本申请涉及岩体力学，具体涉及一种基于有效加权面积比的天然岩节理面三维粗糙度评价方法。
背景技术：
1、岩石节理面作为岩体中广泛存在的软弱结构面，其抗剪强度对岩石工程的稳定性至关重要。节理面的粗糙度作为影响抗剪强度的关键因素之一，长期以来一直是研究的热点。
2、传统的岩石节理面粗糙度评价多依赖于二维线参数，如barton提出的节理粗糙度系数(jrc)。此方法虽然简单易行，但主要基于主观视觉判断，难以全面反映节理面的三维形貌特征和复杂性。此外，jrc标准轮廓曲线的应用也存在一定局限性，难以适应不同岩石类型和节理特征的多样性，同时也不能有效体现岩体粗糙度的各向异性。
3、近年来，学者们开始探索基于三维形貌特征的粗糙度评价方法。这些方法利用三维扫描技术获取节理面的三维点云数据，并进行三维重建和形貌参数分析。其中，grasselli等人通过三维扫描技术和三角测量算法，提出了基于视倾角分布的三维粗糙度参数，并建立了相应的节理抗剪强度模型。然而，grasselli粗糙度参数过于放大了单个最大视倾角的作用，并且粗糙度指标与节理形态之间的关系也不明确，在体现粗糙度各向异性及明确粗糙度指标与节理形态之间关系方面存在的不足。
技术实现思路
1、本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：
2、第一方面，本申请实施例提供了一种基于有效加权面积比的天然岩节理面三维粗糙度评价方法，包括：
3、使用三维扫描技术采集天然岩石节理面三维点云数据，并对点云数据进行去噪、平滑处理和数据压缩处理；
4、将空间上分布不均匀的点云数据，按照预设的采样间隔进行网格化处理；
5、基于delaunay三角化算法，将网格化后相互邻近的节理面点云的三个采样点连接成三角形微元；
6、计算三角形微元与剪切基准平面沿剪切方向的视倾角，筛选出有效微元；
7、确定出有效微元中相互有连接的有效微元集合，按照不同有效微元集合将离散的有效微元划分成若干个连续的有效区域；
8、计算每一有效区域的有效平均视倾角以及面积；
9、计算加权后的有效区域面积并将所有加权之后的有效区域面积求和并比上整个三维节理面投影面积获得有效加权面积比。
10、在一种可能的实现方式中，所述使用三维扫描技术采集天然岩石节理面三维点云数据，并对点云数据进行去噪、平滑处理和数据压缩处理，包括：
11、在野外选取天然岩石节理面，使用扫描仪扫描天然岩石节理面三维点云数据；
12、然后，使用revo scan软件在编辑界面中进行裁剪，初步裁选出预设大小的点云区域；
13、根据需要进一步进行点云融合、检测并删除孤立点云、检测并删除点云中重叠和不必要的数据点，得到优化后的点云数据。
14、在一种可能的实现方式中，所述将空间上分布不均匀的点云数据，按照预设的采样间隔进行网格化处理，包括：
15、提取优化后的空间上分布不均匀的点云数据，确定网格化的范围(x_min，x_max，y_min，y_max)；
16、按照预设的采样间隔设置沿x轴和y轴的网格化步长，生成网格点；
17、然后初始化网格化后的z轴数据，进行插值将点云数据插值到网格化数据中；
18、最后将网格化的数据进行保存。
19、在一种可能的实现方式中，所述计算三角形微元与剪切基准平面沿剪切方向的视倾角，筛选出有效微元，包括：设置一个临界视倾角为当三角形微元的视倾角θ*大于临界视倾角则三角形微元为有效微元，视倾角为有效视倾角
20、在一种可能的实现方式中，所述确定出有效微元中相互有连接的有效微元集合，按照不同有效微元集合将离散的有效微元划分成若干个连续的有效区域，包括：
21、将有效微元视为节点，如果两个有效微元共用同一边，则它们之间存在连接关系；
22、通过连通分量法遍历所有有效微元，并检查它们之间的连接关系，识别出所有相互连接的有效微元集合；
23、将原本离散的有效微元将组合成若干个连续的有效区域；
24、如果遇到了已经属于某个有效区域的有效微元，则通过并查集等数据结构将两个区域合并，直到所有有效微元都被遍历并归入相应的有效区域为止。
25、在一种可能的实现方式中，计算每一有效区域的有效平均视倾角以及面积，计算公式为：
26、
27、
28、式中：为有效区域的有效平均视倾角，aei为有效区域的面积，n为某一有效区域上有效微元的个数；ai为某一有效微元面积。
29、在一种可能的实现方式中，所述计算加权后的有效区域面积，包括：
30、选择有效平均视倾角的正弦值作为加权因素；
31、将该有效区域面积乘上该有效区域的有效平均视倾角的正弦值，即为加权之后有效面积，计算公式为：
32、
33、式中：为加权后第i个有效区域的面积。
34、在一种可能的实现方式中，所述将所有加权之后的有效区域面积求和并比上整个三维节理面投影面积获得有效加权面积比，计算公式为：
35、
36、式中：an为整个三维节理面投影面积。
37、在本申请实施例中，能够精准地识别出在剪切过程中起关键作用的节理面区域。这些有效区域直接关联到岩石节理面的抗剪强度，为评估岩体的稳定性和安全性提供了重要的参考依据。提出的效加权面积比，不仅考虑了有效区域的面积，还引入了有效平均视倾角的正弦值作为加权因素。这种加权方式综合考虑了区域大小和形貌特征对抗剪能力的贡献，充分体现了天然岩石节理面剪切破坏机制，并且具有良好的各向异性，使得评估结果更加全面和准确。
1.一种基于有效加权面积比的天然岩节理面三维粗糙度评价方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于有效加权面积比的天然岩节理面三维粗糙度评价方法，其特征在于，所述使用三维扫描技术采集天然岩石节理面三维点云数据，并对点云数据进行去噪、平滑处理和数据压缩处理，包括：
3.根据权利要求1所述的基于有效加权面积比的天然岩节理面三维粗糙度评价方法，其特征在于，所述将空间上分布不均匀的点云数据，按照预设的采样间隔进行网格化处理，包括：
4.根据权利要求1所述的基于有效加权面积比的天然岩节理面三维粗糙度评价方法，其特征在于，所述计算三角形微元与剪切基准平面沿剪切方向的视倾角，筛选出有效微元，包括：设置一个临界视倾角为当三角形微元的视倾角θ*大于临界视倾角则三角形微元为有效微元，视倾角为有效视倾角
5.根据权利要求4所述的基于有效加权面积比的天然岩节理面三维粗糙度评价方法，其特征在于，所述确定出有效微元中相互有连接的有效微元集合，按照不同有效微元集合将离散的有效微元划分成若干个连续的有效区域，包括：
6.根据权利要求5所述的基于有效加权面积比的天然岩节理面三维粗糙度评价方法，其特征在于，计算每一有效区域的有效平均视倾角以及面积，计算公式为：
7.根据权利要求6所述的基于有效加权面积比的天然岩节理面三维粗糙度评价方法，其特征在于，所述计算加权后的有效区域面积，包括：
8.根据权利要求7所述的基于有效加权面积比的天然岩节理面三维粗糙度评价方法，其特征在于，所述将所有加权之后的有效区域面积求和并比上整个三维节理面投影面积获得有效加权面积比，计算公式为：
