本發(fā)明涉及巖石質(zhì)量指標(biāo)分析方法，尤其是涉及基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法。

背景技術(shù)：

巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）是評(píng)價(jià)巖體完整性的一個(gè)重要參數(shù)。RQD的獲取要求采用直徑為75 mm的金剛石鉆頭和雙層巖芯管在巖石中鉆進(jìn)，連續(xù)取芯，回次鉆進(jìn)所取巖芯中，長(zhǎng)度大于10cm的巖芯段長(zhǎng)度之和與該回次進(jìn)尺的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。RQD 作為評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量的重要參數(shù)，是國(guó)際圍巖分級(jí)方法Q系統(tǒng)和RMR系統(tǒng)中重要的指標(biāo)，在巖體工程中被各國(guó)工程師廣泛采用。但是，RQD獲取方法所存在的不足是：1、該方法獲取的RQD受鉆進(jìn)工藝、人員素質(zhì)、施工質(zhì)量的影響較大，不能真實(shí)地反應(yīng)巖體質(zhì)量；2、該方法得到的RQD值與鉆進(jìn)回次長(zhǎng)度有較大關(guān)系，同樣的巖體，不同的鉆進(jìn)回次長(zhǎng)度，RQD值會(huì)有所不同，這與巖體質(zhì)量的客觀性不符。

隨著光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，特別是全景技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，使得同時(shí)觀測(cè)360°鉆孔孔壁成為現(xiàn)實(shí)。鉆孔光學(xué)成像技術(shù)利用錐面反射，將圓形鉆孔孔壁圖像反射成為平面圖像，然后通過(guò)圖像無(wú)縫縫合獲得鉆孔的全孔壁信息。鉆孔光學(xué)成像技術(shù)獲得的孔壁圖像，直觀地反映了孔內(nèi)的實(shí)際情況，保證了地質(zhì)信息采集的完整性和準(zhǔn)確性。因此，基于鉆孔成像技術(shù)獲取的鉆孔圖像，包含了鉆孔中全部的巖體、結(jié)構(gòu)面及破碎帶信息，這也為基于鉆孔圖像進(jìn)行RQD分析創(chuàng)造了條件，但目前還未見(jiàn)諸有關(guān)利用鉆孔光學(xué)成像照片進(jìn)行數(shù)字圖像處理，達(dá)到對(duì)RQD分析的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案：

本發(fā)明所述基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法，包括在Matlab平臺(tái)上,對(duì)基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)獲取的鉆孔光學(xué)成像照片，進(jìn)行鉆孔圖像處理、鉆孔圖像信息識(shí)別、鉆孔R(shí)QD計(jì)算步驟：

一、所述鉆孔圖像處理按照下述步驟進(jìn)行：

S11、通過(guò)Matlab提供的圖像讀取函數(shù)，讀取所述鉆孔光學(xué)成像照片及RGB像素值；所述鉆孔光學(xué)成像照片為RGB圖，所述RGB圖具有R（紅）、G（綠）、B（藍(lán)）三個(gè)顏色通道，每個(gè)RGB像素都由1×3的向量（R，G，B）表示，R、G、B分別表示三種顏色的深度級(jí)別；

S12、進(jìn)行圖像裁剪，獲取鉆孔孔壁部分的圖像；

S13、將S12獲取的孔壁圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，圖像轉(zhuǎn)換采用浮點(diǎn)算法；

S14、為清晰地表現(xiàn)圖像中突變或快變區(qū)域的輪廓邊界，采用維納濾波處理方法，對(duì)S13獲取的灰度圖進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理；

S15、通過(guò)閥值分割技術(shù)，對(duì)S14獲取的增強(qiáng)圖像進(jìn)行分割，將增強(qiáng)圖像中的結(jié)構(gòu)面、孔隙、溶隙、溶孔部分從完整巖體背景中分離出來(lái)，從而為鉆孔圖像信息識(shí)別創(chuàng)造條件；

