【技术实现步骤摘要】
一种基于激光扫描、BQ和最佳阈值的RQDt各向异性求解方法
本专利技术涉及一种基于激光扫描、BQ和最佳阈值的RQDt各向异性求解方法，特别的是本专利技术基于三维激光扫描、近邻传播算法、BQ指标、裂隙网络模型和广义RQD理论，反演计算出RQDt最佳阈值t的范围和最佳阈值t值，给出了RQDt各向异性的求解方法，提供了一种基于激光扫描、BQ和最佳阈值的RQDt各向异性求解方法，属于RQDt各向异性求解领域。
技术介绍
在自然界中，各向异性无处不在。岩体表现出非常明显的各向异性，其性质随观察角度和测量方向的变化而变化。岩体各向异性变化的起源可归结于地质起源，如沉积岩中独特的层理、玄武岩中独具的天然孔洞、片麻岩中的片麻状构造和板岩中的劈理，以及贯穿这些岩体的断层等。除了固有的地质起源造成的岩体各向异性外，一些其它因素也会影响岩体的各向异性，如岩体中节理组的产状和分布形态，岩体中的节理会造成岩体的应力各向异性，影响岩体的质量。岩体的外观和质量强烈的依赖于岩体的各向异性程度，岩体的稳定性是由岩体质量所决定的。一些地质现象也已经证明...
【技术保护点】
1.一种基于激光扫描、BQ和最佳阈值的RQD
【技术特征摘要】
1.一种基于激光扫描、BQ和最佳阈值的RQDt各向异性求解方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)结构面三维激光扫描快速获取，过程如下：
1.1：根据扫描目标和场地条件，选择扫描机位点，架设三脚架，架设中要确保仪器按照一定的扫描路线可以完整的获取边坡岩体的三维空间点云信息，同时要尽可能保证三脚架台面水平，并放置控制靶；
1.2：放置扫描仪主机在三脚架台面，固定旋钮，通过粗调脚架及微调扫描仪底座使主机气泡居中，设置扫描仪端口参数；
1.3：启动扫描控制软件，配置扫描仪相关参数，进入扫描仪控制界面，规划扫描角度，根据扫描目标设置扫描范围，调整相机配置参数，获取扫描目标图像；
1.4：固定扫描范围，获取扫描间距，设定采样间距，开始数据获取，并实时查看扫描点云数据及彩色信息情况，根据扫描成果随时调整扫描参数设定；
1.5：导出结构面点云数据；
(2)结构面极点图和倾向玫瑰花图绘制；
(3)基于BQ指标的岩体质量计算，过程如下：
3.1：根据结构面参数计算岩体完整性系数，公式如下：
式中：Jv为岩体体积节理数，单位条/m3；
3.2：Jv计算公式如下：
式中：L1，L2，...，Ln为垂直于结构面测线长度；N1，N2，...，Nn为同组结构面数目；
3.3：根据岩石单轴抗压强度值和岩体完整性系数值，计算BQ值：
BQ＝90+3Rc+250Kv
式中：Rc是岩石单轴抗压强度；Kv为岩体完整性系数；
3.4：在应用BQ计算公式过程中，遵循以下条件：
当Rc＞90Kv+30时，以Rc＝90Kv+30和Kv代入计算BQ值；
当Kv＞0.04Rc+0.4时，以Kv＝0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值；
3.5：根据地下水、软弱结构面产状和天然应力影响对BQ进行修正，修正公式如下：
[BQ]＝BQ-100(K1+K2+K3)
式中：K1为地下水影响修正系数；K2为软件结构面产状影响修正系数；K3为天然应力影响修正系数；
3.6：得到修正后的BQ岩体分级结果；
(4)岩体三维裂隙网络模型生成和剖切；
(5)RQDt各向异性图绘制；
(6)基于BQ反演的最佳阈值t求解方法；
(7)RQDt各向异性求解方法。
2.如权利要求1所述的一种基于激光扫描、BQ和最佳阈值的RQDt各向异性求解方法，其特征在于，所述步骤(7)中，RQDt各向异性求解方法的过程如下：
7.1：基于最佳阈值t和剖切的三个二维裂隙网络模型，求解出最佳阈值t下的RQDt值，每个裂隙网络模型求解出36个RQDt值；
7.2：计算出每个裂隙网络模型上RQDt的最大值RQDtmax、最小值RQDtmin和均值
7.3：根据研究方向和RQDtmin方向位置关系，结合方差进行修正，提出各向异性条件下RQDt的计算公式如下：
式中：为RQDt的均值，RQD′t为RQDt的修正系数；
7.4：修正系数RQD′t的求解考虑研究方向在某一具体方位角下的RQDtθ值和方差D，按如下方法修正，当RQDtθ＝RQDtmin时，RQD′t＝-D，D为方差；当RQDtθ＝RQDtmax时，RQD′t＝D；当时，RQD′t＝0；
7.5：根据修正系数RQD′t的求解过程，提出RQD′t修正公式如下：
式中：RQDtθ为θ角下的RQDt值，RQDtmin为阈值t下的RQDt最小值，a，b为相关系数；
7.6：提出RQDt各向异性计算公式如下：
7.7：相关系数a和b的求解，过程如下：
