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原位測(cè)試

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ShapeMetriX 3D智能化解決巖體結(jié)構(gòu)面測(cè)量統(tǒng)計(jì)問(wèn)題

發(fā)布時(shí)間：2023-07-12 瀏覽次數(shù)：29567 來(lái)源：歐美大地

巖體是地質(zhì)體的一部分，是非均質(zhì)的、各向異性的不連續(xù)體。巖體中力學(xué)強(qiáng)度較低的部位或巖性相對(duì)軟弱的夾層，構(gòu)成巖體的不連續(xù)面，稱為結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面實(shí)際上是地質(zhì)發(fā)展歷史中巖體內(nèi)形成的具有一定方向、一定規(guī)模、一定形態(tài)和一定特征的地質(zhì)界面。結(jié)構(gòu)面的幾何特征直接控制巖體中巖塊的大小，同時(shí)控制巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析和地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析中的邊界條件，即控制滑體的形狀、規(guī)模及其趨勢(shì)。

對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面的分布狀況進(jìn)行研究，必須有巖體結(jié)構(gòu)面要素的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料。對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面要素的測(cè)量是進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)面分布狀況研究的第一步，要素測(cè)量的準(zhǔn)確度的高低直接影響到研究和分析結(jié)果的可靠性。

結(jié)構(gòu)面的測(cè)量要素

巖體結(jié)構(gòu)面根據(jù)其發(fā)育程度和規(guī)模劃分為五級(jí)，在此基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)體作了相應(yīng)的劃分。對(duì)不同規(guī)模的工程地質(zhì)問(wèn)題，要抓住相應(yīng)級(jí)別的結(jié)構(gòu)體及相應(yīng)級(jí)別的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前工程地質(zhì)領(lǐng)域所涉及的巖體結(jié)構(gòu)，其定義的“ 整體結(jié)構(gòu)” 的結(jié)構(gòu)面間距只大于1m，其它的幾種結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)面間距都小于1m，具有這種間距的結(jié)構(gòu)面既不可能只是區(qū)域性大斷裂，也不可能只是中、小斷層，而主要應(yīng)當(dāng)是巖體中大量存在的隨機(jī)分布的裂隙。
對(duì)于礦山、水利等工程中的堅(jiān)硬巖石而言，由于巖石的強(qiáng)度高、抗變形能力強(qiáng)，在荷載作用下結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性不會(huì)出現(xiàn)大的問(wèn)題，因而結(jié)構(gòu)面成為控制巖體力學(xué)性能的主導(dǎo)因素，因而要特別重視對(duì)結(jié)構(gòu)面的研究。
國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)室和野外試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化專門(mén)委員會(huì)于1978年推薦了巖體不連續(xù)面定量描述的方法，其中規(guī)定了對(duì)結(jié)構(gòu)面十個(gè)方面特征的測(cè)定或描述方法，包括方位、間距、延續(xù)性、粗糙度、側(cè)壁抗壓強(qiáng)度、張開(kāi)度、被充填情況、滲流、組數(shù)和塊體大小。

由于巖體中結(jié)構(gòu)面方向不同，形態(tài)、特征各異，規(guī)模間距也存在差異，特別是它們相互交切形成的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使巖體具有不連續(xù)性和不確定性的特征，結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)成為巖體定量描述的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬的需要，結(jié)構(gòu)面的測(cè)量要素主要為：起止點(diǎn)、走向、傾向、跡長(zhǎng)等，其它特征可由這幾個(gè)要素間接反映或在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定性描述。