二、所述鉆孔圖像信息識(shí)別按照下述步驟進(jìn)行：

S21、對(duì)S15獲取的分割圖像中的結(jié)構(gòu)面、孔隙、溶隙、溶孔部分，進(jìn)行邊緣檢測(cè)與標(biāo)記；所述邊緣是指所述圖像局部亮度變化顯著的部分，存在于目標(biāo)與目標(biāo)、目標(biāo)與背景、區(qū)域與區(qū)域之間，是圖像分割、紋理特征和形狀特征提取圖像分析的重要基礎(chǔ)；在鉆孔圖像分割之后，目標(biāo)與背景已被分離區(qū)分，邊緣檢測(cè)采用Canny邊緣檢測(cè)算子，檢測(cè)出各個(gè)目標(biāo)的邊界；在邊界確定之后，通過(guò)對(duì)連通區(qū)域依序進(jìn)行編碼標(biāo)記，區(qū)分出不同的目標(biāo)范圍，即區(qū)分出不同的結(jié)構(gòu)面、孔隙、溶隙、溶孔位置；

S22、根據(jù)結(jié)構(gòu)面和破碎帶在鉆孔圖像中的分布特征，對(duì)連通區(qū)編碼進(jìn)行合并；首先，當(dāng)不同連通區(qū)在長(zhǎng)度或?qū)挾确较虼嬖谥丿B，即在行號(hào)或列號(hào)上存在重合區(qū)域時(shí)，對(duì)其進(jìn)行合并；其次，連通區(qū)域間不存在重疊，但在長(zhǎng)度或?qū)挾确较虻淖钚【嚯x小于某一限值λ時(shí)，對(duì)連通區(qū)域進(jìn)行合并；連通區(qū)合并后，標(biāo)記為同一編碼；

S23、上述區(qū)域合并后，統(tǒng)計(jì)出新的連通區(qū)范圍，即新的連通區(qū)編碼i、像素總數(shù)PX_i、中心線位置L_imid、最小行號(hào)L_imin、最大行號(hào)L_imax、最小列號(hào)W_imin、最大列號(hào)W_imax；在鉆孔圖像中，局部的結(jié)構(gòu)面、孔隙、溶隙、溶孔不影響RQD的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)連通區(qū)像素總數(shù)PX_i小于圖像寬度PX_w一半時(shí)，忽略該連通區(qū)；對(duì)剩余連通區(qū)，若像素總數(shù)PX_i大于該連通區(qū)所在長(zhǎng)度范圍內(nèi)像素總數(shù)的1/3時(shí)，判斷為破碎帶，反之為結(jié)構(gòu)面；

三、所述鉆孔R(shí)QD計(jì)算為：

在獲得鉆孔全部結(jié)構(gòu)面與破碎帶位置、寬度信息后，即可進(jìn)行巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD計(jì)算；即：計(jì)算整個(gè)鉆孔的RQD值、鉆孔不同分段長(zhǎng)度的RQD值、鉆孔某一部位的RQD值、同一深度范圍不同鉆孔的RQD值。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)鉆孔圖像而非鉆孔巖芯進(jìn)行處理，避免了鉆進(jìn)和取芯質(zhì)量對(duì)RQD統(tǒng)計(jì)的影響。利用鉆孔光學(xué)成像照片，通過(guò)圖像處理和圖像識(shí)別技術(shù)，提取鉆孔內(nèi)結(jié)構(gòu)面和破碎帶的位置及寬度信息，然后利用獲取的數(shù)據(jù)，計(jì)算整個(gè)鉆孔的RQD值、鉆孔不同分段長(zhǎng)度的RQD值、鉆孔某一部位的RQD值、同一深度不同鉆孔的RQD值，從而實(shí)現(xiàn)基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析計(jì)算。本方法可通過(guò)計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)單一鉆孔、多個(gè)鉆孔圖像的批量處理，從而大大提高工作效率；同時(shí)，該方法避免了因鉆進(jìn)和取芯擾動(dòng)對(duì)RQD統(tǒng)計(jì)的影響，從而起到復(fù)核、校正鉆孔R(shí)QD的作用，為評(píng)價(jià)巖體完整性提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述鉆孔圖像及RGB像素值的計(jì)算機(jī)顯示圖。

