ShapeMetriX 3D智能化解决岩体结构面测量统计问题

2023-07-12 15:23:30, 原位测试广州欧美大地仪器科技有限公司

岩体是地质体的一部分，是非均质的、各向异性的不连续体。岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，称为结构面。结构面实际上是地质发展历史中岩体内形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特征的地质界面。结构面的几何特征直接控制岩体中岩块的大小，同时控制岩质边坡稳定性分析和地下洞室围岩稳定性分析中的边界条件，即控制滑体的形状、规模及其趋势。

对岩体结构面的分布状况进行研究，必须有岩体结构面要素的现场实测资料。对岩体结构面要素的测量是进行岩体结构面分布状况研究的第一步，要素测量的准确度的高低直接影响到研究和分析结果的可靠性。

结构面的测量要素

岩体结构面根据其发育程度和规模划分为五级，在此基础上对结构体作了相应的划分。对不同规模的工程地质问题，要抓住相应级别的结构体及相应级别的结构面进行评价。目前工程地质领域所涉及的岩体结构，其定义的“ 整体结构” 的结构面间距只大于1m，其它的几种结构体的结构面间距都小于1m，具有这种间距的结构面既不可能只是区域性大断裂，也不可能只是中、小断层，而主要应当是岩体中大量存在的随机分布的裂隙。

对于矿山、水利等工程中的坚硬岩石而言，由于岩石的强度高、抗变形能力强，在荷载作用下结构体的稳定性不会出现大的问题，因而结构面成为控制岩体力学性能的主导因素，因而要特别重视对结构面的研究。

国际岩石力学学会实验室和野外试验标准化专门委员会于1978年推荐了岩体不连续面定量描述的方法，其中规定了对结构面十个方面特征的测定或描述方法，包括方位、间距、延续性、粗糙度、侧壁抗压强度、张开度、被充填情况、渗流、组数和块体大小。

由于岩体中结构面方向不同，形态、特征各异，规模间距也存在差异，特别是它们相互交切形成的复杂的结构面网络系统，使岩体具有不连续性和不确定性的特征，结构面网络成为岩体定量描述的重点和难点。因此，根据岩体结构面网络模拟的需要，结构面的测量要素主要为：起止点、走向、倾向、迹长等，其它特征可由这几个要素间接反映或在现场进行定性描述。

常用的结构面测量方法

目前，岩体结构面的测量方法可分为两类：测线统计法和统计窗法。

● 测线统计法

这是目前测量和取得岩体结构面数据最方便、最实用的方法，由国际岩石力学学会推荐。测量方法是在岩体出露处拉一条直线，然后测量与直线相交的结构面的几何参数，并描述各不连续面的交点位置、产状、可见迹长、张开度、充填情况、水流情况等。结构面间距经换算才能得到。

● 统计窗法

在岩体出露面上布置一个长为a、宽为b的矩形范围即统计窗口，统计与该窗口呈包容、相切、相交关系的所有结构面，记录每条结构面的产状、迹长和其它特征，以及结构面与统计窗的关系类型。用此法可获得比测线统计法更多、更详细的结构面描述资料。

国内外许多研究者采用上述两种方法对多项工程进行了岩体结构面的研究，取得了丰富的成果。但是，这两种测量方法还存在不足。

运用测线统计法时，如果测线方向不同，则测量的结果之间可能存在较大的差异。测线统计法只测量和记录了与测线相交的结构面的参数，可能漏掉测线两侧离测线较远处的结构面。统计窗法虽然测量和统计了窗口范围内所有的结构面的参数，但其窗口宽度一般比测线法的测线长度小，存在着窗口布置是否有代表性的问题。

测线统计法和统计窗法记录和统计的都只是结构面的产状、迹长、组数等要素，各结构面迹线与测量基点的相对位置都没有记录，以往常用的结构面模拟方法中也不要求使用这些数据，只需结构面的平均迹长、平均倾向、分布形式等参数。用这两种结构面测量方法只能获得岩体结构面纯粹统计意义上的结果，不可能真正反映结构面的赋存特征，而仅仅是对结构面的一种近似抽象。

要真正地对结构面进行分析并得出更可信的分析结论，在结构面网络模拟时，就应该尽可能模拟出结构面的自然赋存状况，因此，在对岩体结构面现场测量时，就应测量和记录除以往的方法所需的数据外，还应重点测量和记录各结构面的相对位置，即各结构面迹线的起点和终点相对于测量基点的相对坐标。

ShapeMetrix 3D系统是一款专业的岩体结构面测量统计系统。可以通过手持相机或者无人机拍摄照片，将照片输入到软件中生成岩体三维地质模型。然后可以在软件中，对三维模型进行地质测量，包括产状测量、坐标测量、面积测量、长度测量等。软件可以按照一定的规则，将产状相近的结构面划分为一组，自动统计迹长、间距等参数。还可以快速生成赤平投影图，并输出报告。

ShapeMetriX 3D采用一台标定的照相机，从两个不同的角度来对指定的区域进行成像，然后输入计算机中合成三维模型。ShapeMetriX 3D工作过程如下：

利用相机从两个方向对岩体拍摄两张照片，输入到软件内。