一种岩石相似表面形态模型结构面制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工程技术领域，涉及一种相似表面形态岩石模型结构面制作，用于不同尺寸的岩石模型结构面相似表面形态模拟，适用于水利、交通、采矿、地质等相关工程中采用岩石结构面进行结构面抗剪强度等工程设计参数的确定。
【背景技术】
[0002]岩石结构面的直剪试验特点决定了一个原岩结构面只能进行一次破坏性试验，为此，在进行结构面抗剪强度尺寸效应试验研宄中，常利用模型试样代替原岩结构面进行不同尺寸的直剪试验。结构面表面起伏形态是剪切强度的主要影响因素，因此，模型试样的制作需模拟岩石结构面的表面起伏形态。目前国内外学者基本上是通过制作锯齿状、水波状、台阶状模型结构面研宄结构面的剪切强度，虽考虑了结构面的表面起伏形态，但均是通过制作规则或相似表面的模拟试件，试件的表面形态并没有完全模拟真实的岩石结构面，常导致结构面的力学试验结果不完全可靠。可见，能够制作出与原岩结构面的表面形态一样的模型结构面，是开展不同尺寸室内结构面直剪试验的首要工作。
[0003]专利号为ZL200910154781.9，提出了一种直剪试验结构面模型的制作方法，该方法是基于原岩结构面为底面模板，即在原岩结构面上制作不同尺寸的模型结构面，但该制作方法的前提是去野外采集原岩结构面，当然也不能避免结构面采样过程中所要面对的如选样、取样、加工、运输等各种困难；此外，由于不同尺寸的模型试样均要在该结构面上制作完成，会对原岩结构面有所损坏，也会增加试验的周期。因此，如何能够不通过野外采样，就能得到岩石结构面的表面形态，且满足制作不同尺寸结构面的要求，是今后结构面抗剪强度等力学试验的研宄方向。
【发明内容】
[0004]为了克服已有岩石模型结构面制作中需野外采集结构面、操作麻烦、试验周期较长、操作性良好的不足，本发明提供了一种基于三维扫描的岩石相似表面形态模型结构面制作方法，此方法可以无需野外结构面采样，就能满足制作相似表面形态岩石模型结构面的要求，同时避免了野外结构面的取样困难和较高的试验成本，具有较好的操作性和实用性。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种岩石相似表面形态模型结构面制作方法，所述制作方法包括如下步骤:
[0007]I)岩石结构面表面形态三维扫描:对选定的岩石结构面进行表面清理，利用三维扫描仪对岩石结构面表面进行拍摄，获得结构面三维表面起伏形态的测量数据；
[0008]2)三维模型生成:利用逆向工程软件完成对扫描数据拼合，完成岩石结构面表面起伏形态模型的数字化过程，生成三维几何模型；
[0009]3)模型结构面加工:依照所述三维几何模型，在模型试块表面实现三维表面形态的成型面加工，获得与岩石结构面相似的表面起伏形态的岩石模型结构面。
[0010]进一步，所述步骤2)中，所述逆向工程软件包括数据采集软件、数据分析软件和点云处理软件。
[0011]再进一步，所述步骤3)中，利用UG软件的模具设计功能实现结构面表面起伏形态的三维设计，运用数控加工技术将三维设计数据转化为数控加工的代码，最后直接在模型试块表面实现三维表面形态的成型面数控加工。
[0012]所述三维扫描仪为拍照式结构光三维高精度激光扫描仪。当然，也可以是其他三维扫描仪。
[0013]本发明的技术构思为:三维扫描技术是近几年迅速发展起来的一门新兴技术，常通过非接触三维扫描，得到实物的三维数字化模型，现已广泛地应用于机械工程，但该方法在岩石力学工程领域应用还较少。如能将三维扫描技术应用到结构面表面形态的测量，再通过逆向技术模拟出岩石结构面表面形态模型，就能满足制作模型试样制作的各项要求，且将大大的降低试验的成本和试验周期，并且提高试验的精度。
