[发明专利]一种岩石结构面表面基准面的确定方法

摘要

本发明涉及一种岩石结构面表面基准面的确定方法，属于岩土力学技术领域。本发明采用三维白光扫描仪扫描岩石结构面表面，获得岩石结构面表面的点云数据；然后用MATLAB软件读入岩石结构面表面的点云数据，根据中位基准面的确定原理，识别并确定岩石结构面表面的中位基准面；最后根据基准面方程，确定中位基准面的中心点O^’、构造平移矩阵M、旋转矩阵R，进一步利用MATLAB软件得到在中位基准面基准下岩石结构面表面的点云数据。本发明可以识别并确定岩石结构面的中位基准面，得到在中位基准面基准下岩石结构面表面的点云数据，有效地解决了三维白光扫描获得的点云数据无法直接对岩石结构面表面进行定量描述的问题。

主权项

一种岩石结构面基准面的确定方法，其特征在于，所述测量方法按以下步骤进行：①对岩石试件的结构面表面进行处理，利用三维白光扫描仪扫描岩石结构面表面，获得在标志点全局坐标系下岩石结构面表面的三维点云数据，三维点云数据以X、Y、Z三维坐标的形式输出；②利用计算机软件将三维点云数据读入，存入一个N行3列的矩阵A中，其中N为点云数量，第一列、第二列、第三列分别存入每一点的X、Y、Z的值；③利用计算机软件，识别确定岩石结构面表面的中位基准面；中位基准面用一个平面函数来表示被测量表面的基准面方程，函数形式为z＝a+bx+cy，利用计算机软件对函数求偏导，自动求出函数中的a、b、c的值，从而在标志点全局坐标系X‑Y‑Z中确定结构面表面的中位基准面，并进行显示；④根据求出的基准面方程，确定中位基准面的中心点O’为[0，0，a]，构造平移矩阵M、旋转矩阵R；$M=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& -a& 1\end{array}\right]$         公式1$R=\begin{array}{c}\left[\begin{array}{cccc}\sqrt{\frac{c^2+1}{b^2+c^2+1}}& 0& \frac{b}{\sqrt{(b^2+c^2+1)}}& 0\\ -\frac{\mathrm{bc}}{\sqrt{(c^2+1)(b^2+c^2+1)}}& \frac{1}{\sqrt{c^2+1}}& \frac{c}{\sqrt{(b^2+c^2+1)}}& 0\\ \frac{b}{\sqrt{(c^2+1)(b^2+c^2+1)}}& \frac{c}{\sqrt{c^2+1}}& -\frac{1}{\sqrt{(b^2+c^2+1)}}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\end{array}$       公式2⑤利用平移矩阵和旋转矩阵，输出岩石结构面中位基准面基准下的岩石结构面表面的数据，构造N行4列的矩阵B，N为点云数量，矩阵的第一列、第二列、第三列分别为X、Y、Z的值，第四列为元素全为数值“1”；利用平移矩阵和旋转矩阵，在计算机上的软件中进行B×M×R运算，对运算结果进行处理后，得到岩石结构面中位基准面基准下的结构面表面的数据，并输出其数据。