岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (S1): 485-494.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1725

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于轮廓曲线的岩体结构面三维粗糙度获取方法

顾岩1,雍睿1,沈伟1,杜时贵1,简杰东2,刘松林3   

  1. 1. 宁波大学 岩石力学研究所,浙江 宁波 315211;2. 绍兴文理学院 土木工程学院,浙江 绍兴 312000; 3. 浙江大学 海洋学院,浙江 舟山 316000
  • 收稿日期:2002-11-03 接受日期:2023-01-08 出版日期:2023-11-16 发布日期:2023-11-19
  • 通讯作者: 雍睿,男,1987年生,博士(后),研究员,主要从事结构面力学性质及其工程应用方面的研究工作。E-mail: yongrui@nbu.edu.cn E-mail:1074433067@qq.com
  • 作者简介:顾岩,男,1997年生,硕士研究生,主要从事结构面力学性质及其工程应用方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(No. 42177117)。

3D roughness obtaining method of rock joint based on profile measurement

GU Yan1, YONG Rui1, SHEN Wei1, DU Shi-gui1, JIAN Jie-dong2, LIU Song-lin3   

  1. 1. Institute of Rock Mechanics, Ningbo University, Ningbo, Zhejiang 315211, China;2. School of Civil Engineering, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000, China;3. Ocean College, Zhejiang University, Zhoushan, Zhejiang 316000, China
  • Received:2002-11-03 Accepted:2023-01-08 Online:2023-11-16 Published:2023-11-19
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (42177117).

摘要: 现场获取岩体结构面三维形貌对于边坡稳定性评价至关重要,受限于三维激光扫描仪等精密设备高昂的使用成本、繁琐的操作过程以及对测量对象的严苛要求,使其在工程现场难以被广泛应用,因此提出了一种基于轮廓曲线的岩体结构面三维粗糙度获取方法。以重构结构面与原始结构面的峰值抗剪强度相对误差是否小于5%为标准,采用Tatone提出的峰值剪切模型评估岩石结构面的剪切特性,以确定合理的采样间隔;在此基础上,通过轮廓曲线仪绘制结构面二维轮廓曲线,并根据图像数字化矩阵与实际长度的大小关系提取每条轮廓曲线的坐标数据;利用Griddata函数对已有数据进行空间插值生成重构的三维结构面,从而进行相关粗糙度研究。根据理论分析、直剪试验两方面检验,求得重构结构面与原始结构面的峰值抗剪强度相对误差均小于5%,满足工程应用要求。研究证明该方法能够准确地获取结构面三维粗糙度,具有操作简单、成本低廉、受测量环境影响小等优势,可为相关结构面粗糙度分析及抗剪强度研究提供借鉴。

关键词: 三维重构, 轮廓曲线, 采样间隔, 空间插值

Abstract: Obtaining the 3D profile of the rock joint in the field is crucial for slope stability evaluation. Constrained by the high usage costs, cumbersome operational procedures, and stringent requirements for measurement subjects, precision equipment such as 3D laser scanners are difficult to widely apply to engineering sites. The paper proposes a method to obtain the 3D roughness of rock joint based on the profile measurement. The shear characteristics of rock joint are assessed using Tatone's peak shear model. The goal is to determine a suitable profile interval for reconstructing the rock joint, ensuring that the relative error of the peak shear strength between the reconstructed and original rock joint is less than 5%. Then, two-dimensional profile measurement of the rock joint is obtained by using a mechanical hand proflograph. The coordinate data for each profile measurement is extracted by considering the relationship between the size of the image digitization matrix and the actual length. The existing data is subjected to spatial interpolation using the Griddata function to generate a reconstructed three-dimensional rock joint, facilitating the study of relevant roughness. According to both the theoretical analysis and the direct shear test, the relative error of the peak shear strength of the two rock joint is less than 5%, which meets the requirements of engineering applications. The study shows that the method can accurately obtain the three-dimensional roughness of the rock joint and has the advantages of simple operation, low cost and low influence by the measurement environment, which provides a reference for related rock joint roughness analysis and shear strength research.

Key words: 3D reconstruction, profile measurement, profile interval, spatial interpolation

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