圖2.1是本發(fā)明所述裁剪前的鉆孔圖像。

圖2.2是本發(fā)明所述裁剪后的鉆孔圖像。

圖3.1是本發(fā)明所述的RGB圖。

圖3.2是本發(fā)明所述轉(zhuǎn)換后的灰度圖。

圖4.1是本發(fā)明所述采用維納濾波處理方法前的鉆孔圖像。

圖4.2是本發(fā)明所述采用維納濾波處理方法后的鉆孔圖像。

圖5.1是本發(fā)明所述分割前的鉆孔圖像。

圖5.2是本發(fā)明所述分割后的鉆孔圖像。

圖6是本發(fā)明所述圖像邊緣檢測(cè)與標(biāo)記后的數(shù)字圖像。

圖7是本發(fā)明所述對(duì)結(jié)構(gòu)面和破碎帶標(biāo)記后的鉆孔圖像。

圖8.1是本發(fā)明所述利用鉆孔圖像計(jì)算的RQD值與鉆孔實(shí)測(cè)RQD值的對(duì)比曲線圖。

圖8.2是圖8.1中16.5m～17.3m段的鉆孔圖像。

圖8.3是圖8.1中29.5m～30.0m段的鉆孔圖像。

圖9是本發(fā)明的鉆孔R(shí)QD計(jì)算值與縱波波速對(duì)比圖。

圖10是本發(fā)明的鉆孔R(shí)QD計(jì)算值與完整性系數(shù)kv對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法,包括在Matlab平臺(tái)上,對(duì)基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)獲取的鉆孔光學(xué)成像照片，進(jìn)行鉆孔圖像處理、鉆孔圖像信息識(shí)別、鉆孔R(shí)QD計(jì)算步驟：

一、所述鉆孔圖像處理, 是進(jìn)行巖體信息識(shí)別的基礎(chǔ)，鉆孔圖像處理主要包括：圖像讀取、圖像裁剪、圖像類(lèi)型轉(zhuǎn)換、圖像增強(qiáng)和圖像分割。按照下述步驟進(jìn)行：

S11、圖像讀取是所有數(shù)字圖像處理的前提，Matlab提供的圖像讀取函數(shù)支持多種常用圖像文件格式，如jpg、bmp、png、gif、tif等。同時(shí)，Matlab對(duì)于二值圖、灰度圖、索引圖和RGB圖等不同圖像類(lèi)型，均可有效識(shí)別?；阢@孔光學(xué)成像技術(shù)獲取的鉆孔圖像，通常為RGB圖；RGB圖具有R（紅）、G（綠）、B（藍(lán)）三個(gè)顏色通道，因此每個(gè)像素都由1×3的向量（R，G，B）表示，R、G、B分別表示三種顏色的深度級(jí)別；通過(guò)計(jì)算機(jī)導(dǎo)入的鉆孔光學(xué)成像照片及RGB像素值如圖1所示；

S12、基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)獲取的鉆孔圖像，通常包含圖名、圖框、標(biāo)尺、標(biāo)注和孔壁圖像等。在圖像處理與識(shí)別的過(guò)程中，只需關(guān)注孔壁圖像部分。因此，就需要對(duì)鉆孔圖像進(jìn)行裁剪，以獲取孔壁部分的圖像；

通常每個(gè)鉆孔內(nèi)，各段鉆孔圖像的長(zhǎng)度和寬度是一致的，圖像中各部分的比例也是一致的。如鉆孔圖像的范圍為4.158416×1，像素值為3780×909，其中孔壁圖像部分長(zhǎng)為0.0339～3.9934、寬為0.0547～0.5262，則對(duì)應(yīng)的像素范圍為31～3630和50～478。因此，按比例進(jìn)行裁剪就可得到關(guān)注的區(qū)域，即孔壁部分的圖像。裁剪前、后的鉆孔圖像對(duì)照?qǐng)D如圖2.1、2.2所示；

S13、基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)獲取的鉆孔圖像，通常為RGB圖，但RGB 顏色空間不符合人們對(duì)顏色相似性的主觀判斷，容易導(dǎo)致視覺(jué)上相近的顏色，會(huì)被分配到不同的量化區(qū)間，而視覺(jué)上差異較大的顏色，則被分配到相同的量化區(qū)間。因此，RGB圖不利于圖像信息的識(shí)別；

用灰度表示的圖像稱(chēng)為灰度圖，灰度圖是把白色與黑色之間按對(duì)數(shù)關(guān)系分為若干等級(jí)，其像素值為表現(xiàn)明暗的灰度數(shù)據(jù)。一幅灰度圖像可以定義為一個(gè)二維函數(shù) f ( x，y )，這里 x，y 是空間坐標(biāo)，而在任何一對(duì)空間坐標(biāo)(x，y)上的幅值 f 稱(chēng)為該點(diǎn)圖像的強(qiáng)度或灰度；

