基于局部焦距追迹计算优化的广角镜头设计方法

将焦距的内涵由零视场拓展至全视场,局部焦距可被用来表征各视场处极小视场角增量光线对应的像高增量,畸变则等效为随视场变化的局部焦距。继而,将局部焦距引入光学系统的设计过程用于畸变的表征与控制,可获得算测融合的效果。针对鱼眼镜头大视场、中央视场分辨率高且无畸变的成像目标,通过对局部焦距的追迹计算和优化控制,设计了全视场角160°,50%中央视场满足f-tanθ等线投影的鱼眼镜头。针对有限物距曲面物体复杂成像场景,通过对局部焦距的调控变换,为多种曲率半径数值的凸、凹物面设计了相应的广角镜头,满足了120°视场范围内物方等分辨率投影映射的效果。

岩体节理平均迹长和迹线中点面密度估计

在现场节理调查中,采用圆形窗口直接进行节理调查并不实用。将所有的迹线类型设计成统一的数据结构,读取现场测量的数据;然后在生成的节理迹线图上布置圆形取样窗口。根据测量数据的具体情况调整圆形取样窗口的位置、数量和半径,同时判断并记录每个圆形取样窗口对应的各种迹线类型的数量。利用圆形窗口法原理,在估计节理迹线平均长度的同时计算出节理迹线中点面密度。对于实际测量数据,节理迹线中点并非均匀分布,选择恰当的圆形窗口位置和半径,才能得出合理的结果。采用同心圆法和相切圆法对岌岌采石场岩体节理的平均迹长和迹线中点面密度进行估计,分析表明采用相切圆法能够得出稳定且具有一致性的结果。利用该法计算出中国高放废物处置库甘肃北山预选区域岌岌采石场断裂两侧露头的平均迹长和迹线中点面密度,分析断裂对两侧岩体节理影响的范围。

基体裂隙实测全迹长分布规律研究

由于有很好的露头条件,作者对澜沧江小湾水电站坝肩基体裂隙的全迹长进行了现场测量,并统计了其分布规律。发现基体裂隙的全迹长分布特征与优势方位无关,全迹长主要集中分布在1～3m的范围内且在(1 0m ,2 0m ]和(2 0m ,3 0m]区间内大致服从正态分布,总体均值在2 6m左右,概率分布密度服从负指数函数关系。

岩体节理平均迹长估计

分析总结岩体节理平均迹长的估计方法后,扩展了测线法节理平均迹长估计的理论基础。扩展后的测线法在相同的现场节理调查数据下,可更加准确地估计岩体节理的平均迹长。同时指出,采用圆形窗口法平均迹长估计时,假设迹线中点在窗口中均匀分布与实际情况偏差很大,为避免迹线中点不均布的情况必须保证窗口的尺度足够大。随着圆形取样窗口的增大,迹线中点密度在窗口中的变化减小,估计所获得的节理平均迹长的准确度较高。通过现场节理调查获得丰富的节理数据,采用扩展的测线法和圆形窗口法分别估计岩体节理的平均迹长。当圆形窗口的直径与测线法删节长度相等时,扩展测线法和圆形窗口法估计所得的岩体节理平均迹长比较接近,由此可确定研究区域的岩体节理平均迹长。

基于半迹长测线法的岩体结构面全迹长概率分布及平均迹长新算法

半迹长测线法是当前野外结构面数据采集中最为常用的一种采样方法。目前基于半迹长测线法估算结构面平均迹长的研究成果很少。在对基于半迹长测线法估算岩体结构面全迹长概率密度函数及平均迹长的方法进行改进的基础上,通过建立3种新的考虑结构面产状分布特征的迹线与测线的交切概率模型以及新的半迹长累积概率模型,推导得出由半迹长概率密度函数显式表达的全迹长概率密度函数,并据此得到半迹长服从典型概率分布形式时,在结构面产状分布影响下的全迹长概率密度函数及平均迹长。最后应用汶川老虎嘴岩质斜坡单组结构面几何参数对上述成果加以验证,将模拟结果与实测半迹长样本进行对比,结果表明,所提出的方法计算精度明显高于传统方法,证明该算法的优越性。同时对迹长均值与结构面产状关联性进行分析,为测线法野外结构面采样工作提供建议。

