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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

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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

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

ShapeMetrix3D系统在甲玛矿工程地质调查中的应用

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中国矿业 2018年第B6期27卷 320-326页

作者：曹俊陈国良万串串于世波西藏华泰龙矿业开发有限公司西藏拉萨850200 北京矿冶科技集团有限公司北京102628 国家金属矿绿色开采国际联合研究中心北京102628

针对目前岩体结构面信息获取,尤其在高原矿山上,主要是以人工现场接触测量为主,劳动强度大、效率低下的现状,借助先进的ShapeMetrix3D三维数字摄影测量系统,对甲玛矿4420m、4440m、4460m、4465m及4490m五个分段的巷道岩体结构面进行摄... 详细信息

针对目前岩体结构面信息获取,尤其在高原矿山上,主要是以人工现场接触测量为主,劳动强度大、效率低下的现状,借助先进的ShapeMetrix3D三维数字摄影测量系统,对甲玛矿4420m、4440m、4460m、4465m及4490m五个分段的巷道岩体结构面进行摄影测量,对获取到的结构面参数进行分组、分析,得到结构面几何特征参数的详细数据,并对其进行数理统计计算、分析,拟合出结构面各种几何信息的概率分布模型。通过选取典型测点进行结构面扫描分析,统计得到各分段各岩性结构面优势产状分布规律、所有分段各岩性结构面优势产状分布规律,结果表明:甲玛矿整体上岩体节理状态中等,个别中等偏下,其中,4465m分段最好,4440m、4460m分段次之,4420m、4490m分段最差。本文通过对甲玛矿地下巷道进行结构面几何参数统计,为甲玛矿下一步岩体稳定性分析等工作提供定量依据。

关键词： ShapeMetrix3D系统数字摄影工程地质调查结构面几何参数优势产状

岩体结构面的三维激光点云信息量化提取算法研究

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岩体结构面的三维激光点云信息量化提取算法研究

作者：刘晓欢西南石油大学

学位级别：硕士

岩体结构面是岩体内发育的具有不同方向、不同规模、不同形态和不同特性的面状地质界面,是构成岩体结构并控制岩体力学性质的基本单元。正确识别并提取结构面对研究岩体变形、渗流、稳定性等具有重要意义。传统的岩体结构面测量方法工... 详细信息

岩体结构面是岩体内发育的具有不同方向、不同规模、不同形态和不同特性的面状地质界面,是构成岩体结构并控制岩体力学性质的基本单元。正确识别并提取结构面对研究岩体变形、渗流、稳定性等具有重要意义。传统的岩体结构面测量方法工作量大,效率低,人员安全问题难以得到保障,对于不可接触的高陡边坡,地质调查人员无法完成测量任务。三维激光扫描技术的出现和发展为结构面测量提供了新思路,并以快速、高精度、高效率、非接触等优点为结构面及结构面几何参数的提取提供了可能。本文基于岩体结构面的三维激光点云数据,进行岩体结构面识别及结构面几何参数提取方法研究,具体研究内容及成果如下:(1)总结分析了目前常用的岩体结构面提取技术及方法,讨论了各种技术及方法在提取结构面信息方面存在的劣势。本文采用三维激光扫描技术实现岩体结构面识别及几何参数提取。因此,对于扫描得到的岩体点云数据,提出了适用于点云数据的岩体结构面提取方法。(2)深入了解并分析岩体结构面的出露形式,深入研究岩体结构面各个几何参数的意义。在此基础上,结合岩体点云数据的特点,提出了基于点云数据获取结构面产状、间距、粗糙度和迹长的方法。(3)利用C++编程语言、图形可视化库VTK、界面设计库Qt及点云处理第三方库PCL(Point Cloud Library)来实现本文提出的结构面识别及几何参数计算等相关算法,设计开发了基于三维激光的岩体结构面识别原型系统,实现了岩体结构面识别及几何参数计算。(4)以两类典型的三维激光点云数据为例,利用本文开发研制的岩体结构面识别原型系统进行实验分析,实验结果表明,岩体结构面能够快速并且正确识别。此外,将本文计算得到的岩体结构面产状结果分别与国外研究学者的实验成果及PolyWorks软件的结果进行比较,从而验证了本文提出理论和方法的可行性、可靠性以及岩体工程的适用性。

