岩体结构面的小平面特征探析

自然界中的岩体往往受到天然不连续面的空间相互作用（Vögea el al，2013），由于这些不连续面的存在，岩体被分离成独立的、离散的小块。这些不连续面都具有独立的小平面特征，即通常认为的“岩体结构面”（图1-1、图1-2）。大多数的岩体结构面以随机分布的细小结构面为主（张发明等，2007）。“岩体结构面的主要类型”一节中论述的Ⅳ、Ⅴ级结构面即为细小的平面，这种类型和规模的结构面数量众多，广泛分布于各种岩体之中，其表现出来的几何特性往往影响着岩体的力学特性。如能正确理解此类结构面的几何特征，高效、准确地提取出它们的地质信息和几何信息，将为进一步了解岩体的结构特性和评价岩体的稳定性打下坚实的基础。

传统方法点云分割与平面方法的研究大多针对机载Lidar数据的建筑物屋顶或墙面等的分割提取。因为屋顶和墙面大多形状规则，其法向量多垂直向上或水平，大小范围内含有的粗糙或不平整区域都较少，且轮廓的边缘特征较为鲜明（Lato et al，2012）。而以小平面为特征的岩体断裂面通常具有表面近似为平面、不规则分布、相互切割并有明显的棱角状、裂隙有一定宽度、多种朝向等特点，其表面往往有一定的粗糙度。

岩体中的结构面是变化的，有时甚至变化很大，但在小区域范围内往往会表现出几个优势组，各个优势结构面组由众多相互连接或间断的空间面片组成，每个优势结构面组内的平面法向量方向基本相同，在本组结构面边缘部位面片的法向量变化巨大（图1-9）。基于岩体结构面表现出来的这种小平面特性使用相应的点云分割方法展开结构面的识别和提取研究。(www.xing528.com)

图1-9　结构面小平面特征

岩体上被多种朝向结构面分离开的块体在重力的作用下会引起滑坡或岩崩（Slob et al，2005）。在地质工程信息提取工作中，经常需要对岩石、岩体中的结构面发育情况进行分组研究，根据优势结构面表现出来的各种几何属性（倾角、倾向、迹长、间距等）反演分析岩体的力学特性，从而对其稳定性和安全性做出评价。所以研究岩体结构面的提取和识别对监测岩体滑坡极其稳定性有极其重要的意义。需要找到一种快速提取方法识别优势结构面子集的几何信息（小平面），在此基础上，进一步计算得到岩体的产状、间距、迹线等其他地质信息。