常用的結(jié)構(gòu)面測(cè)量方法

目前，巖體結(jié)構(gòu)面的測(cè)量方法可分為兩類：測(cè)線統(tǒng)計(jì)法和統(tǒng)計(jì)窗法。
● 測(cè)線統(tǒng)計(jì)法
這是目前測(cè)量和取得巖體結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)最方便、最實(shí)用的方法，由國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)推薦。測(cè)量方法是在巖體出露處拉一條直線，然后測(cè)量與直線相交的結(jié)構(gòu)面的幾何參數(shù)，并描述各不連續(xù)面的交點(diǎn)位置、產(chǎn)狀、可見(jiàn)跡長(zhǎng)、張開(kāi)度、充填情況、水流情況等。結(jié)構(gòu)面間距經(jīng)換算才能得到。
● 統(tǒng)計(jì)窗法
在巖體出露面上布置一個(gè)長(zhǎng)為a、寬為b的矩形范圍即統(tǒng)計(jì)窗口，統(tǒng)計(jì)與該窗口呈包容、相切、相交關(guān)系的所有結(jié)構(gòu)面，記錄每條結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、跡長(zhǎng)和其它特征，以及結(jié)構(gòu)面與統(tǒng)計(jì)窗的關(guān)系類型。用此法可獲得比測(cè)線統(tǒng)計(jì)法更多、更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)面描述資料。
國(guó)內(nèi)外許多研究者采用上述兩種方法對(duì)多項(xiàng)工程進(jìn)行了巖體結(jié)構(gòu)面的研究，取得了豐富的成果。但是，這兩種測(cè)量方法還存在不足。
運(yùn)用測(cè)線統(tǒng)計(jì)法時(shí)，如果測(cè)線方向不同，則測(cè)量的結(jié)果之間可能存在較大的差異。測(cè)線統(tǒng)計(jì)法只測(cè)量和記錄了與測(cè)線相交的結(jié)構(gòu)面的參數(shù)，可能漏掉測(cè)線兩側(cè)離測(cè)線較遠(yuǎn)處的結(jié)構(gòu)面。統(tǒng)計(jì)窗法雖然測(cè)量和統(tǒng)計(jì)了窗口范圍內(nèi)所有的結(jié)構(gòu)面的參數(shù)，但其窗口寬度一般比測(cè)線法的測(cè)線長(zhǎng)度小，存在著窗口布置是否有代表性的問(wèn)題。

測(cè)線統(tǒng)計(jì)法和統(tǒng)計(jì)窗法記錄和統(tǒng)計(jì)的都只是結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、跡長(zhǎng)、組數(shù)等要素，各結(jié)構(gòu)面跡線與測(cè)量基點(diǎn)的相對(duì)位置都沒(méi)有記錄，以往常用的結(jié)構(gòu)面模擬方法中也不要求使用這些數(shù)據(jù)，只需結(jié)構(gòu)面的平均跡長(zhǎng)、平均傾向、分布形式等參數(shù)。用這兩種結(jié)構(gòu)面測(cè)量方法只能獲得巖體結(jié)構(gòu)面純粹統(tǒng)計(jì)意義上的結(jié)果，不可能真正反映結(jié)構(gòu)面的賦存特征，而僅僅是對(duì)結(jié)構(gòu)面的一種近似抽象。
要真正地對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分析并得出更可信的分析結(jié)論，在結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬時(shí)，就應(yīng)該盡可能模擬出結(jié)構(gòu)面的自然賦存狀況，因此，在對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，就應(yīng)測(cè)量和記錄除以往的方法所需的數(shù)據(jù)外，還應(yīng)重點(diǎn)測(cè)量和記錄各結(jié)構(gòu)面的相對(duì)位置，即各結(jié)構(gòu)面跡線的起點(diǎn)和終點(diǎn)相對(duì)于測(cè)量基點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)。

ShapeMetrix 3D系統(tǒng)是一款專業(yè)的巖體結(jié)構(gòu)面測(cè)量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)。可以通過(guò)手持相機(jī)或者無(wú)人機(jī)拍攝照片，將照片輸入到軟件中生成巖體三維地質(zhì)模型。然后可以在軟件中，對(duì)三維模型進(jìn)行地質(zhì)測(cè)量，包括產(chǎn)狀測(cè)量、坐標(biāo)測(cè)量、面積測(cè)量、長(zhǎng)度測(cè)量等。軟件可以按照一定的規(guī)則，將產(chǎn)狀相近的結(jié)構(gòu)面劃分為一組，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)跡長(zhǎng)、間距等參數(shù)。還可以快速生成赤平投影圖，并輸出報(bào)告。

ShapeMetriX 3D采用一臺(tái)標(biāo)定的照相機(jī)，從兩個(gè)不同的角度來(lái)對(duì)指定的區(qū)域進(jìn)行成像，然后輸入計(jì)算機(jī)中合成三維模型。ShapeMetriX 3D工作過(guò)程如下：

01 利用相機(jī)從兩個(gè)方向?qū)r體拍攝兩張照片，輸入到軟件內(nèi)。