本发明涉及地质工程技术领域，具体为一种全空间赤平投影法。
背景技术：
工程是科学和数学的某种应用，通过这一应用，使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统和过程，是以最短的时间和最少的人力、物力做出高效、可靠且对人类有用的东西。将自然科学的理论应用到具体工农业生产部门中形成的各学科的总称，在户外施工的时候，经常需要对施工的岩体进行检测，以判断
把面和线投影在投影球的赤道平面上，在构造地质学中用以解决地质构造的角度和方位问题。其基本原理就是把面和线放在一个投影球的中心，通过球心的面和线延伸后与球面相交，分别形成弧线和点。把球面上弧线和点与投影球的顶点(上半球或下半的极点)相连，投影到赤道平面上，即为极射赤平投影，但是现有的赤平投影方式主要存在以下问题：
(1)传统的投影方式只能进行单一方向的投影判断，不能对待测岩体进行全面分析，容易出现安全遗漏问题；
(2)同时，在投影之后，缺乏直观的表达方式，不利于工程人员快速了解岩体的情况。
技术实现要素：
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种全空间赤平投影法，通过全空间赤平投影的方式对待测岩体进行投影分析，不仅可以全面分析解读岩体的实际参数，对岩体的稳定性进行判断，为工程施工提供理论基础，保证施工安全，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种全空间赤平投影法，包括如下步骤：
S100、测量岩体的产状，通过专业罗盘仪器对待测岩体进行测量，得到待测岩体确定的产状数据，同时将测得的数据统一记录；
S200、建立赤平投影坐标系，建立Oxyz坐标系，以北方为x轴正方向，东方为y轴正方向，铅直向上为z轴正方向，同时计算个投影位置的投影坐标；
S300、建立赤平投影网，由赤平大圆、东西向直径、南北向直径、若干个径向大圆弧、若干个纬向小圆弧和赤平面大圆中心组成；
S400、全空间投影，通过两个方向相反的对称半空间投影组成全空间投影。
进一步地，所述步骤S100中，测量岩体的产状具体包括走向、倾向和倾角，具体的测量过程如下：
步骤S101、测量岩体走向，将罗盘的长边(即南北边)紧贴岩体的层面，同时将罗盘放平，以水准泡居中为为准，之后读取指北针所示的方位角，所得到的角度即为岩体的走向角度；
步骤S102、测量岩体倾向，将罗盘的短边紧贴岩体层面，将罗盘放平，以水准泡居中为为准，并读取罗盘指北针所示的方位角，即为岩体的倾向角度；
步骤S103、测量岩体倾角，将罗盘横着竖起来，使得罗盘的长边与岩体的走向相互垂直，同时罗盘紧贴岩体层面，当倾斜器上的水准泡居中后，读取罗盘的悬垂所示角度，即为待测倾角。
进一步地，所述步骤S200中，赤平投影坐标系的建立可以根据具体的岩体情况做适当调整，并不限于上述固定单一的坐标方式。
进一步地，所述步骤S100中，岩体的走向、倾向和倾角角度通过大写英文字母加角度的方式进行记录区分，例如：NE60°、NW135°，其中N为北方，S为南方，E为东方，W为西方。
进一步的，所述步骤S200中，在建立的坐标系中，以原点为中心，R为半径的球面：x2+y2+z2＝R2,任意一个从原点出发的向量g交球面于一点，该点与球极(0,0，-R)的连线交赤道平面z＝0于一点g，g即为向量g的投影，-g的投影记为g′，则有
一组平面Pi的投影圆为Pi圆，设(x，y，0)为赤道平面上任一点，球极(0,0，-R)与(x，y，0)的连线交球面于{xt，yt，(t-1)R}，且x2t2+y2t2+(t-1)2R2＝R2，t＝2R2/(x2+y2+R2)，设任意平面的倾角为α，走向角为β，则平面P的线性方程为：xsinαsinβ-ysinαsinβ+zcosα＝S。