[0014]本发明的有益效果主要表现在:1、无需野外的采样即可完成模型结构面的制作，减少了试验周期，也避免结构面采样过程的选样、取样、加工、运输等各种困难。2、该制作方法，可重复性强，表面形态的模拟效果好，相似精度高，且具有较好的操作性和实用性。3、利用三维扫描技术可以得到结构面的三维表面形态几何模型，为开展具有三维真实表面形态的结构面抗剪强度数值模拟对比研宄提供了条件。
【具体实施方式】
[0015]下面对本发明作进一步描述。
[0016]一种岩石相似表面形态模型结构面制作方法，包括如下步骤:
[0017]I)、岩石结构面表面形态三维扫描:对选定的岩石结构面进行表面清理，利用拍照式结构光三维高精度激光扫描仪对岩石结构面表面进行拍摄，获得结构面三维表面起伏形态的测量数据；
[0018]2)、三维模型生成:利用逆向工程软件完成对扫描数据拼合，完成岩石结构面表面起伏形态模型的数字化过程，生成三维几何模型；
[0019]3)、模型结构面加工:依照所述三维几何模型，在模型试块表面实现三维表面形态的成型面加工，获得与岩石结构面相似的表面起伏形态的岩石模型结构面。
[0020]进一步，利用数据采集软件如Flexscan 3D、数据分析软件如NX7、点云处理软件如Imageware等完成对扫描数据拼合。
[0021]所述步骤3)中，利用UG等软件的模具设计功能实现结构面表面起伏形态的三维设计，运用先进的数控加工技术将三维设计数据转化为数控加工的代码，最后直接在模型试块表面实现三维表面形态的成型面数控加工。
【主权项】
1.一种岩石相似表面形态模型结构面制作方法，其特征在于:所述制作方法包括如下步骤: 1)、岩石结构面表面形态三维扫描:对选定的岩石结构面进行表面清理，利用三维扫描仪对岩石结构面表面进行拍摄，获得结构面三维表面起伏形态的测量数据； 2)、三维模型生成:利用逆向工程软件完成对扫描数据拼合，完成岩石结构面表面起伏形态模型的数字化过程，生成三维几何模型； 3)、模型结构面加工:依照所述三维几何模型，在模型试块表面实现三维表面形态的成型面加工，获得与岩石结构面相似的表面起伏形态的岩石模型结构面。
2.如权利要求1所述的岩石相似表面形态模型结构面制作方法，其特征在于:所述步骤2)中，所述逆向工程软件包括数据采集软件、数据分析软件和点云处理软件。
3.如权利要求1或2所述的岩石相似表面形态模型结构面制作方法，其特征在于:所述步骤3)中，利用UG软件的模具设计功能实现结构面表面起伏形态的三维设计，运用数控加工技术将三维设计数据转化为数控加工的代码，最后直接在模型试块表面实现三维表面形态的成型面数控加工。
4.如权利要求1或2所述的岩石相似表面形态模型结构面制作方法，其特征在于:所述三维扫描仪为拍照式结构光三维高精度激光扫描仪。
【专利摘要】一种岩石相似表面形态模型结构面制作方法，包括如下步骤：1)、岩石结构面表面形态三维扫描：对选定的岩石结构面进行表面清理，利用三维扫描仪对岩石结构面表面进行拍摄，获得结构面三维表面起伏形态的测量数据；2)、三维模型生成：利用逆向工程软件完成对扫描数据拼合，完成岩石结构面表面起伏形态模型的数字化过程，生成三维几何模型；3)、模型结构面加工：依照所述三维几何模型，在模型试块表面实现三维表面形态的成型面加工，获得与岩石结构面相似的表面起伏形态的岩石模型结构面。本发明无需野外结构面采样，就能满足制作相似表面形态岩石模型结构面的要求，同时避免了野外结构面的取样困难和较高的试验成本，具有较好的操作性和实用性。
【IPC分类】G01N1-28
【公开号】CN104819874
【申请号】CN201510122081
【发明人】杜时贵, 黄曼, 罗战友, 雍睿, 胡云进, 钟振, 何智海
【申请人】绍兴文理学院
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年3月19日