一种岩体三维裂隙网络模型快速自动生成和剖切方法技术

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。本发明专利技术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。本发明专利技术方法手段快速自动，工程应用便捷。工程应用便捷。工程应用便捷。

【技术实现步骤摘要】
一种岩体三维裂隙网络模型快速自动生成和剖切方法


[0001]本专利技术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，特别的是本专利技术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


技术介绍

[0002]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。
[0003]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，结构面的产状对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩体三维裂隙网络模型快速自动生成和剖切方法，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。2.如权利要求1所述的岩体三维裂隙网络模型快速自动生成和剖切方法，其特征在于，所述步骤(3)中，岩体三维裂隙网络模型自动生成和剖切系统研发的过程如下：岩体三维裂隙网络模型自动生成和剖切系统研发，包括5个模块，分别为：数据自动导入模块、随机数自动求解模块、三维裂隙网络模型自动生成模块和二维裂隙网络模型自动切割模块；3.1：数据自动导入模块用于将处理好的结构面数据，自动导入到软件系统中；3.2：随机数自动求解模块基于蒙特卡洛方法和节理分布形态，自动的求解随机数，过程如下：3.2.1：伪随机数的产生，产生随机数的数学方法应满足以下条件：产生的随机数列应均匀分布在(0，1)区间；序列之间应无相关性；随机序列有足够长的重复周期，在计算机上产生的速度快，占有的内存空间小，具有完全可重复性；3.2.2：给定分布下随机变量数值的产生，Monte Carlo方法是根据确立的结构面几何概率模型，再现服从这种模型的结构面网络模型，该方法的核心是抽样数的随机性，高品质随机数可以得到良好的模拟结果，即在(0，1)区间上生成均匀分布随机变量ri，利用这些均匀随机变量产生服从其他分布的随机数；3.2.3：节理几何参数的密度函数常见有正态分布、对数正态分布、负指数分布、均匀分布四种；3.2.4：根据求得的随机数，确定用于生成节理的基本几何参数；3.3：三维裂隙网络模型自动生成模块根据确立的结构面几何概率模型，利用求得的随机数，确定出用于生成节理的基本几何参数，自动的再现出服从这种模型的结构面网络模型，过程如下；3.3.1：根据结构面数据自动统计结果和求得的随机数，将每组结构面的数据保存到一个文本文件中，用st.dat表示；
3.3.2：st.dat数据内容格式依次为：每条结构面圆盘中心点坐标(x，y，z)，圆盘半径D，倾角DA，倾向DD，走向SD，厚度thin，法向方向NX，NY，NZ和节理分组；3.3.3：为区分不同组别的结构面，对相同组的结构面圆盘赋予相同的颜色，用数列GID表示；3.3.4：利用Matlab软件，编写程序，读取结构面数据文件st.dat，运行后自动生成岩体三维裂隙网络模型；3.3.5：得到岩体三维裂隙网络模型；3.4：二维裂隙网络模型自动切割模块在三维裂隙网络模型的基础上，自动实现任意角度任意方位的二维裂隙网络模型自动切割，过程如下；3.4.1：在三维裂隙网络模型上，结合Matlab软件编程工具，以三维裂隙网络模型中心点为中心，实现任意角度的剖面切割功能；3.4.2：得到穿过中心点的任意角度的二维裂隙网络模型；3.4.3：在三维裂隙网络模型上，结合Matlab软件编程工具，在三维裂隙网络模型任意位置上，实现任意角度和方位的剖面切割功能；3.4.4：得到任意角度和方位的二维裂隙网络模型；3.4.5：将切割剖面上的数据，保存到st1.dat文件中，此时剖面处于三维坐标系下，文件中数据格式自左向右依次为：节理中心点坐标(x，y，z)，节理长度D，倾角DA，倾向DD，走向SD，厚度thin，法向方向NX，NY，NZ；3.4.6：将三维坐标系转化成二维坐标系，并将二维剖面数据保存到st2.dat文件中，文件中数据格式自左向右依次为：节理中心点坐标(x，y)，节理长度D，倾角DA，倾向DD，厚度thin，法向方向NX，NY，NZ；3.5：数据自动输出模块自动的实现三维裂隙网络模型的数据输出和任意二维裂隙网络模型的数据输出，过程如下；3.5.1：自动输出st.dat文件数据信息；3.5.2：自动输出st1.dat文件数据信息；3.5.3：自动输出st2.dat文件数据信息。3.如权利要求1或2所述的岩体三维裂隙网络模型快速自动生成和剖切方法，其特征在于，所述步骤(2)中，结构面极点图和产状玫瑰花图自动绘制系统研发的过程如下：结构面极点图和产状玫瑰花图自动绘制系统采用C++ Builder开发工具编程，采用逐步求解的结构化软件设计方法，包括8个模块，分别为：点云数据自动处理模块、近邻传播算法自动计算模块、极点图自动绘制模块、结构面自动统计分析模块、数据自动输出模块、走向玫瑰花图自动绘制模块、倾向玫瑰花图自动绘制模块和倾角玫瑰花图自动绘制模块；2.1：点云数据自动处理模块用于将三维激光扫描获得的结构面点云数据，自动进行处理，获得以单位法向量表示的结构面产状，过程如下；2.1.1：自动导入结构面点云数据；2.1.2：计算拓扑构造后的点云中当前点与相邻点的距离与距离均值，通过距离阈值对
点云数据中噪声点进行识别、剔除；2.1.3：根据三维激光扫描仪自身空间坐标位置和现场结构面产状方位，确定点云数据的空间三维坐标；2.1.4：基于下半球等角度投影方法进行点云数据的转换；2.1.5：将以倾向α
d
和倾角β
d
表示的节理产状数据转换为以节理单位法向量表示的结构面产状数据，设α
n
和β
n
分别为结构面单位法向量的倾伏向和倾伏角，对于任意结构面的单位法向量表示为X＝(x1，x2，x3)，此时半球面上每个点都对应一个节理产状，公式为：X＝(x1，x2，x3))α
d
∈(0，360)，β
d
∈(0，90)2.1.6：得到以单位法向量表示的结构面数据；2.2：近邻传播算法自动计算模块基于近邻传播算法，自动实现结构面产状的聚类分析，过程如下：2.2.1：设结构面的实测样本数量为N，每个样本数据的倾向为X
i
，倾角为Y
i
，i∈(1，N)；以每个样本数据的倾向X
i
，倾角Y
i
作为一个聚类，确定一个初始聚类中心，共得到N个初始聚类中心；2.2.2：通过相似性度量准则，遍历所有样本数据，计算每个样本数据距离聚类中心的距离，并将每个样本数据分配到距离它最近的聚类中心，得到N组数据；2.2.3：对于每组数据，通过特征模量分析方法，求解计算每组数据的聚类中心，假设某组内存在l个数据，则聚类中心按如下方法求解：2.2.4：首先，按如下公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡高建，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：