单测线法估算随机节理迹长的数值技术

由于现场条件的限制,有时只能采用单测线法来估算随机节理的真实迹长,即随机节理迹长取样偏差的纠正。为了更准确地估算随机节理的真实迹长,建议首先采用随机节理优势组数的概率统计划分方法,将测线法获得的随机节理进行优势组数划分;获取每一条随机节理的观测迹长和每一组节理的平均观测迹长;应用概率统计的方法求得每一组节理迹长的概率分布密度特征函数;最后,采用半迹长估算法来实现各组随机节理的迹长取样偏差,获得了较符合实际的成果。

节理面构成块体的概率公式及其工程应用

利用块体理论和概率分析理论,建立了同时考虑节理面间距和延展性随机特性的情况下构成块体体积的理论公式,据此分析了节理间距、延展性随机特性与构成块体体积的关系,进而得到了具有实用价值的计算公式,该公式结合可动块体分析方法,可以有效地解决赤平投影难以计算小型结构面构成块体体积的问题。工程实例表明,该公式具有实用性和应用前景。

测量统计范围大小对结构面迹长估计的影响

基于计算机模拟裂隙网络和典型露头实测结果 2种数据,对比研究测量范围大小对迹长估值的影响。通过对比研究揭示测量范围大小对不同估值公式可靠性的影响,研究允许最小测量范围及其影响因素,发现窗口过大时有些计算公式也会出现明显偏差,并分析计算机模拟技术在该问题研究上的局限性。研究表明,对结构面迹长估值,首先应研究测量范围的适宜性及其对所采用估值方法的影响,否则,即便采用目前复杂的计算公式仍可能存在较大的取样偏差,为后续的结构面建模埋下隐患。另外,针对我国高放废物地质处置预选场地的典型露头进行的测量范围适宜性分析,也可为其接下去的结构面参数识别打下基础。

甘肃北山芨芨采石场岩体节理特征研究

芨芨采石场是我国高放废物处置库甘肃北山预选区有利候选地段之一。采用综合节理测量法在芨芨采石场进行详细的节理调查,共获得13012条节理数据。根据芨芨采石场内的断层将该区域初步划分为3个岩体结构均质区和2个断层影响区。基于圆形窗口法原理编制计算程序,分析断层两侧节理的平均迹长和迹线中点面密度的变化,确定断层对节理分布的影响范围,准确划分岩体结构均质区的大小,并得出各均质区节理的平均迹长和迹线中点面密度;采用节理玫瑰花图和节理极点图法,得出各均质区节理的优势组,对各优势组的产状进行统计分析。芨芨采石场的岩体节理以陡倾角的剪节理为主,节理倾向和倾角符合正态分布;统计分析各优势组的节理间距,得出各优势组节理间距符合负指数分布。按照ISRM提出的《岩体不连续面定量描述的建议方法》(1978),采石场各结构均质区的节理间距都属于宽间距,表明岩体完整性较好。本次研究得到芨芨采石场岩体节理基本特征的定量化参数,为岩体力学和渗流特性的深入研究提供必要的数据。

冻结条件下平行双裂隙岩体力学特性试验研究

裂隙是影响工程岩体稳定的重要因素,而平行双裂隙是一种重要的裂隙分布形式,基于已有的研究成果,开展一系列平行双裂隙类岩石三轴压缩试验,研究裂隙产状对平行双裂隙岩体力学性质和破坏形态的影响。试验结果表明:平行双裂隙岩体强度、弹性模量和泊松比受迹长和迹长比共同影响,受裂隙间距影响较小,随倾角增大,先减小后增大;倾角<30°时,破裂面起始于裂隙端部贯穿岩桥,并沿最大主应力方向发展,倾角在30°~60°之间时,沿其中一条裂隙剪切破坏。迹长和迹长比较小时(贯通率<25%,迹长比<2.5),破坏形态与裂隙无关;迹长较大(贯通率>75%),迹长比较小时(迹长比<1),破坏形态取决于长裂隙;迹长介于两者之间时(贯通率25%~75%),迹长比接近1时,受两条裂隙共同影响。

