一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD制造技术

一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD

【技术实现步骤摘要】
一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD
t
各向异性求解方法


[0001]本专利技术涉及一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD
t
各向异性求解方法，特别的是本专利技术基于摄影测量、模糊等价聚类、RQD指标、裂隙网络模型和广义RQD理论，反演计算出RQD
t
最佳阈值t的范围和最佳阈值t值，给出了RQD
t
各向异性的求解方法，提供了一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD
t
各向异性求解方法，属于RQD
t
各向异性求解领域。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]RQD是表征岩体质量的重要指标，RQD具有各向异性。如采用钻孔的方式获得RQD，不同的岩体部位得到的结果完全不同，RQD值结果将取决于方向，当钻孔方向与主要节理组平行时，得到较高的RQD值，当钻孔方向垂直于主要节理组方向时，会得到较低的RQD值。RQD的各向异性，从钻孔RQD到广义RQD的计算公式的拓展也可以看出。Deer在1964年提出了钻孔RQD的概念，由于钻孔RQD在应用时存在着如下两个缺点：对于不同工程规模岩体，100mm的阈值选取是否合理；钻孔钻探方向具有局限性，获得的RQD只能反映局部岩体情况，不能反映出RQD各向异性。因此，部分学者引入阈值t，提出了广义RQD的概念，即对任一间距阈值t，把沿某一测线方向大于t的间距之和与测线总长之比的百分数定义为广义RQD，用RQD
t
表示。广义RQD的引入，让RQD各向异性的求解成为了可能。
[0005]由RQD
t
概念可以知道，阈值t是广义RQD的一项特别重要的参数，是广义RQD能否真实反映出岩体质量的关键，但是阈值t具有任意性，不具有唯一性，因此寻找到能够表征出岩体质量的最佳阈值t，具有非常重要的科学意义和研究意义。
[0006]RQD
t
的阈值t受测线方向、结构面形态和分布特征的影响，而岩体中广泛发育的结构面，是破坏岩体连续性、完整性，控制岩体力学特征和稳定性的重要因素，对岩体质量起着控制性作用。结构面的发育模式和分布形态非常复杂，但同时，不同的节理组之间、节理和断层之间，又存在着一定的成生关系，构成某种特定的组合，表现出一定的规律性。因此，对结构面进行准确和有效的描述分析，获得结构面的产状和分布特征，是研究岩体质量的
基础，也是最佳阈值t的研究基础。摄影测量技术作为一种全新的、快速、高效、准确、全面地获取随机岩体结构面信息的方法，在求解结构面方位和规模信息方面显得尤为先进。聚类分析是统计学上研究分类问题的一种方法，它的任务是把所有的样本数据分配到若干的簇，使得同一簇的样本数据聚集在簇中心的周围，它们之间距离比较近，而不同簇样本数据之间的距离比较远。因此，通过数字摄影测量技术和模糊等价聚类分析，可以实现结构面数据的快速获取和快速处理分析，为RQD
t
的最佳阈值t的研究，提供数据基础。
[0007]国内外学者针对阈值t的研究，主要体现在以下两个方面：不同阈值t下的RQD
t
计算和最佳阈值t的研究。在不同阈值t下的RQD
t
计算方面，已有的研究主要是探讨阈值t的变化对RQD
t
值的影响，主要是通过模拟岩体裂隙网络模型，布置虚拟钻孔，以求解不同RQD
t
值，研究的载体是裂隙网络模型。但在这个方面的研究中，主要是为了研究RQD
t
的各向异性特征，对最佳阈值t的研究鲜有涉及。
[0008]在最佳阈值t的研究方面，有些学者也曾对最佳阈值t展开过探讨。如有的学者基于三维结构面网络模拟技术，运用分形理论分别计算其结构面分布的分形维数，通过不断改变广义RQD的阈值，得到不同阈值下的RQD
t
值，将各剖面的分形维数与广义RQD值对比分析，为准确选取广义RQD的最佳阈值提供依据。有的学者基于修改后的块度指数MBi，建立了35种假想的三维裂隙网络模型，测量了具有不同阈值的广义RQD值，确定广义RQD的最佳阈值。这两个方面的最佳阈值t的研究，适用条件都有一定的局限性，都是在特定理论和背景下的一种最佳阈值t求解方法，当背景或者模型变化了之后，其最佳阈值t将不再具有最佳性。而且，由于分形维数或者块度指数本身并不具备表征岩体质量的功能，通过分形维数或者块度指数获得的最佳阈值t，能否反映真实的岩体质量，还有值得商榷的地方。
[0009]因此，找到并提出一种最能反映出岩体质量的RQD
t
最佳阈值t的求解方法，具有非常重要的科学和研究意义，也是RQD
t
阈值t研究中亟需解决的问题。
[0010]RQD的各向异性直接影响岩体质量，RQD各向异性对岩体质量的影响机理，目前还尚未探索清楚。由于在阈值t方面，还尚未有学者给出最佳阈值t的求解计算方法，因此也没有得到基于最佳阈值t的RQD
t
各向异性计算公式，也尚未获得最能反映岩体质量的RQD
t
各向异性求解方法。而获得RQD
t
各向异性求解方法是研究岩体质量各向异性的基础和前提。
[0011]鉴于此，本专利技术提出了一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD
t
各向异性求解方法。

