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摘要：岩土工程实践中，由于岩体结构面的保存，极大地影响了岩体的力学性能。深入开展对结构面的研究，为改善岩体的稳定性提供参考依据，具有重大意义。古板要领接纳罗盘、尺子等对结构面进行研究，保存效率低、误差大等诸多缺点。本文介绍了一种新的要领，接纳非接触式三维成像技术，对岩体的结构面进行丈量、统计、剖析，解决了古板丈量要领的缺乏，供工程技术人员参考。
岩体，是指一定工程规模内的自然地质体。岩体包括两个基本要素，即岩石和结构面。由于结构面的保存，使得岩体和岩石的力学性质保存很大的差别。许多工程实践中，在岩石强度很高的洞室内，仍有大宗的变形破坏爆发，导致岩体稳定性降低。究其原因，就是因为大宗的不整合、褶皱、断层、层理、片理、劈理、节理等结构面的保存。结构面又叫“软弱面”，结构面的保存弱化了岩体的力学性能，决定了岩体工程的稳定性，导致了岩体的各向异性。因此，对结构面进行深入研究，关于提高岩体的稳定性具有很重要的意义。
古板上，通常接纳罗盘、锤子、放大镜以及尺子等，对结构面进行丈量。丈量结束后，再返回室内人工绘图，进行数据统计剖析。古板要领效率低下，耗时耗力，误差大。丈量的工具都是局部测点，而不是宏观的大规模丈量。并且关于一些悬崖峭壁、无法抵达的园地，无法进行实际丈量，造成数据缺失，甚至保存岩石坠落伤人的危害。
鉴于古板要领保存的诸多问题，工程科技人员不绝地实验，研发新的要领，对岩体结构面进行研究。本文介绍了一种新型的岩体三维成像及统计剖析系统，可用于岩土工程的勘察和岩体结构的统计剖析�？梢宰魑恢中碌募际跏侄�，供工程技术人员、科研人员使用，深入对岩体结构进行研究，为岩土工程设计人员提供科学的参考依据。
ShapeMetriX 3D 系统
ShapeMetriX 3D是奥地利3GSM公司研发的一套全新的系统。通过手工拍照，生成三维图形，可以对岩体外貌进行丈量和统计剖析，可用于对岩体外貌进行地质学、岩土力学评价剖析。ShapeMetriX 3D不是一款摄影丈量软件，而是为了解决工程地质、岩土工程、几何结构等问题而开发的一套系统。
关于数据收罗，接纳的是一台经过3GSM软件标定的数码相机来进行的。通过一台经过标定的相机，从两个差别角度对目标区域进行拍照。拍照前，要提前在目标规模内安排一个标杆(如图1) 。整个数据收罗的历程约莫几分钟(安排标杆，拍两张照片) 。
图1 隧道掌子面三维图像(圆圈中是标杆)
ShapeMetriX 3D常用于隧道工程、矿业工程、岩土工程等。ShapeMetriX 3D的一个重要特点是，包括3D评价剖析软件。ShapeMetriX 3D是一整套系统，包括标定的成像系统和3D处理软件。
拍摄照片以后，将照片拷贝到盘算机上，输入到SMX Reconstructor软件中合成一幅三维图像。接纳的原理是由盘算机视觉而衍生出的立体摄影丈量技术。该技术不需要显示参考标记，就可以确定各个照片之间的相对偏向。
ShapeMetriX 3D所用的基来源理是可扩展的，这就意味着种种尺寸的外貌都可以拍照并且生成三维图像。可是，一个基本的要求就是外貌必须是不规则的结构（不平整的）。
ShapeMetriX 3D的结果是一幅三维图像，它展现的是所纪录外貌的形状�？梢杂米源�3D软件对这幅三维图像进行种种丈量，也可以进行种种评价剖析。
与通例纪录要领的主要区别有：
与通例勘测要领的主要区别有：
ShapeMetriX 3D系统接纳手持式拍照，无需三脚架，支持变焦镜头，可对差别距离的待测目标进行三维成像。