关键词：岩体结构面三维激光扫描结构面提取结构面几何参数 PCL(Point Cloud Library)

基于近景摄影测量获取结构面信息的岩体质量评价

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基于近景摄影测量获取结构面信息的岩体质量评价

作者：徐则双吉林大学

学位级别：硕士

随着我国各种重大型工程不断实施建设,岩体稳定性分析及质量评价是各种工程建设的基础工作。岩体质量评价前需获取大量的岩体结构面几何信息,传统结构面几何信息获取以人工接触测量为主,是一种常用的结构面测量方法,具有外业强度大、耗... 详细信息

随着我国各种重大型工程不断实施建设,岩体稳定性分析及质量评价是各种工程建设的基础工作。岩体质量评价前需获取大量的岩体结构面几何信息,传统结构面几何信息获取以人工接触测量为主,是一种常用的结构面测量方法,具有外业强度大、耗时耗力、受恶劣作业环境影响等缺点,人工接触测量方法受到很大限制。随着摄影测量技术不断进步发展,数字近景摄影测量技术被应用于工程地质测量工作中,作为非接触测量,数字近景摄影测量具有速度快、可获取大量信息的优点,弥补了传统人工接触测量的不足。通过大量理论研究与实践,基于近景摄影测量技术可获取大量的岩体结构面几何信息,为工程岩体稳定性分析及评价提供数据。结构面几何参数的概率密度分布为结构面性质问题研究、三维网络随机模拟、统计均质区划分、岩体工程可靠度设计等提供支撑。岩体工程问题研究时,大多认为结构面参数服从正态分布,这一假设具有人为主观性,且不能体现岩体复杂结构所决定的表征参数分布的多样性特征,为此,采用概率论和随机数学理论,研究岩体结构几何参数的概率分布,具有重要的科学意义。岩体稳定性分析主要工作是岩体质量评价,影响岩体质量的因素有岩性、岩体完整性、岩体结构、风化程度、地下水及地应力等。根据考虑因素不同,岩体质量评价可分为定性、定量、半定量、单因素及多因素的方法,如RMR分类、Q系统、RQD、CSMR分类法等。随着计算机技术不断发展,现阶段许多新方法、新理论被应用到岩体质量评价中,如模糊数学理论、可拓理论、云模型、分形几何等,针对不同岩体工程,评价方法各有差异。准确快速确定岩体质量等级,对岩体工程建设具有十分重要的意义。本文基于数字近景摄影测量技术,以长春市净月开发区东升村的废弃采石场边坡为例,获取岩体边坡随机结构面的几何参数。基于获取的几何参数,采用K-S检验法进行假设检验,进行了结构面几何参数的概率分布统计,对于服从多种分布函数的情况引入最优拟合度,确定最优拟合概型;对不服从任何分布函数的数据,去除极大值和极小值后进一步检验。基于传统的RMR、Q分类、RQD,模糊数学理论、可拓理论、云模型、分形理论分别进行边坡岩体质量评价,并对传统方格网法计算分形维数提出了改进,使计算分形维数更加方便,最终依据RQD建立以分形维数为指标的岩体质量评价方法。本文取得研究成果如下:(1)基于数字近景摄影测量获取随机结构面几何参数。经外业控制测量,采用VirtuoZo平台建立边坡三维模型,模型点位精度为0.05 m;经岩体结构面参数解算模型获得了边坡结构面的几何参数,为岩体质量评价提供了数据。(2)结构面几何参数的K-S假设检验。二维迹线服从对数正态分布;产状服从伽马分布、瑞利分布、正态分布、泊松分布;经最优拟合度计算,xoy,xoz面间距服从对数正态分布,产状服从伽马分布;yoz面间距数据去除极大值和极小值后服从对数正态分布,三维迹线经去除极大值和极小值后服从对数正态分布。(3)基于分形维数的岩体质量评价指标的建立。利用方格网法、长方格网法分别计算边坡分形维数,由于分形维数受无标度区间影响,根据人工判别的方法来确定无标度区间,得到最终的分形维数,并与计算的RQD值相结合建立线性关系,得到以分形维数为指标的岩体质量评价体系,确定实验边坡的岩体等级为Ⅱ级。(4)实验边坡岩体质量评价。基于RMR分类、Q系统、模糊数学理论的边坡岩体质量评价为Ⅲ级,可拓理论、云模型的边坡岩体质量评价结果为Ⅱ级,综合来看,实验边坡的岩体质量介于Ⅱ级之间。