进一步地，所述步骤S200中，当P不过球心的时候，由于{xt，yt，(t-1)R}在平面P上，则有：当S+Rcosα＝0，即通过(0，0，-R)，投影方程为直线，xsinαsinβ-ysinαcosβ+Rcosα＝0,当S+Rcosα不为零的时候，投影方程为一个圆的方程：在该方程中，令β＝0，S＝0，就是走向南北的平面投影，其中心和半径分别为：(0，-Rtanα)，R/cosα。
进一步地，所述步骤S300中，若干个径向大圆弧为过圆心、走向南北的倾角不等的一系列倾斜平面的赤平投影，用来显示和度量倾斜岩层面的倾角；若干个纬向小圆弧为多个不过球心、间隔相等的直立平面的投影，以锥轴为南北向、锥顶角间隔相等且为2度的圆锥与球面的交线所确定的直立平面，即圆锥侧面与赤平面的交线，将赤平面大圆圆周分为角度间隔为2度的180份。
进一步地，所述步骤S400中，通过同时通过两个相对对立的方向进行赤平投影，即分别通过铅直向上和铅直向下的方向进行赤平投影，即z轴的正方向和负方向，投影之后的两个投影面分别位于赤平投影盘的表面两侧，从而构成全空间投影。
进一步地，步骤S400中，在完成全空间投影之后，根据赤平投影结果对岩体边坡的稳定性进行判断。
进一步地，在完成稳定性判断之后，通过计算机存储的方式将数据存储起来，同时利用计算机进行数据模拟，建立回归方程，同时通过网络通信方式将投影检测的结果远程共享。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本方案通过全空间赤平投影方法对待测岩体进行数据分析，可以用来表示优势结构面或某些重要结构面的产状及其空间组合关系；在分析岩体稳定性时，还可利用其来表示临空面、边坡面、工程作用力、岩体阻抗力及岩体变形滑移方向，在工程地质测绘和勘探资料分析、岩体结构分析、地下洞室围岩稳定分析、应力分析和空间力系的求解等方面都有着广泛的应用；
(2)本方案中通过赤平投影网和空间坐标系的建立，在完成投影之后便于工程人员直观的了解到岩体的具体数据情况，便于计算出相应的塌滑力,作为加固岩体的依据,进而讨论边坡方向、坡度的选择,地下厂房方向的选择,隧洞方向、断面的选择,使塌方尽量减少，有利于提高工程的安全性；
(3)本方案不仅可以对岩体面做出赤平投影，而且可以求出两直线夹角、已知两平面可求其交线、夹角和视倾角，同时通过全空间的投影方法，可以对特定的结构面进行全面分析，判断有无滑移分离体的存在，为岩体的施工安全带来保障。
附图说明
图1为本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种全空间赤平投影法，包括如下步骤：
S100、测量岩体的产状，通过专业罗盘仪器对待测岩体进行测量，得到待测岩体确定的产状数据，同时将测得的数据统一记录，首先通过专业罗盘对待测岩体进行产状测量，在测量之后通过计算机记录数据。
所述步骤S100中，测量岩体的产状具体包括走向、倾向和倾角，具体的测量过程如下：
步骤S101、测量岩体走向，将罗盘的长边(即南北边)紧贴岩体的层面，同时将罗盘放平，以水准泡居中为为准，之后读取指北针所示的方位角，所得到的角度即为岩体的走向角度，记为αi；
步骤S102、测量岩体倾向，将罗盘的短边紧贴岩体层面，将罗盘放平，以水准泡居中为为准，并读取罗盘指北针所示的方位角，即为岩体的倾向角度；
步骤S103、测量岩体倾角，将罗盘横着竖起来，使得罗盘的长边与岩体的走向相互垂直，同时罗盘紧贴岩体层面，当倾斜器上的水准泡居中后，读取罗盘的悬垂所示角度，即为待测倾角，记为βi。