基于分形几何理论的DFN模型构建方法研究

以重庆梁-忠(梁平县-忠县)高速公路礼让隧道为工程研究背景,通过测线法调查现场节理,获得了节理产状分布概率密度函数,并从分形几何学的角度分析了节理间距及迹长的分形分布规律,推导出能反映节理间距及迹长分布状态的分形维数D及分形分布概率密度函数。在该基础上采用Matlab软件以及Monte-Carlo随机分析方法,产生节理参数随机数,结合3DEC中最新模块离散裂隙网络(DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型并验证了模型的有效性,结果表明,分形分布比负指数分布包含更多的间距、迹长分布信息,更接近于实际分布;分形维数D反映了节理间距、迹长在其变化范围内的分布特征,分形维数的大小取决于小间距、小迹长部分数量在总节理数量中的比例,为节理裂隙岩体网络模型构建提供了一种新方法。

一种估计结构面迹长的新方法及其工程应用

为了研究结构面迹长与其产状之间的概率关系,根据结构面交切测量窗口的几何条件与交切频度之间的概率关系,拓展了H-H迹长估计方法,建立了结构面平均迹长与其在测量窗口中视倾角的关系表达式。在此基础上,结合Laslett迹长估计方法,提出了广义H-H迹长估计方法,进一步完善了H-H方法,并通过工程实例证明了其正确性。该方法使用简单方便,有很高的推广价值。

采用全空间块体搜索技术初步研究岩体完整性

岩体完整性包括两方面含义:岩体切割程度和岩体块度。全面反映岩体完整性需要同时考虑结构面间距和长度,而不仅仅是间距。采用全空间块体搜索技术,可直观形象地对岩体切割程度及块度进行研究。结果表明,迹长间距比越大,岩体被切割程度越高,完整程度越低。当迹长间距比为3～4时,岩体被切割成较为离散的块体,对应于完整程度为较破碎即完整～破碎岩体的过渡阶段,结构类型为次块状。岩体块度不完全取决于结构面间距,还与切割程度有关,即要考虑到迹长间距比,当岩体被完全切割(迹长间距比大于3～4)时,块度才基本只受间距控制。这些结论可以作为岩体完整程度及岩体结构类型划分的补充条件。另外,以迹长服从对数正态分布为例,讨论不同迹长分布对所得结果的影响。最后,根据典型工程实例的结构面地质统计资料,分析岩体完整性及结构类型。研究途径和结论对于深入认识岩体完整性具有较大意义。

适用于半迹长测线法的岩体结构面直径新试算法

当假定结构面形状为圆盘时,直径成为岩体结构面空间分布的重要参数,需由实测迹长推求。提出直径新试算法,以Monte Carlo法模拟结构面几何要素分布、解析几何学推导分布关系、Excel或C++等编程试算直径分布使试验逼近实测未删截半迹长分布,此时试算直径分布为最佳直径分布。由于结果具有离散性,进行降低离散性试验,发现多次试算取平均值能有效降低离散性。新试算法较Priest-Zhang算法更准确、容错能力更强、计算速度更快、硬件配置更低、文件和内存占用量更小、编程更简便、运行更稳定,且较Priest-Zhang算法、黄磊前期算法适用分布形式更广。新试算法填补了在半迹长测线法中能够适用于多种分布形式的直径准确算法鲜见的空白,在汶川地震区得到成功验证,值得推广。

岩体节理大小估算新方法研究

节理大小主要指节理空间延伸范围,对于节理泊松圆盘模型,节理大小可以用圆盘直径表示。Warburton的方法需要先假设直径的分布形式,理论上正确,但并不实用。不假定节理直径的可能分布,提出一种新的方法估算节理直径分布,该方法在已知节理迹长分布基础上,通过设定不同节理直径平均值初值,计算相应节理直径分布,得到不同节理直径平均值初值和数值计算节理直径平均值之间的相对误差。分析相对误差与节理直径平均值初值之间的相互关系,当误差为0时,得到数值计算最佳节理直径平均值,从而获得相应节理直径分布。采用节理直径负指数和对数正态分布2种理想分布来验证数值方法的有效性,结果理论节理直径平均值和数值计算节理直径平均值之间的相对误差很小,且节理直径分布和理论节理直径分布一致。通过理论节理直径平均值和标准差变化对数值方法进行参数分析,研究数值方法计算节理直径分布的适用性。在节理直径平均值较大而标准差较小条件下,利用数值方法,所得节理直径分布更加准确。利用该数值方法研究节理直径分布简便实用。将该方法应用于我国高放废物处置库预选区甘肃北山芨芨采石场结构均质Ⅱ区,获得该区岩体节理直径分布。

