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岩体结构及其分析工具ShapeMetriX 3D
更新时间：2026-01-09
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天然岩体，从宏观上来说，它是由节理或裂隙切割成一块一块的、互相排列与咬合着的岩块所组成的。岩体中往往具有明显的地质遗迹，如不整合、褶皱、断层、节理、劈理、解理、层埋、片理等。它们在岩体力学中一般都统称为节理。由于节理的存在，造成了岩体介质的不连续，因而，这些界面又称为不连续面或结构面。它造成了岩体的不连续性和各向异性，同时，还反映了区域地质构造和自然应力场的特征。
由于岩体中有结构面的存在，使岩体与完整岩石的力学特性之间有很大的差异。从岩体的力学属性来看，可认为完整的岩体属连续介质力学范畴；而碎屑岩体或糜棱岩体则属土力学 范畴；介于上述二者之间的裂隙岩体或破裂岩体，也统称节理岩体，因它受节理切割的影响，可认为是有地质力学的属性，即由地质的特点而决定其力学性质，其力学属性被认为部分属非连续介质力学的范畴。
岩体结构
Theory.
岩体结构是指岩体中结构面与结构体的空间排列组合特征。岩体结构包括两个基本要素或称结构单元，即结构体（岩石）和结构面。
在《岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）》中，将岩体结构划分为5大类。目的：弄清岩体中结构面的情况及其力学属性，建立符合实际工程岩体的地质力学模型。
结构面（亦称弱面）：岩体内存在的各种地质界面，包括：不连续面和物质分异面，如裂隙、节理、层理、软弱夹层、断层及断裂破碎带等。
结构面的分级
岩体中的各种结构面依其本身的产状，彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩石块体，称为结构体。结构体的大小及形态主要取决于结构面的密度及其空间组合关系。结构体常见的形状有：块状、柱状、层状、板状、碎块状及碎屑状；结构体的形状与岩石类型有关；结构体的形状还与区域构造运动强度密切相关。
结构面的分级
Theory.
结构面的产状主要包含三方面内容：
走向：是指结构面与水平面相交的交线方向；
倾向：是与走向成垂直的方向，它是结构面上倾斜线最陡的方向；
倾角：是指水平面与结构面之间所夹的最大角度。
由于走向可根据倾向来加以推算，故一般只用倾向、倾角来表示，表示方法一般为倾向<倾角。
结构面的连续性又称为结构面的延展性或贯通性，常用迹长、线连续性系数和面连续性系数表示。
（1）迹长
结构面与勘测面交线的长度，称为迹长。国际岩石力学学会(ISRM，1978年) 制订的分级标准(见下表)。
（2）线连续性系数 Kl
是指沿结构面延伸方向上，结构面各段长度之和与测线长度的比值。
（3）面连续性系数 Ka
是指结构面延伸方向，结构面面积之和与被测试岩体总面积的比值，即
结构面的密度是指结构面发育的密集程度，常用线密度、间距等指标表示。
线密度 Kρ ：是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数(条／m)；
间距d ：是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。两者互为倒数关系，即
当岩体上有n组方向的结构面时，
则沿测线x上的n组结构面间距为：
......
传统上对结构面的研究通常采用罗盘、尺子等工具到现场进行测量，然后对数据进行统计分析。这种方法既费力气又费时间，而且对于一些难以进入的场地，获取数据是非常困难的，甚至是危险的。
基于这些考虑，工程技术人员开发出了ShapeMetrix 3D岩体三维成像及统计分析系统，使得岩体结构分析的工作变得得心应手。
ShapeMetriX3D是一套全新的岩体三维成像系统。采用一台标定的照相机，从两个不同的角度来对指定的区域进行成像，然后输入计算机中合成三维模型。
工作过程大概如下：
利用相机从两个方向上采集两张照片，输入到软件内。
将两幅图片中心重合，划定顶线和底线。
生成三维模型。
选定模型分界线。
将做好的模型，载入分析模块中。可以确定任一点的GPS坐标，也可以确定任意结构面的倾向、倾角、走向、长度、大小、面积、体积、高差等参数。
将两个已经建好的模型载入到软件内，可以进行拼接。
可以指定某一个面作为参考面。
将做好的模型，载入分析模块中。可以确定任一点的GPS坐标，也可以确定任意结构面的倾向、倾角、走向、长度、大小、面积、体积、高差等参数。
可以自动生成等高线图。
可以对这个模型进行赤平投影分析和节理图分析。
可以对体积进行计算。
可以以多种格式输出模型，如VRML、DXF、OBJ、TXT、EXCEL等。
可以以多种模式查看模型。
综上所述，岩体的力学特性深受其内部结构面控制。
传统测量方法效率低、风险高。ShapeMetriX 3D系统利用三维摄影测量技术，仅需通过照片即可快速、精确地重建岩体三维模型，并自动识别与分析结构面的产状、间距、迹长等关键参数，实现了非接触、高效率、高精度的测量，极大地提升了工程地质勘察的现代化水平与安全性，是岩体结构分析领域的强大工具。
