基于Jaccard相似度量的結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000? ]本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)評價方法，特別的是本發(fā)明基于Barton標準輪 廓曲線的起伏特征分析，通過標準輪廓曲線與試樣輪廓曲線特征向量的相似度分析，實現(xiàn) 了巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)的定量評價，本發(fā)明屬于工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)構(gòu)面是巖體的重要組成且分布廣泛，其存在破壞了巖石自身的完整性和連續(xù) 性，因此結(jié)構(gòu)面的特征往往決定了巖體的力學性質(zhì)和變形行為。結(jié)構(gòu)面粗糙度是影響結(jié)構(gòu) 面抗剪強度參數(shù)的關(guān)鍵因素，因此，開展結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)(JRC)的研究具有十分重要的理 論意義與工程應(yīng)用價值。
[0003] 目前，國內(nèi)外學者從經(jīng)驗方法、統(tǒng)計方法、分形理論三大方面開展了一系列針對結(jié) 構(gòu)面粗糙系數(shù)的研究。在工程實踐中，通過Bar ton在1981年提出的標準曲線來對比判斷結(jié) 構(gòu)面粗糙度系數(shù)的方法應(yīng)用最為廣泛，并且寫入了國際巖石力學學會（ISRM)的推薦方法。 該方法的基本原理如下:Barton根據(jù)經(jīng)驗提出了 10條結(jié)構(gòu)面標準輪廓曲線，并將結(jié)構(gòu)面粗 糙系數(shù)劃分為〇~2,2~4，···，18~20,共10個級別;人們將采集的結(jié)構(gòu)面試樣與標準輪廓曲 線進行對比，根據(jù)其粗糙起伏性質(zhì)找出最接近的標準輪廓曲線，用該標準輪廓曲線所對應(yīng) 的粗糙度系數(shù)作為該結(jié)構(gòu)面試樣的粗糙度系數(shù)。然而，這種通過簡單經(jīng)驗對比確定結(jié)構(gòu)面 粗糙度系數(shù)的方法是非常主觀的，其測試結(jié)果往往隨著測試人員的經(jīng)驗不同而發(fā)生改變， 因此該方法具有明顯的局限性。為了搞清楚這種方法究竟會對實驗結(jié)果產(chǎn)生多大影響， Beer等人在2002年針對不同測試人員開展了一項網(wǎng)絡(luò)調(diào)查研究，研究表明不同的人來判斷 的相同結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)結(jié)果具有非常大的差異性，而且不同人員測試結(jié)果的統(tǒng)計平均 值會隨著測試人員數(shù)量的增大而趨于穩(wěn)定，當超過50人以上時統(tǒng)計平均值才趨于穩(wěn)定。 Alameda-Hernandez P等人在2014年也開展了類似的研究，不同的是他詳細的考慮了測試 者的受教育程度，結(jié)果表明這種通過人為經(jīng)驗判斷結(jié)構(gòu)面粗糙度的方法受測試者主觀判斷 的影響，測試結(jié)果不準確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服已有結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)評價方法的準確性較差的不足，本發(fā)明提供一種 準確性良好的基于Jaccard相似度量的結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)評價方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種基于Dice相似度量的結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)評價方法，所述評價方法包括如下步 驟：
[0007] 1)分別選取Barton的m條標準輪廓曲線的高像素照片，以μ為精度對圖片輪廓曲線 各點進行坐標數(shù)據(jù)的提??；
[0008] 2)根據(jù)提取的x、y坐標數(shù)據(jù)，按照如下公式計算輪廓曲線上相鄰兩點（Xl， yi)、 (叉土+1力+1)的起伏角度9土，