在实际记录的时候，为了方便工程人员快速了解，以在完成测量之后，岩体的走向、倾向和倾角角度通过大写英文字母加角度的方式进行记录区分，例如：NE60°、NW135°，其中N为北方，S为南方，E为东方，W为西方。
完成测量之后将数据记录并输入，同时在测量的具体岩体产状的时候，不宜以单次测量结果为准，具体测量时应通过在同一岩体的不同位置进行多次测量，之后将测量结果取平均值的方式得到最佳的测量数据，减小单一测量带来的误差问题。
S200、建立赤平投影坐标系，建立Oxyz坐标系，以北方为x轴正方向，东方为y轴正方向，铅直向上为z轴正方向，同时计算个投影位置的投影坐标，在完成测量之后，建立一个完整的坐标系，同时在坐标系的基础上建立投影的坐标方程，
所述步骤S200中，在建立的坐标系中，以原点为中心，R为半径的球面：x2+y2+z2＝R2,任意一个从原点出发的向量g交球面于一点，该点与球极(0,0，-R)的连线交赤道平面z＝0于点g，g即为向量g的投影，-g的投影记为g′，则有即可得到任意直线在赤平大圆上的投影坐标，
然后将一组平面Pi的投影圆记为Pi圆，设(x，y，0)为赤道平面上任一点，待测的岩体记为平面Pi，其走向角记为αi，倾角记为βi，球极(0,0，-R)与(x，y，0)的连线交球面于{xt，yt，(t-1)R}，且x2t2+y2t2+(t-1)2R2＝R2，t＝2R2/(x2+y2+R2)，设任意平面P的倾角为α，走向角为β，则平面P的线性方程为：xsinαsinβ-ysinαsinβ+zcosα＝S。
所述步骤S200中，当P不过球心的时候，由于{xt，yt，(t-1)R}在平面P上，则有：当S+Rcosα＝0，即通过(0，0，-R)，投影方程为直线，xsinαsinβ-ysinαcosβ+Rcosα＝0,当S+Rcosα不为零的时候，投影方程为一个圆的方程：在该方程中，令β＝0，S＝0，就是走向南北的平面投影，其中心和半径分别为：(0，-Rtanα)，R/cosα，对于得到的方程，其与赤平大圆的交线即为岩体平面Pi的赤平投影，将得到的投影线在赤平大圆上标记出来，便于观察。
同时在实际投影时，具体距离说明如下：
赤平大圆O，半径为R，待测岩体的产状为北西310度，北东50度，在作投影的时候，按照岩体产状的走向在赤平大圆O上得到A、B两点，同时以A、B为圆心，以r＝R/cos30°为半径，画圆弧相交于E，同时再以E为圆心，r为半径画圆，所画的圆和赤平大圆O相交的圆弧即为岩体的赤平投影。
需要说明的是，所述步骤S200中，赤平投影坐标系的建立可以根据具体的岩体情况做适当调整，并不限于上述固定单一的坐标方式，以最佳的投影角度和效果为准。
S300、建立赤平投影网，由赤平大圆、东西向直径、南北向直径、若干个径向大圆弧、若干个纬向小圆弧和赤平面大圆中心组成，通过建构的赤平投影网，方便在完成投影之后直观的了解到每一个投影点的具体参数，便于工程人员对岩体的稳定性进行判断。
所述步骤S300中，若干个径向大圆弧为过圆心、走向南北的倾角不等的一系列倾斜平面的赤平投影，用来显示和度量倾斜岩层面的倾角；若干个纬向小圆弧为多个不过球心、间隔相等的直立平面的投影，以锥轴为南北向、锥顶角间隔相等且为2度的圆锥与球面的交线所确定的直立平面，即圆锥侧面与赤平面的交线，将赤平面大圆圆周分为角度间隔为2度的180份，从而以此来表示投影面和线在空间的方位，包括走向、倾向和倾伏向，而赤平大圆即为赤平投影面，在完成赤平投影之后，在建立的赤平投影网上直观的观察投影结果。
