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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，为改善岩体的稳固性提供参考依据，具有重大意义
。古板要领接纳罗盘、尺子等对结构面举行研究，保存效率低、误差大等诸多弱点
。本文先容了一种新的要领，接纳非接触式三维成像手艺，对岩体的结构面举行丈量、统计、剖析，解决了古板丈量要领的缺乏，供工程手艺职员参考
。

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子保存很大的差别
。许多工程实践中，在岩石强度很高的洞室内，仍有大宗的变形破损爆发，导致岩体稳固性降低
。究其缘故原由，就是由于大宗的不整合、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，决议了岩体工程的稳固性，导致了岩体的各向异性
。因此，对结构面举行深入研究，关于提高岩体的稳固性具有很主要的意义
。

古板上，通常接纳罗盘、锤子、放大镜以及尺子等，对结构面举行丈量
。丈量竣事后，再返回室内人工绘图，举行数据统计剖析
。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，无法举行现实丈量，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，工程科技职员一直地实验，研发新的要领，对岩体结构面举行研究
。本文先容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探和岩体结构的统计剖析

？梢宰魑恢中碌氖忠帐侄，供工程手艺职员、科研职员使用，深入对岩体结构举行研究，为岩土工程设计职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
。通过手工照相，天生三维图形，可以对岩体外貌举行丈量和统计剖析，可用于对岩体外貌举行地质学、岩土力学评价剖析
。ShapeMetriX 3D不是一款摄影丈量软件，而是为相识决工程地质、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，接纳的是一台经由3GSM软件标定的数码相机来举行的
。通过一台经由标定的相机，从两个差别角度对目的区域举行照相
。照相前，要提前在目的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) 
。

ShapeMetriX 3D常用于隧道工程、矿业工程、岩土工程等
。ShapeMetriX 3D的一个主要特点是，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处置惩罚软件
。

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手艺
。该手艺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照相并且天生三维图像
。可是，一个基本的要求就是外貌必需是不规则的结构（不平整的）
。

ShapeMetriX 3D的效果是一幅三维图像，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举行种种丈量，也可以举行种种评价剖析
。

• 岩体的状态客观地举行展现
  ；
• 不必思量园地无法进入的问题，也不必担心丈量时间的限时
  ；
• 可以举行多种丈量，长度、距离、面积等
  ；
• 可以获得盘算的数据，例如可以直接获得结构面距离
  。

• 一幅三维图像不是一组三维外貌丈量，而是实着实在的照片
  ；
• 拍摄照片无需特殊的手艺（会用数码相机即可）
  。

ShapeMetriX 3D系统接纳手持式照相，无需三脚架，支持变焦镜头，可对差别距离的待测目的举行三维成像
。

使用ShapeMetriX 3D系统照相获得了两幅照片，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响应的三维点，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
。两次照相的距离以及相机的位置都是无需知道的
。

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的信息，例如关于隧道，可以加入弧度信息
。若是输入指南针偏向数据，模子就可以大致瞄准真北偏向
。

模子若是需要加入地理坐标信息，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准确的GPS 测得( 见图3) 
。最终的效果，就会凭证这几个控制点的坐标转换成响应的坐标系统
。

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，可以便捷地举行地质制图(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举行评价剖析
。

输出效果

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举行审查，也可以举行一些评价剖析，如图5～6
。

①长度( 距离，距离) ，m
；

②面积，m2
；

③不一连面或整个岩质边坡( 倾向、倾角) 的空间偏向
；

④不一连迹和地层( 倾向、倾角) 的空间偏向
。

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迹的不一连性，单位/m

④不一连簇的空间差别
；

⑤体积，单位m2
。

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，地质资料生涯
；

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，稳固性评价( 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
。

关于岩土工程而言，研究岩体的结构面是很是主要的
。岩体开挖、支护设计计划都是凭证岩体结构面的参数来制订的
。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，不需要专业的勘探手艺，使用简朴、无邪，使用变焦照相机手动照相，快速、清静地举行数据收罗
。ShapeMetriX 3D系统按一定的规则形貌岩体结构状态，整套系统不但仅只是一台丈量装备，并且带有软件，可以举行剖析评价
。该系统提高了地质丈量的效率、质量和清静性，可供岩土工程手艺职员参考
。

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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