技术实现思路

[0012]为了实现岩体RQD
t
各向异性的求解计算，本专利技术提供了一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD
t
各向异性求解方法。本专利技术基于摄影测量、模糊等价聚类、RQD指标、裂隙网络模型和广义RQD理论，反演计算出RQD
t
最佳阈值t的范围和最佳阈值t值，给出了RQD
t
各向异性的求解方法，提供了一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD
t
各向异性求解方法。
[0013]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下的技术方案：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD
t
各向异性求解方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)结构面数字摄影测量快速获取，过程如下：1.1：根据观测区域岩体范围与空间位置，选取表面节理发育较好且无障碍物的岩体作为摄影测量区域，将标杆垂直的立于测量区域一侧，用于标定最后生成的三维图像上任意两点间的距离；1.2：在岩体表面选取一块露头的、区域比较大、比较平滑的结构面作为标定点，用罗盘测量出倾向及倾角，并做标记，用于后处理时图像的方位真实化；1.3：使用高分辨率相机，在选定区域正前方左、右位置，对岩体依次拍照，两次拍摄时，镜头离所测岩体的距离D及两次成像位置之间的距离B满足关系B＝D/8～D/5；1.4：测点数据采集完成后，取回标杆，返回室内作进一步后处理操作；1.5：将野外摄影测量所获取的左、右视图导入到软件分析系统，采用基准标定、像素点匹配、图像变形偏正纠正对左、右视图中的像素点进行匹配，合成岩体表面三维实体模型；1.6：根据标杆尺寸以及罗盘量出的标定点产状，进行三维实体模型方位、尺寸和距离的真实化；1.7：基于真实化的实体模型，识别定位出每条结构面，并导出结构面数据信息；(2)结构面极点图和走向玫瑰花图绘制；(3)基于RQD指标的岩体质量计算，过程如下：3.1：根据岩土类别和勘察要求，选择回旋钻探方法；3.2：采用75mm口径N型双层岩芯管和金刚石钻头，钻探口径和钻具规格符合现行国家标准的规定，成孔口径满足取样、测试和钻进工艺的要求；3.3：按设计钻孔位置，采用手持GPS测量进行实地定位，待钻孔结束后，使用GPS正式准确定测；3.4：在钻孔钻进过程中，每百米进行一次丈量，终孔后进行钻具丈量，每50m进行一次测斜、纠偏；3.5：岩芯采取率不小于75％；3.6：全孔进行地质编录，钻孔地质编录内容包括岩芯采取率、观测RQD值、裂隙频率随深度的直方图；3.7：对长度大于5cm的岩芯进行编号，并顺序装箱，岩芯箱按顺序号和回次号依次编号；3.8：按照岩石质量指标分类公式，计算岩石质量指标RQD值，公式如下：3.9：根据RQD值计算结果，确定岩体质量级别；(4)岩体三维裂隙网络模型生成和剖切；(5)RQD
t
各向异性图绘制；(6)基于RQD反演的最佳阈值t求解方法；(7)RQD
t
各向异性求解方法。2.如权利要求1所述的一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD
t
各向异性求解方法，其
特征在于，所述步骤(7)中，RQD
t
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RQD
t
值，每个裂隙网络模型求解出36个RQD
t
值；7.2：计算出每个裂隙网络模型上RQD
t
的最大值RQD
tmax
、最小值RQD
tmin
和均值7.3：根据研究方向和RQD
tmin
方向位置关系，结合方差进行修正，提出各向异性条件下RQD
t
的计算公式如下：式中：为RQD
t
的均值，RQD
′
t
为RQD
t
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RQD
tθ
值和方差D，按如下方法修正，当RQD
tθ
＝RQD
tmin
时，RQD
′
t
＝
‑
D，D为方差；当RQD
tθ
＝RQD
tmax
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：RQD
tθ
为θ角下的RQD
t
值，RQD
tmin
为阈值t下的RQD
t
最小值，a，b为相关系数；7.6：提出RQD
t
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RQD
t
的最大值RQD
tmax
、最小值RQD
tmin
和均值7.7.2：根据RQD
tθ
与RQD
tmax
、RQD
tmin
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RQD
t
各向异性计算公式中，得到与角度θ有关的RQD
t
各向异性公式；7.9：根据RQD
t
各向异性公式，求解出任意角度的RQD
t
值。3.如权利要求1所述的一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD
t
各向异性求解方法，其特征在于，所述步骤(6)中，基于RQD反演的最佳阈值t求解方法的过程如下：6.1：基于RQD指标反演RQD
t
范围，过程如下：6.1.1：根据RQD指标计算出的岩体质量级别，查找《岩石质量指标》表；6.1.2：在《岩体质量指标》表中，找到该岩体级别范围下，岩体对应的RQD指标范围；6.1.3：由RQD指标范围反演得到RQD
t
的范围；6.2：最佳阈值t求解方法，过程如下：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RQD
t
值；6.2.3：导出不同阈值t下的RQD
t
值，计算出RQD
t
均值；
6.2.4：以阈值t为横坐标，以RQD
t
的均值为纵坐标，绘制RQD
t
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RQD
t
随阈值t变化的曲线图；6.2.6：将反演出的RQD
t
范围值，带入到拟合出的RQD
t
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RQD
t
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所述的一种基于摄影测量、RQD和最佳阈值的RQD
t
各向异性求解方法，其特征在于，所述步骤(5)中，RQD
t
各向异性图绘制的过程如下：5.1：RQD
t
求解计算，过程如下：5.1.1：RQD
t
理论公式如下：式中：x
i
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，RQD
t
代表对应阈值t的岩石质量指标，即阈值t下的RQD
t
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：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...

【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：