关键词：数字近景摄影测量岩体质量评价 K-S检验结构面几何参数

三维激光扫描在隧洞围岩结构信息获取中的应用研究

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黄金科学技术 2023年第2期31卷 313-322页

作者：张浩卿黎邱士利寇永渊郭赟林夏胜衍昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430064 金川集团股份有限公司二矿区甘肃金昌737102

针对接触式测量方法无法满足深部高陡岩体结构信息采集的要求,以金川二矿+650 m水平卸载站硐室掌子面为研究对象,采用三维激光扫描仪获取其表面点云数据集,并对点云数据进行处理提取岩体结构信息参数,并利用校核算法与地质测量结果验证... 详细信息

针对接触式测量方法无法满足深部高陡岩体结构信息采集的要求,以金川二矿+650 m水平卸载站硐室掌子面为研究对象,采用三维激光扫描仪获取其表面点云数据集,并对点云数据进行处理提取岩体结构信息参数,并利用校核算法与地质测量结果验证数据的可靠性。结果表明:(1)通过对高精度获取的扫描数据进行快速处理,在控制点已知和未知的情况下,均可获取结构面的产状信息,降低了人员获取结构面信息的危险性;(2)利用最小二乘法计算产状、近似平行结构面组间距算法计算间距,以及将实测结构面产状与提取出来的结构面信息做差比较,可知倾向和倾角误差均在±6°范围以内,间距误差在±0.03 m以内,验证了提取数据的可靠性;(3)在金川二矿+650 m卸载站硐室掌子面结构面产状等信息的提取中应用了本文方法,有效识别了结构面产状信息。该项研究工作不仅避免了危险性,而且提高了精度与效率。

关键词：岩体掌子面三维激光扫描技术结构面几何参数深部隧道控制点非接触式测量

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基于数字摄影技术的岩体结构面质量调查

当代化工研究 2024年第8期 90-92页

作者：赵江波赤峰山金红岭有色矿业有限责任公司内蒙古025450

针对矿山开采过程中岩体结构面信息的获取,利用先进的ShapeMetrix 3D系统实现岩体结构面信息的准确、快速、大量获取。选择红岭铅锌矿755 m、705 m和666 m中段开拓巷道中60个测点的岩体结构面进行摄像测量,对测量结果进行分组与分析,得... 详细信息

针对矿山开采过程中岩体结构面信息的获取,利用先进的ShapeMetrix 3D系统实现岩体结构面信息的准确、快速、大量获取。选择红岭铅锌矿755 m、705 m和666 m中段开拓巷道中60个测点的岩体结构面进行摄像测量,对测量结果进行分组与分析,得到各测点的结构面外观质量与几何参数信息,通过数理统计分析,得到各结构面几何参数的概率分布模型。结果表明,红岭铅锌矿矿岩节理状态中等,部分扫描点位置状态较差。其中,666 m中段整体节理状态表现最好,755 m中段次之,705 m中段最差。最终归纳分析确定红岭铅锌矿深部岩体结构面优势产状主要有两组,分别为279.44°∠51.09°和97.73°∠50.23°。

关键词：数字摄影技术 ShapeMetrix 3D 结构面外观质量结构面几何参数优势节理组分析