為便于鉆孔信息的識(shí)別與提取，需要將S12獲取的孔壁圖像RGB圖轉(zhuǎn)為灰度圖，轉(zhuǎn)換方法采用浮點(diǎn)算法，公式如下：

Gray=R×0.3+G×0.59+B×0.11

其中：Gray表示灰度；R、G、B分別表示紅、綠、藍(lán)三種顏色的深度級(jí)別；

本發(fā)明采用浮點(diǎn)算法將RGB圖轉(zhuǎn)為灰度圖，結(jié)果如圖3.1、3.2所示；

S14、一般情況下，在圖像的傳送和轉(zhuǎn)換過(guò)程中，會(huì)不可避免造成圖像的某些降質(zhì)。如在攝影時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)的失真、相對(duì)運(yùn)動(dòng)等都會(huì)使圖像模糊，在傳輸過(guò)程中，由于噪聲污染，圖像質(zhì)量也會(huì)有所下降。因此，在進(jìn)行數(shù)字圖像的圖像識(shí)別前，通常需要對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行增強(qiáng)，以改善圖像的質(zhì)量。圖像增強(qiáng)能提高圖像的可讀性，可以突出目標(biāo)的輪廓，衰減各種噪聲；

本發(fā)明為使強(qiáng)度發(fā)生突變或快變的區(qū)域在圖像中表現(xiàn)為清晰的輪廓邊緣，采用頻率域法中的維納濾波處理方法，對(duì)S13獲取的灰度圖進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，維納濾濾波處理前、后的鉆孔圖像如圖4.1、4.2所示；

S15、通過(guò)閥值分割技術(shù)，對(duì)S14獲取的所述增強(qiáng)圖像進(jìn)行分割，將增強(qiáng)圖像中的結(jié)構(gòu)面、孔隙、溶隙、溶孔部分從增強(qiáng)圖像中的完整巖體背景分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)面、孔隙、溶隙、溶孔的識(shí)別與提取。分割前、后的鉆孔圖像如圖5.1、5.2所示；

二、所述鉆孔圖像信息識(shí)別按照下述步驟進(jìn)行：

在鉆孔圖像分割后，圖像中的灰度突變區(qū)域被分割出來(lái)，對(duì)應(yīng)孔壁照片中的結(jié)構(gòu)面、孔隙、溶隙、溶孔等部位與完整巖體實(shí)現(xiàn)分離。鉆孔圖像分割后的背景，即完整巖體部分的像素值被標(biāo)記為255，結(jié)構(gòu)面、孔隙、溶隙、溶孔等目標(biāo)區(qū)域像素值被標(biāo)記為0。但每張鉆孔圖像，往往存在多條裂隙或溶隙，所有裂隙像素值全部標(biāo)記為0，仍無(wú)法對(duì)各條裂隙單獨(dú)區(qū)分和數(shù)據(jù)提取。因此，在鉆孔圖像分割之后，需對(duì)分割后的圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)與標(biāo)記；

S21、對(duì)S15獲取的分割圖像中的結(jié)構(gòu)面、孔隙、溶隙、溶孔部分，進(jìn)行邊緣檢測(cè)與標(biāo)記；所述邊緣是指所述圖像局部亮度變化顯著的部分，存在于目標(biāo)與目標(biāo)、目標(biāo)與背景、區(qū)域與區(qū)域之間，是圖像分割、紋理特征和形狀特征提取圖像分析的重要基礎(chǔ)；在鉆孔圖像分割之后，目標(biāo)與背景已被分離區(qū)分，邊緣檢測(cè)采用Canny邊緣檢測(cè)算子，檢測(cè)出各個(gè)目標(biāo)的邊界；在邊界確定之后，通過(guò)對(duì)連通區(qū)域依序進(jìn)行編碼標(biāo)記，區(qū)分出不同的目標(biāo)范圍，即區(qū)分出不同的結(jié)構(gòu)面、孔隙、溶隙、溶孔位置；鉆孔圖像邊緣檢測(cè)與標(biāo)記后，不同裂隙區(qū)域被標(biāo)記為不同的數(shù)據(jù)值，如圖6所示；

S22、通過(guò)對(duì)鉆孔圖像目標(biāo)標(biāo)記，各部分連通區(qū)域被標(biāo)記為不同的編碼。但計(jì)算機(jī)識(shí)別的各連通區(qū)域相互獨(dú)立，計(jì)算機(jī)不能將屬于同一結(jié)構(gòu)面或破碎帶的連通區(qū)域自動(dòng)實(shí)現(xiàn)編碼合并。因此這些編碼中，哪些屬于同一條裂隙，哪些編碼是局部孤立的，需要給出計(jì)算機(jī)的判別準(zhǔn)則，將屬于同一結(jié)構(gòu)面或破碎帶的連通區(qū)域進(jìn)行合并，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)面或破碎帶的識(shí)別和信息提??；

