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ShapeMetriX 3D智能化解決巖體結構面測量統計問題

發布時間：2023-07-12 瀏覽次數：40290 來源：歐美大地

巖體是地質體的一部分，是非均質的、各向異性的不連續體。巖體中力學強度較低的部位或巖性相對軟弱的夾層，構成巖體的不連續面，稱為結構面。結構面實際上是地質發展歷史中巖體內形成的具有一定方向、一定規模、一定形態和一定特征的地質界面。結構面的幾何特征直接控制巖體中巖塊的大小，同時控制巖質邊坡穩定性分析和地下洞室圍巖穩定性分析中的邊界條件，即控制滑體的形狀、規模及其趨勢。

對巖體結構面的分布狀況進行研究，必須有巖體結構面要素的現場實測資料。對巖體結構面要素的測量是進行巖體結構面分布狀況研究的第一步，要素測量的準確度的高低直接影響到研究和分析結果的可靠性。

結構面的測量要素

巖體結構面根據其發育程度和規模劃分為五級，在此基礎上對結構體作了相應的劃分。對不同規模的工程地質問題，要抓住相應級別的結構體及相應級別的結構面進行評價。目前工程地質領域所涉及的巖體結構，其定義的“ 整體結構” 的結構面間距只大于1m，其它的幾種結構體的結構面間距都小于1m，具有這種間距的結構面既不可能只是區域性大斷裂，也不可能只是中、小斷層，而主要應當是巖體中大量存在的隨機分布的裂隙。
對于礦山、水利等工程中的堅硬巖石而言，由于巖石的強度高、抗變形能力強，在荷載作用下結構體的穩定性不會出現大的問題，因而結構面成為控制巖體力學性能的主導因素，因而要特別重視對結構面的研究。
國際巖石力學學會實驗室和野外試驗標準化專門委員會于1978年推薦了巖體不連續面定量描述的方法，其中規定了對結構面十個方面特征的測定或描述方法，包括方位、間距、延續性、粗糙度、側壁抗壓強度、張開度、被充填情況、滲流、組數和塊體大小。

由于巖體中結構面方向不同，形態、特征各異，規模間距也存在差異，特別是它們相互交切形成的復雜的結構面網絡系統，使巖體具有不連續性和不確定性的特征，結構面網絡成為巖體定量描述的重點和難點。因此，根據巖體結構面網絡模擬的需要，結構面的測量要素主要為：起止點、走向、傾向、跡長等，其它特征可由這幾個要素間接反映或在現場進行定性描述。

常用的結構面測量方法

目前，巖體結構面的測量方法可分為兩類：測線統計法和統計窗法。
● 測線統計法
這是目前測量和取得巖體結構面數據最方便、最實用的方法，由國際巖石力學學會推薦。測量方法是在巖體出露處拉一條直線，然后測量與直線相交的結構面的幾何參數，并描述各不連續面的交點位置、產狀、可見跡長、張開度、充填情況、水流情況等。結構面間距經換算才能得到。
● 統計窗法
在巖體出露面上布置一個長為a、寬為b的矩形范圍即統計窗口，統計與該窗口呈包容、相切、相交關系的所有結構面，記錄每條結構面的產狀、跡長和其它特征，以及結構面與統計窗的關系類型。用此法可獲得比測線統計法更多、更詳細的結構面描述資料。
國內外許多研究者采用上述兩種方法對多項工程進行了巖體結構面的研究，取得了豐富的成果。但是，這兩種測量方法還存在不足。
運用測線統計法時，如果測線方向不同，則測量的結果之間可能存在較大的差異。測線統計法只測量和記錄了與測線相交的結構面的參數，可能漏掉測線兩側離測線較遠處的結構面。統計窗法雖然測量和統計了窗口范圍內所有的結構面的參數，但其窗口寬度一般比測線法的測線長度小，存在著窗口布置是否有代表性的問題。

測線統計法和統計窗法記錄和統計的都只是結構面的產狀、跡長、組數等要素，各結構面跡線與測量基點的相對位置都沒有記錄，以往常用的結構面模擬方法中也不要求使用這些數據，只需結構面的平均跡長、平均傾向、分布形式等參數。用這兩種結構面測量方法只能獲得巖體結構面純粹統計意義上的結果，不可能真正反映結構面的賦存特征，而僅僅是對結構面的一種近似抽象。
要真正地對結構面進行分析并得出更可信的分析結論，在結構面網絡模擬時，就應該盡可能模擬出結構面的自然賦存狀況，因此，在對巖體結構面現場測量時，就應測量和記錄除以往的方法所需的數據外，還應重點測量和記錄各結構面的相對位置，即各結構面跡線的起點和終點相對于測量基點的相對坐標。

ShapeMetrix 3D系統是一款專業的巖體結構面測量統計系統。可以通過手持相機或者無人機拍攝照片，將照片輸入到軟件中生成巖體三維地質模型。然后可以在軟件中，對三維模型進行地質測量，包括產狀測量、坐標測量、面積測量、長度測量等。軟件可以按照一定的規則，將產狀相近的結構面劃分為一組，自動統計跡長、間距等參數。還可以快速生成赤平投影圖，并輸出報告。

ShapeMetriX 3D采用一臺標定的照相機，從兩個不同的角度來對指定的區域進行成像，然后輸入計算機中合成三維模型。ShapeMetriX 3D工作過程如下：

01 利用相機從兩個方向對巖體拍攝兩張照片，輸入到軟件內。