侧裂结构面迹长估计方法研究

侧裂面是控制拱坝抗滑稳定的重要力学边界之一 ,可能构成侧裂面的陡倾结构面称为侧裂结构面 .如果侧裂结构面为随机基体裂隙 ,那么其迹长估计就是侧裂面边界条件分析中的一项重要内容 .作者在分析H -H、Laslett和 2L0 5三种迹长估计方法的基础上 ,综合确定模型方法和概率模型方法 ,提出了一种适用于侧裂结构面迹长估计的新方法———广义H H迹长估计算法 .并利用此方法对西南某大型水电站工程侧裂结构面迹长进行了研究 。

适用于半迹长测线法的岩体结构面迹长与直径关系新模型及新算法

适用于半迹长测线法的岩体结构面迹长与直径概率关系需要研究,基于弦端点在圆周上随机分布、弦中点在圆某一直径上随机分布、弦中点在扇形内随机分布、弦中点在扇形圆弧且直径上同时随机分布、弦中点在扇形直径上随机分布(广义模型)这5种不同等可能假设,得到未删截半迹长与直径的5种概率关系模型,理论与实例证明前4种模型在半迹长测线法中不适用或适用性不强、广义模型适用性强,5种模型填补未删截半迹长与直径概率关系方面的空白。当直径服从均匀分布形式时,提出广义模型直径新算法,在汶川地震中得到成功应用,值得推广。

基于交切条件的不连续面平均迹长估算法

从不连续面与窗口交切的充要条件出发，推导了窗口法不连续面测量的平均迹长估算公式。

基于平均迹长修正新方法的岩体三维连通率及抗剪强度参数计算

岩体结构面连通率是反映结构面延伸程度和连通状况的一个重要参数,是确定裂隙岩体抗剪强度指标的关键和分析边坡稳定性的前提。对三维连通率的求解方法及其在估算抗剪强度参数中的应用进行探讨,在考虑结构面迹长和迹线与统计窗边线的交角均遵循一般概率分布类型的基础上,从概率统计角度推导出窗口法中结构面平均迹长的估算公式。利用基于平均迹长修正公式的三维结构面网络模拟方法对贵阳市鱼简河水利工程导流洞进口的岩体结构面进行模拟,在其三维可视化模型的基础上求得模拟区内不同截面的三维连通率,并利用三维连通率结果估算出岩体的综合抗剪强度参数。计算结果表明:该模拟区内岩体总体连通性较好,各向异性明显,70°～80°∠20°～40°范围内的截面为危险截面,最大连通率为0.9143,最小黏聚力和内摩擦角分别为1.135MPa和25.7°,工程建设中应予以重视。

节理平均迹长与统计窗选位关联性分析

目前常用的统计窗迹长估算方法多假定节理中心在各向服从均匀分布,即认为统计窗的布置点位对平均迹长估算结果无影响。而实际上节理作为漫长地质演化过程的产物,受多期地质建造、构造综合作用,使得其形态及规模已发生较大的改变,呈现典型的地质韵律特征,若随机布置统计窗点位将会产生截然不同的迹长估算结果。为研究节理迹长与统计窗选位的关联性,以大岗山水电站地下主厂房区为例,首先对厂房区下游边墙节理组进行地质演化过程分析,确定厂房区优势节理组为辉绿岩脉及其节理影响带。接着以岩脉β81及其影响带为代表,对其发育地质韵律特征予以详细研究,藉此提出统计窗布置点位、尺寸及估算方法建议。最后采用5种统计窗估算法对研究区各区段节理迹长进行对比分析。研究发现:节理估算迹长与统计窗选位存在较强的关联性,不同的节理发育特征及统计窗布置点位适合于不同的节理组迹长估算方法,在应用统计窗法估算节理迹长时,需充分考虑优势节理发育规律,合理选择统计窗位置,尽可能将不同类型的节理包含其中,使之同时体现切割、交接、包含3种关系,并选取适合于本统计窗的迹长估算方法。