對(duì)于鉆孔圖像中裂隙與破碎帶的識(shí)別，首先統(tǒng)計(jì)出各連通區(qū)域的范圍，即編碼、所占像素?cái)?shù)目、中心線位置、最小行號(hào)、最大行號(hào)、最小列號(hào)、最大列號(hào)和所占列數(shù)。

由于鉆孔圖像中，結(jié)構(gòu)面通常是連續(xù)的，即同一結(jié)構(gòu)面的像素編碼應(yīng)是連續(xù)的，且應(yīng)分布在整個(gè)或大部分寬度范圍內(nèi)。鉆孔圖像中的破碎帶，在圖像寬度和長(zhǎng)度方向，都跨越一定范圍，所占的像素?cái)?shù)目較多；

因此，根據(jù)結(jié)構(gòu)面和破碎帶在鉆孔圖像中的分布特征，對(duì)連通區(qū)編碼進(jìn)行合并；首先，當(dāng)不同連通區(qū)在長(zhǎng)度或?qū)挾确较虼嬖谥丿B，即在行號(hào)或列號(hào)上存在重合區(qū)域時(shí)，對(duì)其進(jìn)行合并；其次，連通區(qū)域間不存在重疊，但在長(zhǎng)度或?qū)挾确较虻淖钚【嚯x小于某一限值λ時(shí)，對(duì)連通區(qū)域進(jìn)行合并；連通區(qū)合并后，標(biāo)記為同一編碼；

S23、上述區(qū)域合并后，統(tǒng)計(jì)出新的連通區(qū)范圍，即新的連通區(qū)編碼i、像素總數(shù)PX_i、中心線位置L_imid、最小行號(hào)L_imin、最大行號(hào)L_imax、最小列號(hào)W_imin、最大列號(hào)W_imax；在鉆孔圖像中，局部的結(jié)構(gòu)面、孔隙、溶隙、溶孔不影響RQD的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)連通區(qū)像素總數(shù)PX_i小于圖像寬度PX_w一半時(shí)，忽略該連通區(qū)；對(duì)剩余連通區(qū)，若像素總數(shù)PX_i大于該連通區(qū)所在長(zhǎng)度范圍內(nèi)像素總數(shù)的1/3時(shí)，判斷為破碎帶，反之為結(jié)構(gòu)面。

現(xiàn)以東莊水利樞紐工程壩址鉆孔zk401為例，列出部分鉆孔圖像中識(shí)別出的結(jié)構(gòu)面和破碎帶信息，如表1所示。

表1：鉆孔zk401裂隙識(shí)別結(jié)果表

。

三、所述鉆孔R(shí)QD計(jì)算與輸出：

在結(jié)構(gòu)面和破碎帶識(shí)別后，即可提取位置與寬度信息。結(jié)構(gòu)面位置信息主要包括結(jié)構(gòu)面起始邊界、終止邊界和中心線位置，即圖像連通區(qū)的最大行號(hào)、最小行號(hào)和中心線行號(hào)對(duì)應(yīng)的深度信息，結(jié)構(gòu)面的寬度可通過(guò)搜索連通區(qū)各列的最大行號(hào)與最小行號(hào)之差的最大值獲得；破碎帶的位置信息主要包括破碎帶的起始邊界和終止邊界，即圖像連通區(qū)的最大行號(hào)和最小行號(hào)對(duì)應(yīng)的深度信息，破碎帶寬度可通過(guò)起始與終止邊界之差獲得。根據(jù)提取的鉆孔結(jié)構(gòu)面與破碎帶信息，即可進(jìn)行RQD計(jì)算。

在RQD計(jì)算時(shí)，計(jì)算整個(gè)鉆孔的RQD值、鉆孔不同分段長(zhǎng)度的RQD值、鉆孔某一部位的RQD值、同一深度范圍不同鉆孔的RQD值。

整個(gè)鉆孔的RQD計(jì)算：

其中：RQD為鉆孔巖體質(zhì)量指標(biāo)；d_i為巖芯段長(zhǎng)度（m）；t為統(tǒng)計(jì)閥值（m）；L為鉆孔統(tǒng)計(jì)深度（m）；h_i、h_i-1為各結(jié)構(gòu)面中心線深度或破碎帶上、下邊界深度（m）。

