[发明专利]一种岩石结构面粗糙度系数精细化表征方法

摘要

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。

主权项

1.一种岩石结构面粗糙度系数精细化表征方法，其特征在于，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st1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：首先构建出一个n×3的空矩阵，其中n为总点数；矩阵中每一行代表一个点的坐标数据，第一列代表x坐标，第二列代表y坐标，第三列代表z坐标；搜索y坐标的最小值y₀，令y₀作为矩阵的第一行第二列的元素，从y坐标为y₀的所有点中选出x坐标最小的值x₀，令x₀作为第一行第一列元素，同时令x坐标为x₀，y坐标为y₀对应的该点的z坐标z₀作为第一行第三列元素；令y₀作为第二行第二列元素，y坐标为y₀的所有点中选出x坐标第二小的值x₁作为第二行第一列元素，令x坐标为x₁，y坐标为y₀对应点的z坐标z₁作为第二行第三列元素；以此类推，直到y坐标为y₀的所有点坐标都已经放入矩阵，再将下一行第二列元素换成所有y坐标中的次小值y₁，同理直到将所有的点坐标放入该n×3矩阵，完成正则排序处理；所得到的坐标数据用于计算沿x轴方向的结构面轮廓线JRC值；如要对沿y轴方向的结构面轮廓线JRC值进行计算分析，则先进行类似的正则排序操作；(5)计算点云数据中所有结构面轮廓线的JRC值先计算所有结构面轮廓线的特征参数Z₂，Z₂为一阶导数均方根；然后基于Z₂由估算公式计算出每条结构面轮廓线的JRC值；其中，对于y坐标相同x坐标不同的点构成x方向上的结构面轮廓线，根据以下公式计算Z₂和JRC值：JRC＝65.18tan(Z₂)‑3.88式中，L为曲线投影长，N为线段上的点个数，i为自然数；对于x坐标相同y坐标不同的点构成y方向上的结构面轮廓线，根据以下公式计算Z₂和JRC值：JRC＝65.18tan(Z₂)‑3.88其中，L为曲线投影长，N为线段上的点个数，i为自然数；通过上述计算，获得整个岩石结构面上的数千条不同位置轮廓线的JRC值；(6)绘制JRC数值频率分布直方图通过对数千个JRC值进行统计分析，计算出均值、方差和变异系数；绘制JRC数值频率分布直方图，并以此实现整个岩石结构面JRC值的精细化表征。