S400、全空间投影，通过两个方向相反的对称半空间投影组成全空间投影，通过同时通过两个相对对立的方向进行赤平投影，分别通过铅直向上和铅直向下的方向进行赤平投影，即z轴的正方向和负方向，投影之后的两个投影面分别位于赤平投影盘的表面两侧，从而构成全空间投影，两个不同的半空间投影分别建立在赤平大圆的两个面上，从而便于对岩体空间进行检测，及时发现潜在的危险，为岩体的开挖和探测提供理论依据。
在完成全空间投影之后，根据赤平投影结果对岩体边坡的稳定性进行判断，赤平投影可以判断结构面和边坡临空面的空间组合关系，可以确定楔形体的几何形态、空间分布及可能变形位移方位，能直观地初步做出岩质边坡稳定性的状态评价，岩质边坡的稳定性主要受软弱结构面(包括裂隙、节理、层面等)控制，结构面是指岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，边坡的破坏主要是由结构面切割形成的楔形体失稳造成的，其稳定性分析需考虑岩体节理裂隙的发育情况，查明各组岩体节理裂隙的倾向和倾角。
在具体判断时，根据岩体的软弱结构面进行判断：在岩体由一组软弱面控制时：
(1)当岩体结构面走向与边坡的走向一致而倾向相反，边坡与结构面投影弧相对，属于稳定结构；
(2)当结构面与边坡的走向、倾向均相同，但其倾角小于坡角，结构面的投影弧位于边坡的投影弧之外，属于不稳定结构；
(3)当结构面与边坡的走向、倾向均相同，但其倾角大于坡角，结构面的投影弧位于边坡的投影弧之内，属于稳定结构；
当岩体由两组软弱面控制时：
(1)不稳定条件：软弱面交点落于两个岩体坡面投影弧之间，而且交线在开挖坡面和顶坡都有出露；
(2)较不稳定条件：软弱面交点落于人工开挖边坡及天然边坡投影弧之间，如果在坡顶面出露点距开挖坡面较远，以致软弱面在开挖边坡上不出露，而插于坡脚以下，这时有一定的支撑能力，有利于稳定；但若下部有缓倾软弱面，并在开挖边坡出露，则可形成折线滑动面，不利于稳定；
(3)较稳定条件：软弱面交点落于天然边坡面投影弧外侧，说明软弱面交线较边坡平缓，但在坡顶面上无出露点，如无陡倾裂隙切割，则尚比较稳定，如有，则不稳定；
(4)稳定条件：软弱面交点与坡面在同一侧，但在开挖坡面投影弧内侧，这时组合交线较边坡陡；
(5)最稳定条件：两组软弱面交点在赤平投影图中，处于边坡面投影弧的另外一侧，这时软弱面组合交线倾向坡内。
需要补充说明的是，在完成稳定性判断之后，通过计算机存储的方式将数据存储起来，同时利用计算机进行数据模拟，建立回归方程，同时通过网络通信方式将投影检测的结果远程共享，同时在完成检测判断之后，通过计算机进行数据存储，同时通过计算机对检测的多组数据进行模拟并建立回归方程，以便于发现可能存在的规律或者干扰因素，同时通过网络通信方式将投影检测和判断结果远程分享。
本方案的特点在于：
(1)本方案通过全空间赤平投影方法对待测岩体进行数据分析，可以用来表示优势结构面或某些重要结构面的产状及其空间组合关系；在分析岩体稳定性时，还可利用其来表示临空面、边坡面、工程作用力、岩体阻抗力及岩体变形滑移方向，在工程地质测绘和勘探资料分析、岩体结构分析、地下洞室围岩稳定分析、应力分析和空间力系的求解等方面都有着广泛的应用；
(2)本方案中通过赤平投影网和空间坐标系的建立，在完成投影之后便于工程人员直观的了解到岩体的具体数据情况，便于计算出相应的塌滑力,作为加固岩体的依据,进而讨论边坡方向、坡度的选择,地下厂房方向的选择,隧洞方向、断面的选择,使塌方尽量减少，有利于提高工程的安全性；
(3)本方案不仅可以对岩体面做出赤平投影，而且可以求出两直线夹角、已知两平面可求其交线、夹角和视倾角，同时通过全空间的投影方法，可以对特定的结构面进行全面分析，判断有无滑移分离体的存在，为岩体的施工安全带来保障。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。