(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211187485.0 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 (72)发明人 夏英杰　赵丹晨　杨海　李天娇　 唐春安　刘炳辰　孟庆坤　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 专利代理师 许明章　王海波 (51)Int.Cl. G06T 17/20(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) (54)发明名称 一种大尺度复杂非规则柱状节理岩体三维 数字模型建立方法 (57)摘要 本发明属于岩 体工程技术领域， 公开了一种 大尺度复杂非规则柱状节理岩体三维数字模型 建立方法， 对岩体进行现场勘察， 获得岩体的地 层岩性、 地质构造与岩层产状； 对岩体中含柱状 节理的岩层进行现场勘察， 获得柱状节理的发育 特征； 确定岩体中需要开挖洞口的几何特征； 确 定岩体的层状岩体二维结构图； 建立层状岩体的 三维数字模 型； 建立非规则柱状节理岩体的三维 数字模型； 在层状岩体三维数字模 型相应柱状节 理层上建立非规则柱状节理岩体； 在层状岩体三 维数字模型中开挖复杂非规则洞口； 大尺度复杂 非规则柱状节理岩体三维数字模型切片建立与 输出。 在本发明的基础上， 可以开展结构完全一 致的大尺度复杂非规则柱状节理岩体在各种加 载条件下的破坏性试验。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115496877 A 2022.12.20 CN 115496877 A 1.一种大尺度复杂非规则柱状节理岩体三维数字模型建立方法， 其特征在于， 所述方 法包括以下步骤： 步骤1， 对大尺度复杂非规则柱状节理岩体进行现场勘 察， 获得大尺度复杂非规则柱状 节理岩体的地层岩性、 地质构造与岩层产状； 地层岩性与岩层产状包括大尺度复杂非规则柱状节理岩体中各岩层的倾角、 走向、 岩 石的成分、 结构以及柱状节理、 层间错动与断层的位置； 地质构造包括原生构造与断裂构造， 原生构造为柱状节理， 断裂构造为层间错动、 断 层； 步骤2， 对天然大尺度复杂非规则柱状节 理岩体中含柱状节理的岩层进行现场勘 察， 获 得柱状节理的发育特 征； 对柱状节理进行分类， 分类数量 为k； 获得k类柱状节理的发育规则程度； 柱状节理的发育规则程度体现为柱状节理横截面的形状以及各形状数量与全部形状 数量之比； 柱状节理横截面的形状全部近似为多边形， 统计时按近似的多边形进 行统计， 纳 入统计的多边形最少为 三角形， 最多为八边形； 步骤3， 确定大尺度复杂非规则柱状节 理岩体中需要开挖洞口的几何特征； 获得开挖洞 口的数量以及各洞口 的空间分布与几何特 征； 步骤4， 确定天然大尺度复杂非规则柱状节 理岩体的层状岩体二维结构图； 层状岩体二 维结构图不包括柱状节理及开挖洞口； 层状岩 体为仅包含各岩层、 层间错动和断层的岩 体； 层状岩体二维结构图为层状岩体的剖面图； 步骤5， 建立层状岩体的三维数字模型； 将层状岩体二维结构图转化为二维灰度图， 将 各岩石层、 层间错动、 断层的灰度值重新调整 为a1,a2,a3,a4…ai…， ai∈[0,255],i＝1,2,3, 4…， 其中a1,a2,a3,a4…的值的设定具有一定间隔， 且该间隔应尽量大； 将灰度图调整为需要的尺寸h ×v， 其中h和v的单位是像素， h为层状岩体二维结构图长 方向的像素点个数， v为层状岩体二维结构图宽方向的像素点个数； h和v的取值与精度有 关； 此外， h和v具有一定的比例关系， 调整前后层状岩体二维结构图的长宽比例保持不变， 即h/v保持恒定； 将灰度图复制t次， 即得到层状岩体的三维数字模型切片， 其中t为建立的层状岩体的 三维数字模型的厚度， 单位是像素点； 三维数字模型切片直接以数字矩阵的形式建立， 三维数字模型由切片叠加形成； 步骤6， 建立非规则柱状节理岩体的三维数字模型； 建立与大尺度复杂非规则柱状节理岩体中k类柱状节理发育特征相近的k张尺寸足够 大的Voro noi图Fig.jVoronoi,(j＝1,2,3 …k)； 将图Fig.jVoronoi中岩石与柱状节理的灰度值重新调整为b1,b2； 根据图Fig.jVoronoi建立与大尺度复杂非规则柱状节理岩体中柱体倾角一致的k个非规 则柱状节理岩体三维数字模型， 非规则柱状节理岩体三 维数字模型的大小与层状节理岩 体 三维数字模型保持一 致； 步骤7， 在 层状岩体三维数字模型相应柱状节理层上建立非规则柱状节理岩体； 根据层状岩体的二维灰度图， 确定柱状节理所在岩层的灰度值z1,z2,z3…；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115496877 A 2在层状岩体的三维数字模型中分别将灰度值为z1,z2,z3…的区域替换为对应柱状节理 种类的非规则柱状节理岩体三维数字模型； 替换时， 只将层状岩体中对应非规则柱状节理岩体三维数字模型位置中灰度值为b2的 部分替换， 不 替换b1的部分； 步骤8， 在 层状岩体的三维数字模型中开挖复杂非规则 洞口； 将非规则 洞口分割为 规则的立体图形； 分别建立分割后立体图形的三维数字空洞模型d1,d2,d3…； 确定层状岩体三维数字模型中各开挖立体图形的区域s1,s2,s3…； 将层状岩体三维数字模型中s1,s2,s3…区域替换为d1,d2,d3…区域； 步骤9， 将最终得到的数字模型切片叠加， 得到大尺度复杂非规则柱状节 理岩体三维数 字模型； 叠加的方式采用编程软件进行处 理， 以矩阵的布尔运 算进行叠加。 2.一种大尺度复杂非规则柱状节理岩体三维数字模型， 其特征在于， 通过权利要求1所 述的一种大尺度复杂非规则柱状节理岩体三维数字模型建立方法制得。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115496877 A 3