基于DCRP的岩体复杂结构与质量表征参数精细描述

Rock mass is discontinuous and nonuniform complex material. We can describe and cognize the random characteristics of spatial distribution of complex rock mass using discontinuity measurements (outcrops and excavation faces) based on control theory of rock mass structure. Especially, digital close range photogrammetry (DCRP) breaks through the limitation of traditional manual window-measurement, implements elaborative measurements of panoramic outcrop discontinuities, thus represents complex structures and quality representing parameters of rock mass more elaboratively. Consequently, we need to carry out elaborative descriptions on complex structures and quality representing parameters of rock mass based on DCRP for the purposes of promoting the theoretical research of engineering geomechanics and the development of statistical mechanics of rock mass. The research object focuses on the slopes of fractured rock mass. Specific process is described as follows. Firstly, amateur digital camera is calibrated using geodesy, computer vision and survey adjustment theories in three dimensional control field. Secondly, three dimensional slope model is constructed based on DCRP. Thirdly, panoramic outcrop discontinuities listed below are finely determined, which include trace length, orientation, spacing, gap length, RQD, roughness, degree of cementation , connectivity rate, rate of decay, underground water etc., and put forward a new parameter- fracture area ratio-representing quality attribute of rock mass. Further, the distribution characteristics of discontinuities parameters are optimized using theory of probability, statistics and error. Finally, complex structures and quality representing parameters of rock mass are described elaboratively, which will provide reliable parameter to evaluate rock mass quality of the slope.

岩体是非均质、非连续的复杂介质，依据"岩体结构控制论"，通过露头或开挖面的结构面测量，可以描述和认知复杂结构岩体空间分布的随机特征。尤其在数字近景摄影测量(DCRP)技术支持下，突破传统人工测窗法局限性，实现全景露头结构面的高精度测量，从而更加精细地定量表征岩体复杂结构与质量参数。因此开展基于DCRP的岩体复杂结构与质量表征参数的精细描述，旨在推动岩体工程地质力学和统计岩体力学的发展。 以裂隙岩质边坡为对象，运用大地测量、计算机视觉和测量平差理论进行基于三维控制场的相机标定；应用数字近景摄影测量建立边坡三维模型，精细测算边坡全景露头结构面信息，包括迹长、产状、间距、隙宽、RQD、粗糙度、起伏度、连通率、风化程度、地下水等，提出岩体质量表征新参数-裂隙面积比率；采用概率统计理论和误差理论优化研究结构面参数的分布特征，实现岩体复杂结构与质量表征参数的精细描述，进而提供可靠参数评价边坡岩体质量。

岩体是非均质、非连续的复杂介质，依据"岩体结构控制论"，通过露头或开挖面的结构面测量，可以描述和认知岩体复杂结构空间分布的随机特征。尤其在数字近景摄影测量(DCRP)技术支持下，突破传统人工测窗法局限性，实现全景露头结构面的高精度测量，从而更加精细地定量表征岩体复杂结构。因此开展基于DCRP的岩体复杂结构与质量表征参数的精细描述，旨在推动岩体工程地质力学和统计岩体力学的发展。.以裂隙岩质边坡为对象，运用工程地质学、大地测量学、摄影测量学、计算机视觉、空间几何、非线性理论等，从地质调查、摄影测量、参数精细描述、岩体质量评价四个方面开展工作：1）地质调查：确立了从地形地貌、地层岩性、地质构造、力学参数、地震、不良现象等认知边坡稳定性影响因素，研究了基于无人机摄影测量进行工程地质条件调查方法；2）摄影测量：从控制测量、数字摄影、边坡建模、结构面量测等环节获取结构面测量数据，重点研究相机标定室外控制场的建设方法及准则、基于计算机视觉和光束法平差的相机标定模型，探讨了基于无人机倾斜摄影的结构面信息获取方法；3）参数精细描述：基于摄影测量获取的结构面数据，建立了迹线、产状、间距、隙宽、RQD、产状分组、连通率等几何参数解算模型和粗糙度、起伏度、胶结类型、地下水等非几何参数描述准则，依据这些参数模型和描述准则，获取精细描述岩体结构的各类参数；并进一步进行几何参数的概率分布拟合，为裂隙三维网络模拟提供关键参数；4）岩体质量评价：基于获取的结构面参数，结合岩体力学实验和野外调查数据，在采用RMR、Q分类的基础上，分别采用分形几何、模糊数学、云模型等进行岩体质量评价，为边坡稳定性分析提供岩体质量指标。.通过上述研究，提出了基于DCRP的岩体复杂结构与质量表征参数精细描述的一系列模型、方法及准则，据此编制了基于室外大型三维控制场的相机标定软件和结构面信息解算与分析系统，可以快速实现岩质边坡结构面信息的测量与岩体结构的精细描述，提出了迹线分形特征的岩体质量评价指标，探讨了基于模糊数学、云模型等的岩体质量评价方法，以改变传统人工接触测量结构面信息的高耗低效、获取信息不全面的现状，快速提供大量真实、可信、扎实的岩体结构数据评价工程岩体稳定性，满足工程快速施工需求。