[发明专利]一种岩体三维裂隙网络模型快速自动生成和剖切方法

说明书

一种岩体三维裂隙网络模型快速自动生成和剖切方法，属于岩体表征技术领域，其步骤包括：(1)结构面三维激光扫描快速获取；(2)结构面极点图和产状玫瑰花图自动绘制系统研发；(3)岩体三维裂隙网络模型自动生成和剖切系统研发。本发明采用三维激光扫描技术快速获得结构面点云数据，基于近邻传播算法编程研发结构面极点图和产状玫瑰花图自动绘制系统，基于蒙特卡洛方法编程研发岩体三维裂隙网络模型自动生成和剖切系统，实现了结构面极点图、产状玫瑰花图、三维裂隙网络模型和二维裂隙网络模型的快速自动绘制。本发明方法手段快速自动，工程应用便捷。

技术领域

本发明涉及一种岩体三维裂隙网络模型快速自动生成和剖切方法，特别的是本发明采用三维激光扫描技术快速获得结构面点云数据，基于近邻传播算法编程研发结构面极点图和产状玫瑰花图自动绘制系统，基于蒙特卡洛方法编程研发岩体三维裂隙网络模型自动生成和剖切系统，将三维激光扫描技术、结构面极点图和产状玫瑰花图自动绘制、岩体三维裂隙网络自动生成和软件编程研发相结合，提供了一种岩体三维裂隙网络模型快速自动生成和剖切方法，属于岩体测量表征技术领域。

背景技术

岩体中广泛发育着结构面，破坏了岩体的连续性、完整性，在很大程度上影响、控制着岩体的稳定性。在漫长的地质历史演变过程中，岩体经历了不同大小、不同方向的多期构造应力场作用，加上岩体本身的非均质性，导致了岩体节理分布的随机性、形态多样性、分布的不均匀性和空间组合的复杂性。对岩体结构的研究及其性状的描述一直是工程地质和岩体力学领域的热点和难点。

结构面在岩体稳定性中起着至关重要的作用。如在岩质边坡稳定性分析中，结构面的产状对稳定性有着很大的影响，如岩体发育与边坡相同方向，且倾角小于边坡角的节理，就能导致边坡失稳，如果它们发育程度在密集，那将大大削弱边坡的稳定性。因此如何快速、有效的对结构面产状进行分析和描述，自动获得区域内结构面的产状和分布特征等，一直以来是岩体工程界最关心和亟待解决的关键技术问题。

目前国内外常用的结构面产状采集方法主要有测线法、精测线法、取样窗法和钻孔岩芯节理采集法。这些测量方法在施用时都面临着野外工作量大，误差大，效果不佳，不能满足现代化施工的需求。三维激光扫描技术作为一种高效的三维空间信息获取手段，在获取结构面方位和规模信息方面具有很大优势。其优点是通过精密的主动式激光传感器对目标物进行立体扫描，在不接触物体的情况下，高效精确的获取空间实体的三维表面信息，获取目标物的海量三维点云数据，快速实现被测物体的数字化和特征信息表达。因此，利用三维激光扫描技术，可以实现岩体结构面产状数据的快速大量获取。

常用的结构面产状统计方法有结构面玫瑰花图和极点图。结构面玫瑰花图是一种简单、清晰、直观的基础地质图件，在表征构造破裂面发育程度和优势方位方面应用广泛。其做法简单，醒目，能比较清楚的反映出主要节理的方向，有助于分析区域构造。在地质分析时，一般常把节理玫瑰花图，按测点位置标绘在地质图上，以清楚反映不同构造部位的节理、褶皱或断层的关系，综合分析出其局部应力的状况，大致确定主应力轴的性质和方向。其中，走向玫瑰花图多应用于节理产状比较陡峻的情况，倾向和倾角玫瑰花图多用于节理产状变化比较大的情况。产状玫瑰花图的缺点是只依据产状的分布进行分组，当同一产状有多组结构面时，产状玫瑰花图不能完全表示出来。