基于激光扫描、BQ、RQD制造技术

一种基于激光扫描、BQ、RQD

【技术实现步骤摘要】
基于激光扫描、BQ、RQDt各向异性的Q各向异性求解方法
本专利技术涉及一种基于激光扫描、BQ、RQDt各向异性的Q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，并基于RQDt各向异性，给出了Q各向异性的求解方法，提供了一种基于激光扫描、BQ、RQDt各向异性的Q各向异性求解方法，属于Q各向异性求解领域。
技术介绍
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了这一点。例如，在巷道或高速公路隧道开挖过程中，会沿着主要节理组倾角出现非垂直性的变形破坏，或者隧道中的某一块岩体出现楔形块体掉落，进而造成整个岩体的失稳或者巷道的坍塌，这种失稳或坍塌对巷道开挖是非常不利的，不仅影响工程施工进度，更重要的是会造成严重的人员伤害或者财产安全。因此，研究并获得岩体质量的各向异性特征，具有重要的意义。Q和RQD是表征岩体质量的两个指标，Q和RQD具有各本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光扫描、BQ、RQD

【技术特征摘要】
1.一种基于激光扫描、BQ、RQDt各向异性的Q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；
(8)Q各向异性求解方法。


2.如权利要求1所述的基于激光扫描、BQ、RQDt各向异性的Q各向异性求解方法，其特征在于，所述步骤(8)中，Q各向异性求解方法的过程如下：
8.1：Q分类属于岩体隧道开挖质量分类法，其分类指标值Q计算公式如下：



式中：RQD为岩石质量指标；Jn为节理组数；Jr为节理粗糙度系数；Ja为节理蚀变系数；Jw为节理水折减系数；SRF为应力折减系数；
8.2：在Q分类中，岩石质量指标采用的是1964年Deer提出的RQD指标，考虑的为钻探时的岩芯完好程度，由于钻探的方向和钻孔深度的限制，钻孔RQD只能局部的反映岩体质量情况；但是岩石是各向异性的，为了真实的反映岩石的各向异性对Q的影响，基于RQDt的概念对Q进行修正，用RQDt值代替钻孔岩芯RQD值进行岩体质量Q的求解；
8.3：用求解出的RQDt各向异性公式对Q分类中的钻孔岩芯RQD进行替换，得到考虑岩体各向异性特征的Q′各向异性公式：






式中：RQDtθ为角度θ下的RQDt值；RQDtmin为阈值t下的RQD最小值；为RQDt的均值；a，b为相关拟合系数；Jn为节理组数；Jr为节理粗糙度系数；Ja为节理蚀变系数；Jw为节理水折减系数；SRF为应力折减系数；
8.4：基于Q′的各向异性公式，实现任意角度的岩体质量Q求解，实现Q的各向异性求解。


3.如权利要求1所述的基于激光扫描、BQ、RQDt各向异性的Q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。


4.如权利要求1所述的基于激光扫描、BQ、RQDt各向异性的Q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。


5.如权利要求1所述的基于激光扫描、BQ、RQDt各向异性的Q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...

【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