[发明专利]一种钻孔摄像技术的岩体结构面三维粗糙度描述方法

说明书

本发明公开了一种钻孔摄像技术的岩体结构面三维粗糙度描述方法，获取孔壁展开全景图；获取岩体结构面下壁面的轮廓线；拟合出结构面拟合线，获得岩体结构面下壁面的基准平面，以及岩体结构面的倾向和倾角；获取轮廓线展开曲线；获取拼接轮廓线；获得设定采样长度与设定采样精度的基准轮廓线；根据每个基准轮廓线段的分形维数形成结构面粗糙度系数玫瑰图，并以此来描述岩石结构面三维粗糙度。本发明可以很好描述岩体结构面的三维粗糙度信息，解决了深部岩体结构面三维粗糙度信息难以获取的难题。

技术领域

本发明属于岩体工程与图像识别技术领域，具体涉及一种利用钻孔摄像技术获取孔壁岩体结构面图像并进行岩体结构面三维粗糙度描述的方法。该方法可以很好地描述岩体结构面的三维粗糙度信息，解决了深部岩体结构面三维粗糙度信息难以获取的难题。

背景技术

随着经济建设的快速发展，传统意义上的地球生存空间已经不能满足人类活动的需求，向地球深部寻求发展和生存空间已经成为世界范围内岩土工程建设和开发的共同趋势。近年来，国家对城市近地表三维空间利用、深部能源资源探测与开发逐渐重视，众多重大项目逐渐提上日程，而工程安全问题也随之增多。随着开发空间的深度增加，获取精细准确的深部岩体工程性质对工程的合理设计、预防施工过程中的地质灾害、保障安全生产有着重要意义。

岩体结构面的研究是分析岩体工程性质的基础性工作，众多研究和试验表明：岩体结构面的力学性质不仅与壁岩特性和结构面结合状态有关，而且还受结构面表面形态的影响。对于填充度较小的硬性结构面，结构面的表面形态是控制结构面力学性质的主要影响因素，但是以钻探取芯的方式获取深部岩体结构面信息有着诸多局限性。第一，钻探取芯过程中，由于岩心旋转移位，破坏了岩体结构面准确的产状信息，第二，钻头的高速旋转和钻井液在取芯管内的循环，对岩芯上结构面产生扰动，影响判断结构面闭合情况(张开度)、结构面充填情况。由此可知，以岩芯数据作为岩体结构面信息的来源，是不够精准的，因此，有必要提出一种原位测量技术，以直接测量钻孔孔壁上结构面方式，获取孔壁上结构面信息。钻孔摄像技术是近年来发展很成熟的原位测量技术，是对钻孔孔壁进行原位测量，获取岩体结构面信息。从数据来源上看，钻孔孔壁不受钻探取芯过程的影响，则在孔壁上得到的原位测量信息比在岩芯上测量得到的信息更为准确。

于是，本发明以钻孔摄像技术得到孔壁图像为基础数据来源，采用数字图像技术从钻孔孔壁平面展开图中提取出结构面轮廓线，并根据钻孔孔壁上结构面轮廓线具有三维信息的特点，计算各个方向上结构面轮廓线的分形维数，接着参照分形维数与结构面粗糙度系数(JRC)之间的对应关系，提出了一种全新的岩体结构面三维粗糙度描述方法，用以解决深部岩体结构面三维粗糙度信息难以获取的难题。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明的目的是在于提供了一种钻孔摄像技术的岩体结构面三维粗糙度描述方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种钻孔摄像技术的岩体结构面三维粗糙度描述方法，包括以下步骤：

步骤1、利用数字式钻孔摄像系统得到孔壁展开全景图；

步骤2、针对孔壁展开全景图中的每一个岩体结构面，采用Canny边缘提取算子，提取岩体结构面下壁面的特征点，并组合成岩体结构面下壁面的轮廓线；

步骤3、针对所获得的岩体结构面下壁面的特征点，采用了基于最小二乘法拟合原理的最优判据，根据正弦曲线模型，拟合出结构面拟合线，并根据结构面拟合线获得岩体结构面下壁面的基准平面，以及岩体结构面的倾向和倾角；

步骤4、获得岩体结构面下壁面的轮廓线沿着结构面拟合线方向的轮廓线展开曲线；

步骤5、对轮廓线展开曲线进行周向划分与重拼接形成拼接轮廓线；

步骤6、对拼接轮廓线进行线性插值运算，获得设定采样长度与设定采样精度的基准轮廓线；