利用ShapeMetriX 3D系统拍照获得了两幅照片，这两幅照片的偏向是确定的。两幅照片上均有一个相同的点P(u,v)，确定了两个偏向和两个点，就可以获得两条射线（如图2中红色射线）。这两条射线在三维空间相交于一点P(X,Y,Z)，这个点就确定了。与此类推，两幅照片上的所有点在三维空间都可以都可以确定相应的三维点，所有的三维点就形成了一个三维面。将一幅照片附在三维面上，就获得了三维图像。两次拍照的距离以及相机的位置都是无需知道的。
图2 三维外貌成像的原理
这种三维图像获得的是局部坐标系统，没有其它信息。也可以加入现有的目标信息，例如关于隧道，可以加入弧度信息。如果输入指南针偏向数据，模型就可以大致瞄准真北偏向。
模型如果需要加入地舆坐标信息，最少需要知道图像区域内三个控制点的坐标信息，这三个点的坐标可以通过全站仪或者更精确的GPS 测得( 见图3) 。最终的结果，就会凭据这几个控制点的坐标转换成相应的坐标系统。
图3 一座采石场的岩质边坡三维图像
图4 一座采石场的岩质边坡三维图像
图4中(a)为一座采石场的岩质边坡三维图像。这个三维图像是由许多三维点(b)加上照片组成的。用自带的三维评价剖析软件，可以便捷地进行地质制图(d)，也可以绘制岩体结构球形图(e)，并且确定结构面间距(f)，可以快速地对岩体结构面进行评价剖析。
输出结果
通常，可以从三维图像中获得几何数据。接纳系统自带的JMX Analyst 软件可以对三维图像进行检察，也可以进行一些评价剖析，如图5～6。
图5 某露天矿坑岩质边坡的三维图像系统自动绘制节理面
图6 软件盘算及检察
几何丈量与岩土工程丈量
①长度( 距离，间隔) ，m ；
②面积，m2 ；
③不连续面或整个岩质边坡( 倾向、倾角) 的空间偏向 ；
④不连续迹和地层( 倾向、倾角) 的空间偏向。
盘算获得的参数
①间距( 平均间距、法向间距、簇间距、总间距） ；
②沿轮廓线的间距 ；
③迹的不连续性，单位/m
④不连续簇的空间差别 ；
⑤体积，单位m2。
输出的数据
①三维图像数据，VRML文件和OBJ文件 ；
②几何数据，DXF文件，可用于CAD ；
③丈量的数据，CSV文件( 可用于Excel) 和DXF 文件( 可用于CAD) ；
④三维图像截图，JPG文件。
应用领域
ShapeMetriX 3D可以在多种工程领域获得应用，包括：
隧道开挖
隧道掌子面三维制图，岩土数据收罗，工程治理，地质资料生存 ；
地下采矿
变形监测，岩土数据收罗，支护结构剖析 ；
露天采矿
矿区图的更新，确定开挖的体积，稳定性评价( 例如岩质边坡) ；
岩土工程
大致相关性简直定，室内剖析和原位剖析。
# 结语 #
关于岩土工程而言，研究岩体的结构面是很是重要的。岩体开挖、支护设计计划都是凭据岩体结构面的参数来制定的。古板的岩体结构面丈量要领效率低，保存许多问题。ShapeMetriX 3D系统的泛起，解决了这些问题。与古板的丈量要领相比，ShapeMetriX 3D 接纳移动非接触式岩体丈量，不需要专业的勘测技术，使用简单、灵活，利用变焦照相机手动拍照，快速、宁静地进行数据收罗。ShapeMetriX 3D系统按一定的规则描述岩体结构状况，整套系统不但仅只是一台丈量设备，并且带有软件，可以进行剖析评价。该系统提高了地质丈量的效率、质量和宁静性，可供岩土工程技术人员参考。
- End -
参考文献：郑江. 岩体三维成像系统在岩土工程中的应用[J]. 四川建材, 2021, 47(3):93-95.
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