基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法技术

本发明专利技术涉及工程地质勘测分析领域，其公开了一种基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法，以供地质勘察人员在野外环境下简便快速地对可能滑移的块体进行多方面的分析，直观地做出边坡稳定性状态评价，同时可以定性分析人开挖边坡后稳定性情况。该方法包括：A、采集工程区域岩体结构地质数据信息；B、将地质数据信息导入三维实景平台生成三维地形；C、确定待分析天然岩质边坡；D、在待分析天然边坡范围内，筛选出所有结构面数据信息；E、在三维实景平台中切割出块体；F、根据极射赤平投影法生成边坡稳定性分析报告；G、根据施工方案，输入人工边坡数据；H、根据极射赤平投影法、天然边坡数据与人工边坡数据，生成稳定性报告。

【技术实现步骤摘要】
基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法
本专利技术涉及工程地质勘测分析领域，特别涉及一种基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法。
技术介绍
岩质边坡块体的稳定性分析问题历来是地质工程、岩石工程中重要的基础性工作[1]。边坡块体的变形和破坏主要是受岩体中发育的各类结构面所控制。结构面是指岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面。根据地质力学的原理，裂隙、层面、断层等岩体的主要结构面可以分成大致相互平行的若干组，而其中一些相交的结构面将某些临空的边坡岩体切割成可滑动块体，在重力及其他因素的作用下，这些块体将沿着结构面产生滑动。极射赤平投影(以下简称赤平投影)用来分析边坡块体稳定一直是一种很好的方式，拥有极好的可操作性，方便快捷、直观形象且应用广泛。基于该方法的理论研究已非常成熟。但在实用操作方面，赤平投影法仍存在诸多弊端。比如需要提前绘制“吴氏网”，以及携带一些作图工具，这使得该方法不便用于野外操作；传统的手动绘图准确度不高；无法表示斜坡几何要素的绝对规模，如平面的大小、直线的长短和点间的距离等[2]。这些使得该方法存在着很大的局限性。庞庆山[3]等人曾专利技术了一个赤平投影仪，将吴氏网和透明纸安装在一个小型仪器里，解决了野外勘测中仪器不便于携带等问题。但其使用方法仍属于传统的手绘投影，作图过程相对繁琐且准确度不高；薛健和李建勇[4]基于该理论专利技术了一种“块体理论赤平投影的三维可视化方法”，其主要实现方法是将以往的投影方式通过投影球而非平面方式展示出来，通过计算机编程作图增加了表现力，并在此基础上研究块体的稳定。但该方法没有结合三维实景平台，缺少实景效果，功能单一，且可操作性不强。随着科技的发展，新技术与传统方法的整合已然成为一种趋势。一方面，GPS定位技术已日臻完善，这使得地质工作者在获取地质数据方面得以更加精确和快捷；另一方面，通过无人机航拍进行三维地形建模的技术也逐渐成为主流，这使得以往的记录结构面信息的方式更为有效。综合上述问题，本专利技术结合GPS、无人机、平板电脑、数据库和三维建模等软硬件设备，依托赤平投影理论，专门为地质勘察人员在野外环境下提供了一种快速、实时的块体稳定性分析手段。参考文献：[1]朱根深,张亮.赤平投影法在岩质边坡稳定性分析中的应用[J].岩土工程与地下工程,2014,34(4):115-117.[2]刘洪,陈福春.基于极射赤平投影的岩质边坡稳定性评价和防治措施[J].地质灾害与环境保护,2012,23(3):93-98.[3]庞庆山,赵荣,朱焕来,张绍臣,刘吉余.一种赤平投影仪[P].专利技术专利ZL201120125419.1,2011.[4]薛健,李建勇.块体理论赤平投影的三维可视化方法[P].专利技术专利ZL201210253763.8,2012.
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法，以供地质勘察人员在野外环境下简便快速地对可能滑移的块体进行多方面的分析，包括：在野外环境下，快速、准确地确定边坡上结构面和边坡临空面的空间组合关系，确定边坡上可能不稳定块体的几何形态、规模大小，接触面面积，以及不稳定结构体的可能变形位移方向，直观地做出边坡稳定性状态评价，同时可以定性分析人开挖边坡后稳定性情况。本专利技术解决上述技术问题所采用的方案是：基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法，包括以下步骤：步骤A、采集工程区域岩体结构地质数据信息；步骤B、将地质数据信息导入三维实景平台生成三维地形，并将地质数据信息嵌入地形数据；步骤C、确定待分析天然岩质边坡；步骤D、在待分析天然边坡范围内，筛选出所有结构面数据信息；步骤E、根据结构面信息，在三维实景平台中切割出块体；步骤F、根据极射赤平投影法，快速生成边坡稳定性分析报告；步骤G、根据施工方案，输入人工边坡数据；步骤H、根据极射赤平投影法、天然边坡数据与人工边坡数据，快速生成稳定性报告。作为进一步优化，步骤A中获取地质数据信息的方式包括：罗盘测量、GPS定位以及无人机航拍，这些数据被采集后被存入数据库。作为进一步优化，步骤B中的三维实景平台，是工程地质野外编录区域所对应的带实景贴图的三维地形模型，是由无人机航拍获取的影像和高程数据叠加处理形成的能够准确表征野外地形环境的三维数字场景。作为进一步优化，步骤C中所述确定待分析边坡，由用户通过触控平板电脑屏幕的方式圈选地形而实现。作为进一步优化，步骤D中所述筛选出所有结构面数据信息，是在已存档于地质信息数据库中进行搜索圈选范围内所有结构面信息，包括地质点坐标、倾向和倾角。作为进一步优化，步骤E中所述在三维实景平台中切割出块体，包括：以结构面的产状和标记点的坐标为基础生成可视化结构面，由结构面的交汇切割出块体。作为进一步优化，步骤F具体包括：步骤F1、建立投影球、赤平面、基圆、极射点、经向大圆的数学模型；步骤F2、获取边坡以及边坡内结构面的倾向、倾角信息，建立边坡及结构面的数学方程；步骤F3、做赤平投影图，做块体分析，包括可能滑动的块体以及滑动方向、滑动面面积以及块体体积。作为进一步优化，步骤G中输入的人工边坡数据为施工方案中拟定的待开挖的人工边坡的倾向、倾角。作为进一步优化，步骤H具体包括：步骤H1、添加设计边坡数据；步骤H2、建立投影球、赤平面、基圆、极射点、经向大圆的数学模型；步骤H3、确定边坡以及边坡内结构面的倾向、倾角信息，建立边坡及结构面的数学方程；步骤H4、做赤平投影图，做块体分析，包括可能滑动的块体以及滑动方向、滑动面面积以及块体体积。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过结合三维地质实景平台，使用计算机技术实现了对边坡块体的稳定性分析，将传统的分析过程简单化、形象化、易于操作，并从多个方面丰富了传统的分析手段，为野外地质工程勘测人员提供了便捷的快速块体分析方法，具有很好的实用性。附图说明图1为基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法流程图。具体实施方式本专利技术旨在提供一种基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法，以供地质勘察人员在野外环境下简便快速地对可能滑移的块体进行多方面的分析，直观地做出边坡稳定性状态评价，同时可以定性分析人开挖边坡后稳定性情况。如图1所示，本专利技术中的基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法包括以下实施步骤：步骤A、数据的采集需要工程地质勘测人员于现场使用罗盘、GPS定位装置采集；步骤B、导入数据可通过手动输入及电子设备的有线或无线传输；步骤C、圈选待分析边坡：通过顺序点触三维地形，系统按点触顺序生成贴合地形表面的曲线，当形成封闭环时，则确定封闭环内的地形为待分析区域；步骤D、在遍历地质数据标记点的信息，在以待分析区域为基础，提取在些区域中的数据点，确定这些点为建立结构面(或临空面)模型的基础点；步骤E、以上一步中搜索到的点的坐标及产状生成结构面，结构面平面方程为：sinαsinβ(x-x0)+sinαcosβ(y-y0)+cosα(z-z0)＝0(1)其中，结构面(或临空面)的倾角为α，倾向β，标记点的坐标为(x0,y0,z0)，结构面的法向量为(sinαsinβ,sinαcosβ,cosα)；切割块体的方法为，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、采集工程区域岩体结构地质数据信息；步骤B、将地质数据信息导入三维实景平台生成三维地形，并将地质数据信息嵌入地形数据；步骤C、确定待分析天然岩质边坡；步骤D、在待分析天然边坡范围内，筛选出所有结构面数据信息；步骤E、根据结构面信息，在三维实景平台中切割出块体；步骤F、根据极射赤平投影法，快速生成边坡稳定性分析报告；步骤G、根据施工方案，输入人工边坡数据；步骤H、根据极射赤平投影法、天然边坡数据与人工边坡数据，快速生成稳定性报告。