不同分段長(zhǎng)度的RQD計(jì)算：

其中：RQD_j為第j段鉆孔巖體質(zhì)量指標(biāo)；d_ij為第j段內(nèi)各巖芯段長(zhǎng)度（m）；t為統(tǒng)計(jì)閥值（m）；L_t為鉆孔分段長(zhǎng)度（m）；h_ij、h_i-1j第j段內(nèi)結(jié)構(gòu)面中心線深度或破碎帶上、下邊界深度（m）。

鉆孔某一部位的RQD值、同一深度范圍不同鉆孔的RQD值，均可通過(guò)以上公式計(jì)算獲得。

在進(jìn)行鉆孔圖像識(shí)別和處理后，為直觀地反應(yīng)結(jié)構(gòu)面和破碎帶在鉆孔中發(fā)育部位。依據(jù)信息提取結(jié)果，在鉆孔圖像中，對(duì)識(shí)別的結(jié)構(gòu)面和破碎帶進(jìn)行位置標(biāo)記。對(duì)于結(jié)構(gòu)面，在圖像中用虛線標(biāo)記出上、下界線，用實(shí)線標(biāo)記出中心線位置；對(duì)于破碎帶，在圖像中用星形線標(biāo)記出上、下范圍。在對(duì)圖像標(biāo)記后，將原圖像輸出，標(biāo)記后的圖像，如圖7所示。

依據(jù)鉆孔結(jié)構(gòu)面和破碎帶數(shù)據(jù)，進(jìn)行RQD計(jì)算后，即可輸出鉆孔R(shí)QD的計(jì)算表格。以東莊水利樞紐工程鉆孔zk401為例，每2m的RQD統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其中16～40m的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2：zk401鉆孔成像RQD統(tǒng)計(jì)結(jié)果

基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)獲取的鉆孔圖像能夠直觀、真實(shí)地反應(yīng)孔內(nèi)信息，將分析結(jié)果與鉆孔圖像統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可直接驗(yàn)證該方法的合理性。因此，現(xiàn)以東莊水利樞紐工程壩址鉆孔zk401為例，進(jìn)行對(duì)比分析。

鉆孔zk401孔深101m，鉆孔0～16m為覆蓋層，16m以下部位為基巖?；阢@孔光學(xué)成像技術(shù)獲取的鉆孔圖像每2m一張，共42張圖像，其中含破碎帶13處，大小結(jié)構(gòu)面共計(jì)100條。利用基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法，對(duì)42張鉆孔圖像進(jìn)行處理，用時(shí)約2分鐘，處理結(jié)果如表3所示。

表3： 鉆孔zk401破碎帶及結(jié)構(gòu)面識(shí)別結(jié)果

從表3中可以看出，本發(fā)明方法對(duì)破碎帶和寬度大于10mm的裂隙能夠有效地識(shí)別，提取出的位置、范圍和寬度等數(shù)據(jù)與實(shí)際照片相符，識(shí)別率均為100%；對(duì)于5～10mm的結(jié)構(gòu)面識(shí)別率為95%，3～5mm的結(jié)構(gòu)面識(shí)別率為92.59%；1～3mm的結(jié)構(gòu)面識(shí)別率為82.76%，對(duì)于寬度小于1mm，特別是基本閉合的裂隙，識(shí)別率為60%，識(shí)別率相對(duì)較低。

利用識(shí)別的結(jié)構(gòu)面及破碎帶信息，以2m的間距計(jì)算鉆孔R(shí)QD，所得結(jié)果與圖像統(tǒng)計(jì)結(jié)果的對(duì)比，如表4所示。對(duì)比結(jié)果顯示，基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法，對(duì)圖像中的破碎帶和結(jié)構(gòu)面的識(shí)別率相對(duì)較高，依據(jù)提取的結(jié)構(gòu)面及破碎帶位置、寬度信息，計(jì)算得到的RQD與圖像統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本相符，僅局部因有未識(shí)別的閉合裂隙，RQD計(jì)算結(jié)果存在少量偏差。

