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基于数字化测量技术的岩体结构面岩桥统计及网络模型研究

基于数字化测量技术的岩体结构面岩桥统计及网络模型研究

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作者：嵇美伟南京理工大学

学位级别：硕士

地下实验室候选场址围岩地质结构面发育特征的系统研究尤为重要。基于数字化测量技术,以露头为例,采用多视点摄影测量技术,基于Sf M(Structure fromMotion)算法对露头进行三维重建,得到露头面三维数字模型。以此为背景,主要做了以下工... 详细信息

地下实验室候选场址围岩地质结构面发育特征的系统研究尤为重要。基于数字化测量技术,以露头为例,采用多视点摄影测量技术,基于Sf M(Structure fromMotion)算法对露头进行三维重建,得到露头面三维数字模型。以此为背景,主要做了以下工作与研究:(1)研究了基于三维数字模型获取结构面构造属性的获取方法。使用Meshlab在三维数字模型上对线状结构面采样,使用线性几何的方法计算线状结构面的构造属性(产状、迹长)。使用Meshlab在三维数字对面状结构面采样,使用主成分分析法得到与面状结构面的法向量平行的单位向量,以此计算结构面的产状;根据面状结构面的顶点集计算结构面的迹长。在三维数字模型上布置虚拟测线,计算该露头结构面的平均间距和线密度。使用Python编写程序,获取了露头面的多个结构面的构造属性,将计算结果与实测数据对比,误差较小,证明此方法准确、高效、结果可靠。(2)根据结构面产状,运用快速模糊聚类法进行优势结构面分组。使用Meshlab在三维数字模型上布置考虑地形的圆形测窗估算迹长均值和结构面密度、结构面强度;在三维数字模型上布置虚拟测线估算结构面间距。在两个岩石露头YZ1、YZ2应用该方法,结果证明该方法提供了在计算机上对露头布置测窗、测线进行采样的能力。(3)建立了两个岩体露头的岩体结构面三维网络模型。详细阐述了根据前面所作的研究结果生成结构面三维网络模型的步骤,使用编程语言Python编写了程序,只需要将采样后得到的三维模型数据和可扩展标记语言导入程序,输入分组区间后便可生成三维网络模型。(4)在三维数字模型上布置三维测窗,使用两种方法分别估算岩体露头面的共面岩桥和非共面岩桥的参数R、R,并以差分进化算法为优化方法,考虑岩桥参数对圆盘直径参数的影响优化三维结构面数字模型,得到较好的优化效果。

关键词：岩体结构面数字化测量技术三维数字模型主成分分析结构面三维网络模型

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岩体结构面参数的摄影测量解译及三维网络建模系统开发与应用研究

岩体结构面参数的摄影测量解译及三维网络建模系统开发与应用研究

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作者：秦枭南京理工大学

学位级别：硕士

本论文以甘肃北山高放废物处置预选区岩体结构面为主要研究对象,结合野外人工接触式测量及摄影测量技术获取结构面信息,在此基础上,主要研究内容和结论如下:(1)完成结构面参数数字化获取并统计分析结构面几何参数分布。利用摄影测量方... 详细信息

本论文以甘肃北山高放废物处置预选区岩体结构面为主要研究对象,结合野外人工接触式测量及摄影测量技术获取结构面信息,在此基础上,主要研究内容和结论如下:(1)完成结构面参数数字化获取并统计分析结构面几何参数分布。利用摄影测量方法获取岩体露头图像,选用SIFT(Scale-invariant feature transform,尺度不变特征变换)算法进行图像特征匹配,获取二维裂隙坐标,基于实测控制点三维坐标,导入三维重构软件中可输出裂隙三维坐标。在此基础上完成结构面产状计算与分组、结构面迹长计算与统计分析、面密度估算等工作。(2)建立结构面随机三维网络模型并利用DE(Differential Evolution,差分进化)算法优化结构面半径与体密度参数。基于蒙特卡洛法,初步建立结构面三维随机网络模型。对比实测迹长与模型交切迹长,发现两者差异较大,确定了模型参数优化的必要性,选择DE算法对结构面半径及体密度进行优化,对比优化模型交切迹线与实测迹线,优化效果较为明显。(3)在纯随机模型中加入确定性信息,建立真实度更高的随机-确定耦合模型。基于实测裂隙迹线,获取确定性结构面信息并按照“最邻近原则”插入随机模型中,修正得到随机-确定耦合模型。改进的Cohen-Sutherland裁剪算法进行模型校验,验证耦合模型有效性。(4)基于随机-确定耦合模型,完成地下巷道开挖块体搜索研究与分析。建立地下开挖巷道模型,搜索耦合模型中所有与巷道交切的结构面,进一步完成多余结构面的剔除、封闭回路的搜索以及封闭块体搜索等工作,在进行封闭块体搜索过程中,针对可能出现的块体重叠与包含的情况,按照体积最大原则进行块体筛选与剔除,最终得到所需有效块体。计算块体在巷道表面的出现概率,为围岩的稳定性评价提供有效数据资料。(5)开发岩体结构面参数获取及三维网络模型生成与优化软件。基于Visual Studio平台,在MFC(Microsoft Foundation Classes,微软基础类库)框架下利用C++语言编写所有代码,利用OpenGL(Open Graphics Library,开放图形库)实现相关可视化,该软件可系统实现图像特征匹配迹线坐标获取、裂隙产状计算及分组、面密度计算等功能,并建立结构面三维网络模型,同时加入参数优化与块体搜索模块,为结构面研究数字化提供有效参考。

关键词：结构面几何参数结构面三维网络模型差分进化算法确定性信息块体搜索

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