7.7.1：计算出每个裂隙网络模型上RQDt的最大值RQDtmax、最小值RQDtmin和均值
7.7.2：根据RQDtθ与RQDtmax、RQDtmin和以及方差的关系，求解出三组RQD′t值，并基于三组RQD′t值，绘制出散点图；
7.7.3：根据散点图做出拟合曲线，曲线截距即为a值，斜率即为b值，曲线方程即为RQD′t的修正公式；
7.8：将求解出的a、b值，带入到修正系数公式及RQDt各向异性计算公式中，得到与角度θ有关的RQDt各向异性公式；
7.9：根据RQDt各向异性公式，求解出任意角度的RQDt值。
3.如权利要求1所述的一种基于激光扫描、BQ和最佳阈值的RQDt各向异性求解方法，其特征在于，所述步骤(6)中，基于BQ反演的最佳阈值t求解方法的过程如下：
6.1：基于BQ指标反演RQDt范围
结合BQ分级计算出的岩体质量级别，查找《岩石质量指标》表，反演确定出该岩体级别下，RQDt范围值；
6.2：最佳阈值t求解方法
6.2.1：在三维裂隙网络模型上，过中心点O，以任意角度剖切三个剖面，得到三个二维裂隙网络模型，导出二维裂隙网络模型及数据；
6.2.2：针对每一个二维裂隙网络模型，设置不同的阈值t，求解出不同阈值t下的RQDt值；
6.2.3：导出不同阈值t下的RQDt值，计算出RQDt均值；
6.2.4：以阈值t为横坐标，以RQDt的均值为纵坐标，绘制RQDt随阈值t变化的散点图；
6.2.5：根据散点图，设置拟合方程，拟合RQDt随阈值t变化的曲线图；
6.2.6：将反演出的RQDt范围值，带入到拟合出的RQDt随阈值t变化的曲线图中，结合函数方程和曲线图，求解出在该RQDt范围内阈值t的范围，共得到三组阈值t的范围；
6.2.7：针对三组阈值t的范围，取其范围的交集，作为最佳阈值t的范围；
6.2.8：以最佳阈值t范围的中点值作为最佳阈值t值，得到最佳阈值t；
6.2.9：输出最佳阈值t的范围和最佳阈值t值。
4.如权利要求1所述的一种基于激光扫描、BQ和最佳阈值的RQDt各向异性求解方法，其特征在于，所述步骤(5)中，RQDt各向异性图绘制的过程如下：
5.1：RQDt求解计算
基于RQDt理论，确定出二维裂隙网络模型的中心点O，以每隔10°角度做射线，穿过岩体裂隙网络模型，求解出岩体36个方位的RQDt值，过程如下：
5.1.1：RQDt理论公式如下：
式中：xi表示沿某一测线方向的第i个大于给定阈值t的整段岩石或间距长度，RQDt代表对应阈值t的岩石质量指标，即阈值t下的RQDt值；
5.1.2确定二维裂隙网络模型的剖面中心点O、长度a和宽度b，以模型的左下角为坐标原点，水平向右为x轴，垂直向上为y轴，则中心点O坐标为：
边界方程为：
5.1.3：以O为起点，每隔α＝10°角绘制一条测线，与裂隙网络模型相交，共绘制36条测线，测线长度L等于O点到裂隙网络模型边界的距离，用L0～L35表示，则测线方程为：
式中：s表示测线，α表示角度；
5.1.4：判断测线与边界的交点，设测线方程与边界方程的交点为(xa，ya)，将测线方程与边界方程依次连立，判断测线是否与边界相交，原理如下：
5.1.5：求出测线与裂隙网络模型的边界方程交点(XZ，α，YZ，α)；
5.1.6：确定测线所在区间，原理如下：
5.1.7：根据裂隙网络模型中每条节理的起点坐标(Xb，Yb)和终点坐标(Xc，Yc)，建立相应的解析方程，定义节理方程如下：
5.1.8：求解第一条测线与各节理方程的交点，循环判断每个交点(Xj，Yj)范围，如果交点符合a＜Xj＜c且b＜Yj＜d，则记录该交点，遍历所有节理方程求出所有m个交点；
5.1.9：将记录的m个交点及测线起点坐标和终点坐标，按横坐标或纵坐标从小到大排序；
5.1.10：计算相邻交点的距离，公式如下：
x0＝a/2
y0＝b/2
xm+1＝XZ，α
ym+1＝YZ，α
5.1.11：输入一个阈值t；
5.1.12：循环比较di和t的大小，设初始lt＝0，规则如下：
lt＝lt+di，若di＞t
5.1.13：求解每条测线对应的RQDt值，用mα表示，以及对应的测线起点与终点的距离lα，公式如下：
5.1.14：循环求出每条测线所对应的mα，获得36个方向上的RQDt值；
5.2：RQDt各向异性图绘制
根据求解出的36个RQDt值，绘制出RQDt的各向异性图，过程如下：
5.2.1：将36个RQDt值，按角度顺序依次排...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡高建，刘杰，张贺，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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