[发明专利]一种块体稳定性的可视化判别方法

说明书

本发明公开了一种块体稳定性的可视化判别方法，包括步骤：一、获取岩质边坡图像并扫描岩质边坡；二、建立岩质边坡的三维可视化模型；三、确定目标块体的结构面方程；四、确定目标块体的临空面方程；五、确定出闭合块体；六、获取闭合块体的各结构面面积和闭合块体的体积；七、计算闭合块体的稳定系数。本发明利用无人机航拍的方式获取岩质边坡图像，并利用三维激光扫描仪获取块体可视化数据，构建岩质边坡的三维可视化模型，并利用结构面与临空面划分出块体的形状，根据块体滑动模式能在现场给出块体的稳定性分析，且适用于岩质边坡或地下洞室等有外露结构面的块体稳定性分析领域，快捷方便。

技术领域

本发明属于块体稳定性判别技术领域，具体涉及一种块体稳定性的可视化判别方法。

背景技术

岩体中的块体形状迥异，杂乱无章，地质勘探人员确定关键块体费时费力。因此岩体工程往往以寻找不稳定块体为目标，不稳定块体指在工程力和自重作用下，由于滑动面上的抗剪强度不足于抵御滑动力，若不施加工程锚固措施，必将失稳的块体。目前，确定不稳定块体的方法有坐标投影图解法、数值方法和赤平极射投影作图法。赤平极射投影作图法具有操作方便、省经费、适合于现场应用等优点，所以在工程地质工作者中得到相当广泛的应用，赤平极射投影作图法简便、直观，仅需圆规、直尺或计算机作图，无需进行复杂的计算，但存在着难以用于多块体分析、难以与数值分析法相结合来更准确地确定块体稳定系数，计算结果不精确等问题；数值方法结果准确，但缺少直观性。而且块体问题通常是三维的，而在现场进行三维弹塑性问题的数值分析，不仅需要计算机及软件条件，而且还要花较长的时间，十分不便；坐标投影图解法的基本方法就是首先根据块体的几何形态确定块体的应力状态，再通过稳定性分析，找出不稳定块体，标投影作图法是以正投影为基础，结合赤平极射投影方法而形成的一种图解方法，但是无法做到现场观测，现场分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种块体稳定性的可视化判别方法，利用无人机航拍的方式获取岩质边坡图像，并利用三维激光扫描仪获取块体可视化数据，构建岩质边坡的三维可视化模型，并利用结构面与临空面划分出块体的形状，根据块体滑动模式能在现场给出块体的稳定性分析，且适用于岩质边坡或地下洞室等有外露结构面的块体稳定性分析领域，快捷方便，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种块体稳定性的可视化判别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、获取岩质边坡图像并扫描岩质边坡：利用无人机航拍岩质边坡，获取岩质边坡图像，同时利用无人机上安装的三维激光扫描仪扫描岩质边坡，获取岩质边坡的点云数据；

将岩质边坡图像和对应的岩质边坡的点云数据无线传输至计算机，计算机对三维激光扫描仪采集的极坐标数据进行数据转换，得到扫描点的三维直角坐标数据；

步骤二、建立岩质边坡的三维可视化模型：计算机根据无人机获取的岩质边坡图像和扫描点的三维直角坐标数据对岩质边坡构建三维可视化模型；

步骤三、确定目标块体的结构面方程，过程如下：

步骤301、对离散的扫描点进行Delaunay三角化处理，得到岩质边坡对应的三角网格曲面，三角网格曲面中每个节点为岩质边坡对应的扫描点；

步骤302、利用三维可视化模型确定岩质边坡中多个裂缝位置，在每个裂缝位置对应的三角网格曲面区域筛选目标块体的结构面，每个裂缝位置对应的三角网格曲面区域筛选目标块体的结构面的方法均相同；

任一裂缝位置对应的三角网格曲面区域筛选目标块体的结构面的过程如下：

步骤3021、在三角网格曲面区域中任选一个初始生长节点并确定初始三角形面元和相邻三角形面元；

步骤3022、根据公式计算初始三角形面元的法向量和相邻三角形面元的法向量的余弦相似度similarity₁；