[发明专利]一种岩石结构面粗糙度系数精细化表征方法

权利要求书

1.一种岩石结构面粗糙度系数精细化表征方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)获取岩石结构面的形貌数据

在工程岩石结构分析的基础上，扫描获取拟测量岩石结构面的形貌数据，并存储为st1格式的三维点云数据文件；

(2)对三维点云数据进行预处理

结合扫描时预留的定位靶点或标志确定分析区域，删除分析区域外的多余数据；调整三维点云数据文件坐标系，使分析区域的岩石结构面与水平面平行，将处理后的数据保存为dxf格式的点云数据文件；

(3)对点云数据进行网格疏化处理

根据精度要求确定点云数据间隔；基于稀疏点云数据密度原理，在原有点云数据中保留所需位置的数据点并删除多余位置的数据点；重构满足间隔要求的点云数据，并将其保存为dat格式的坐标数据文件进行输出；

(4)对坐标数据进行正则排序操作：

首先构建出一个n×3的空矩阵，其中n为总点数；矩阵中每一行代表一个点的坐标数据，第一列代表x坐标，第二列代表y坐标，第三列代表z坐标；搜索y坐标的最小值y₀，令y₀作为矩阵的第一行第二列的元素，从y坐标为y₀的所有点中选出x坐标最小的值x₀，令x₀作为第一行第一列元素，同时令x坐标为x₀，y坐标为y₀对应的该点的z坐标z₀作为第一行第三列元素；令y₀作为第二行第二列元素，y坐标为y₀的所有点中选出x坐标第二小的值x₁作为第二行第一列元素，令x坐标为x₁，y坐标为y₀对应点的z坐标z₁作为第二行第三列元素；以此类推，直到y坐标为y₀的所有点坐标都已经放入矩阵，再将下一行第二列元素换成所有y坐标中的次小值y₁，同理直到将所有的点坐标放入该n×3矩阵，完成正则排序处理；所得到的坐标数据用于计算沿x轴方向的结构面轮廓线JRC值；如要对沿y轴方向的结构面轮廓线JRC值进行计算分析，则先进行类似的正则排序操作；

(5)计算点云数据中所有结构面轮廓线的JRC值

先计算所有结构面轮廓线的特征参数Z₂，Z₂为一阶导数均方根；然后基于Z₂由估算公式计算出每条结构面轮廓线的JRC值；其中，

对于y坐标相同x坐标不同的点构成x方向上的结构面轮廓线，根据以下公式计算Z₂和JRC值：

JRC＝65.18tan(Z₂)-3.88

式中，L为曲线投影长，N为线段上的点个数，i为自然数；

对于x坐标相同y坐标不同的点构成y方向上的结构面轮廓线，根据以下公式计算Z₂和JRC值：

JRC＝65.18tan(Z₂)-3.88

其中，L为曲线投影长，N为线段上的点个数，i为自然数；

通过上述计算，获得整个岩石结构面上的数千条不同位置轮廓线的JRC值；

(6)绘制JRC数值频率分布直方图

通过对数千个JRC值进行统计分析，计算出均值、方差和变异系数；绘制JRC数值频率分布直方图，并以此实现整个岩石结构面JRC值的精细化表征。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，是利用三维激光扫描仪或三维结构光扫描仪对岩石结构面进行扫描，获取所要测量的形貌数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，进行网格疏化处理时，为了确保重构后的点云数据精度，应从小采样间距向大间距进行稀疏处理，且使采样间隔差值为最小间隔的整数倍。