【技术特征摘要】
1.基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、采集工程区域岩体结构地质数据信息；步骤B、将地质数据信息导入三维实景平台生成三维地形，并将地质数据信息嵌入地形数据；步骤C、确定待分析天然岩质边坡；步骤D、在待分析天然边坡范围内，筛选出所有结构面数据信息；步骤E、根据结构面信息，在三维实景平台中切割出块体；步骤F、根据极射赤平投影法，快速生成边坡稳定性分析报告；步骤G、根据施工方案，输入人工边坡数据；步骤H、根据极射赤平投影法、天然边坡数据与人工边坡数据，快速生成稳定性报告。2.如权利要求1所述的基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法，其特征在于，步骤A中获取地质数据信息的方式包括：罗盘测量、GPS定位以及无人机航拍，这些数据被采集后被存入数据库。3.如权利要求1所述的基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法，其特征在于，步骤B中的三维实景平台，是工程地质野外编录区域所对应的带实景贴图的三维地形模型，是由无人机航拍获取的影像和高程数据叠加处理形成的能够准确表征野外地形环境的三维数字场景。4.如权利要求1所述的基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法，其特征在于，步骤C中所述确定待分析边坡，由用户通过触控平板电脑屏幕的方式圈选地形而实现。5.如权利要求1所述的基于三维实景和赤平投影的岩石块体稳定性快速评价方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世殊，李明超，王刚，韩帅，石伟明，田华兵，王孜越，刘仕勇，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，天津大学，
类型：发明
国别省市：四川,51