[0009]
[0010] 3)以設(shè)定度數(shù)為間隔，統(tǒng)計標準輪廓曲線上所有相鄰起伏角度Θ,的分布規(guī)律，記 錄9i出現(xiàn)在每個區(qū)間內(nèi)的頻數(shù)，構(gòu)成標準輪廓曲線特征向量S%
[0011] 4)標準輪廓曲線的特征向量，通過對相鄰起伏角度頻數(shù)的歸一化實現(xiàn)，其公式為
[0012]
[0013]其中，81為標準曲線特征向量#的歸一化向量的元素；為標準輪廓曲線每個角 度間隔上的頻數(shù)；和^；"是相鄰起伏角度的最小和最大頻數(shù)；
[0014] 6)在野外現(xiàn)場選定所需要測定的結(jié)構(gòu)面，采用輪廓曲線儀沿著測量方向繪制結(jié)構(gòu) 面表面的輪廓曲線，然后通過室內(nèi)圖像掃描與數(shù)據(jù)提取，獲得精度為μ的結(jié)構(gòu)面輪廓高程數(shù) 據(jù)；
[0015] 7)以設(shè)定度數(shù)為間隔，統(tǒng)計測試輪廓曲線上所有相鄰起伏角度Θ,的分布規(guī)律，記 錄0 1出現(xiàn)在每個區(qū)間內(nèi)的頻數(shù)，構(gòu)成測試輪廓曲線特征向量Τ;
[0016] 8)測試輪廓曲線特征向量Τ按下式(3)進行歸一化
[0017]
[0018] ^為測試曲線特征向量的歸一化向量的元素；if為測試輪廓曲線每設(shè)定度數(shù)間隔 上的頻數(shù)；
[0019] 9)根據(jù)Jaccard相似度量方法，分別確定測試曲線與m條標準曲線的相似度，其公 式為：
[0020]
J=i ?=1 ι-ι
[0021]相似度量結(jié)果記作vk = J(T，Sk)，k=l，2,…，m，m是標準曲線的條數(shù)，Sk為第k條標 準曲線的歸一化向量，T為測試曲線的歸一化向量；
[0022] 10)對相似度量結(jié)果做如下變化，
[0023]
[0024] rk為相似度量結(jié)果的歸一化值;vmin是相似度量結(jié)果的最小值;vmax是相似度量結(jié) 果的最大值，r k=l說明該標準曲線與測試曲線的粗糙起伏特征最為接近，其所對應(yīng)的粗糙 度系數(shù)就是該測試曲線的粗糙度系數(shù)值。
[0025] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:準確性良好。
【附圖說明】
[0026] 圖1為Barton標準輪廓曲線相鄰起伏角度統(tǒng)計分布規(guī)律的示意圖，其中，（a)表示 標準曲線1，（b)表示標準曲線2,（c)表示標準曲線3,（d)表示標準曲線4,（e)表示標準曲線 5; (f)表示標準曲線6,（g)表示標準曲線7,（h)表示標準曲線8,（i)表示標準曲線9,（j)表示 標準曲線10。
[0027] 圖2為本發(fā)明一個實施例測試結(jié)構(gòu)面輪廓曲線示意圖，其中，橫坐標和縱坐標的單 位為：cm。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0029] 參照圖1和圖2,一種基于Jaccard相似度量的結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)評價方法，所述評 價方法包括如下步驟：
[0030] 1)分別選取Barton的10(取m= 10)條標準輪廓曲線的高像素照片，以μ = 0.5mm為 精度對圖片輪廓曲線各點進行坐標數(shù)據(jù)的提??；
[0031] 2)根據(jù)提取的x、y坐標數(shù)據(jù)，按照如下公式計算輪廓曲線上相鄰兩點（Xl， yi)、 ^+1#+1)的起伏角度01，
[0032]
(1)
[0033] 3)以2° (取設(shè)定度數(shù)為2°)為間隔，統(tǒng)計標準輪廓曲線上所有相鄰起伏角度Θ,的分 布規(guī)律，記錄出現(xiàn)在每個區(qū)間內(nèi)的頻數(shù)，構(gòu)成標準輪廓曲線特征向量S'統(tǒng)計結(jié)果表明10 條標準曲線上相鄰起伏角度Θ,出現(xiàn)的范圍在0~50°以內(nèi)；
[0034] 4)標準輪廓曲線的特征向量，可以通過對相鄰起伏角度頻數(shù)的歸一化實現(xiàn)，其公 式為
[0035]
[0036] si為標準曲線特征向量#的歸一化向量；為標準輪廓