[发明专利]一种岩石结构面粗糙度系数精细化表征方法

说明书

本发明涉及岩石工程技术，旨在提供一种岩石结构面粗糙度系数精细化表征方法。包括：获取岩石结构面的形貌数据；对三维点云数据进行预处理；对点云数据进行网格疏化处理；对坐标数据进行正则排序操作；计算点云数据中所有结构面轮廓线的JRC值；绘制JRC数值频率分布直方图。本发明通过三维扫描技术获得反映整个岩石结构面形貌特征的三维点云数据，所得JRC计算结果更加全面、客观、准确。可获得JRC数据的均值、方差、变异系数和各向异性的规律，为全面、准确评价JRC值和岩石结构面抗剪强度提供了技术支撑。能够结合编程实现准确、快速地批量计算，可广泛应用于各类岩石工程项目中涉及的岩石结构面粗糙度以及抗剪强度参数评价。

技术领域

本发明涉及岩石工程技术，特别涉及一种基于三维点云数据的岩石结构面粗糙度系数(JRC)的获取方法，适用于各种形态的岩石结构面JRC数据的精细化表征。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，公路、高铁、水利水电等重大基础设施建设涉及到了越来越多的边坡、隧道、地下硐室、坝基等岩石工程。岩石稳定性受其结构面空间产状及力学特性控制，关系到工程施工安全和造价。其中，结构面抗剪强度是评价岩石工程稳定性的关键力学参数。研究表明结构面的粗糙程度是影响其抗剪强度的主要因素。Barton等学者在大量试验的基础上，提出岩石结构面粗糙度系数(Joint Roughness Coefficient，JRC)的概念，建立了JRC-JCS模型用以估算岩石结构面抗剪强度，总结归纳了岩石结构面粗糙度系数(JRC)取值在0～20之间的十条标准结构面轮廓线。该方法通过将实际结构面轮廓线和标准轮廓线进行对比可大致获得岩石结构面JRC估计值，再根据JRC值可估算出岩石结构面抗剪强度。该方法由于简单、直观，在工程中得到了广泛应用。但也存在人为主观判断造成JRC估值不准的问题。为此，国内外学者围绕JRC定量化表征开展了大量的研究工作，提出了一系列定量化计算JRC的公式和方法，这些方法大都基于采集的单条结构面轮廓线数据进行评价。由于岩石结构面具有天然的不规则性和空间变异性，单条轮廓线测量数据往往误差较大，很难准确反映岩石结构面粗糙度的整体特征及其变异性规律。随着科学技术的发展，非接触测量技术为准确获得岩石结构面形貌特征提供了技术手段，例如采用三维扫描技术可以方便、快捷、准确的获得结构面的三维点云数据，据此建立一种岩石结构面JRC数据精细化表征方法，可为全面获取和准确评价岩石结构面抗剪强度提供参考。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种岩石结构面粗糙度系数精细化表征方法，实现岩石结构面粗糙度系数的全面、精确、快速的获取。

为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：

提供一种岩石结构面粗糙度系数精细化表征方法，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stl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(X-Y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：