纹的主法向量的夹角不超过超声探头观测时偏转角时，则判定观测区域软弱结构面处于稳定状态，否则，则判定观测区域软弱结构面处于不稳定状态。

另一方面，本发明还提供了一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估系统，包括超声扫描成像仪、反射衰减特征获取模块、渐变特征获取模块和软弱结构面稳定性评估模块；