表4： zk401鉆孔R(shí)QD計(jì)算與統(tǒng)計(jì)結(jié)果

注：表4中斜體部分表示識(shí)別RQD與鉆孔圖像存在偏差，括號(hào)內(nèi)為圖像統(tǒng)計(jì)值。

由此可見(jiàn)，基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法，能夠較為準(zhǔn)確地提取鉆孔圖像信息，識(shí)別的結(jié)構(gòu)面及破碎帶位置、寬度數(shù)據(jù)基本準(zhǔn)確，計(jì)算的RQD結(jié)果能夠準(zhǔn)確反應(yīng)巖體的完整性。同時(shí)，該方法可通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，實(shí)現(xiàn)鉆孔圖像的批量處理，能夠快速識(shí)別、提取巖體信息，提高工作效率。

在實(shí)際工作中，鉆孔鉆進(jìn)完成后，將對(duì)鉆孔內(nèi)獲取的巖芯進(jìn)行RQD統(tǒng)計(jì)，作為評(píng)價(jià)巖體完整性的重要指標(biāo)。但實(shí)測(cè)的RQD值往往受到鉆進(jìn)工藝、施工質(zhì)量等因素的影響，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果存在一定偏差，不能真實(shí)地反映巖體質(zhì)量?，F(xiàn)以東莊水利樞紐工程壩址鉆孔zk408為例，利用鉆孔圖像計(jì)算的RQD值與鉆孔實(shí)測(cè)RQD值，對(duì)比結(jié)果如圖8.1所示。

從圖8.1中可以看出，鉆孔zk408內(nèi)巖體RQD計(jì)算值一般為60%～100%，部分孔段小于40%，最大值為100%，最小值為37.15%；而RQD實(shí)測(cè)值一般為40%~80%，部分孔段小于20%，最大值為83%，最小值為0。

其中，鉆孔16.5m～17.3m和29.5m～30.0m段的RQD實(shí)測(cè)值為0，但是從這兩個(gè)部位的鉆孔圖像圖8.2、圖8.3中可以看出，圖8.2中16.5m～17.3m段存在2條結(jié)構(gòu)面；圖8.3中29.5m～30.0m段不存在貫通性結(jié)構(gòu)面，巖體質(zhì)量較好，RQD值不應(yīng)為0。通過(guò)該方法進(jìn)行計(jì)算，16.5m～17.3m段和29.5m～30.0m段的RQD計(jì)算值分別為92.5%和100%。

由此表明，基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法，能夠避免鉆進(jìn)工藝、人員素質(zhì)、施工質(zhì)量等因素的影響，獲得的RQD值提高了統(tǒng)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，更好地反應(yīng)了鉆孔實(shí)際巖體質(zhì)量，為合理評(píng)價(jià)巖體完整性提供了新的方法。

鉆孔波速大小與巖體的密度、表面破碎程度、裂隙或節(jié)理發(fā)育程度、膠結(jié)程度等因素有關(guān)，波速成果可基本反映孔內(nèi)巖體質(zhì)量及完整性特征。因此，通過(guò)對(duì)比RQD計(jì)算值與波速測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法的合理性如下：

現(xiàn)以東莊壩址鉆孔zk408為例，對(duì)比RQD計(jì)算值與縱波波速Vp之間的關(guān)系，結(jié)果如圖9所示。從圖9中可以看出，基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法，獲得的RQD值與波速測(cè)試成果，在鉆孔內(nèi)的分布規(guī)律基本一致，RQD值大的孔段，對(duì)應(yīng)位置的縱波波速也較大，RQD值小的孔段，對(duì)應(yīng)位置的縱波波速也有明顯減小。

以波速測(cè)試成果為基礎(chǔ)，計(jì)算巖體的完整性系數(shù)kv，取每2段的平均值，對(duì)比RQD計(jì)算值與完整性系數(shù)kv之間的關(guān)系，結(jié)果如圖10所示。從圖10中可以看出，基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法，獲得的RQD值與完整性系數(shù)kv具有較好的對(duì)應(yīng)性，RQD大的部位，完整性系數(shù)kv一般也較大，RQD小的部位，完整性系數(shù)kv也相對(duì)較小。

由此可見(jiàn)，基于鉆孔光學(xué)成像技術(shù)的RQD分析方法，獲得的RQD值與波速測(cè)試成果具有較好的對(duì)應(yīng)性，能夠真實(shí)地反應(yīng)鉆孔部位巖體的完整程度，表明利用本發(fā)明方法進(jìn)行RQD分析是可行的。因此，本發(fā)明方法拓寬了巖體RQD的獲取途徑。