[发明专利]堆石坝透明化建模方法

说明书

本发明提供一种堆石坝透明化建模方法，采用三维激光扫描技术对铺摊后的堆石料表面进行快速测量，获取堆石料表面三维点云，并导入计算机进行点云处理与分析。通过点云处理技术，对大块石进行识别并获取空间定位。本发明可准确获取出每个大块石的空间位置，有效粒径及表面形状信息，无需挖坑取样再回填，可获取填筑面上完整的大块石分布信息；符合机械化自动化施工的发展趋势，可适应恶劣的施工环境，对交叉施工干扰小，带来了一定的经济效应。

技术领域

本发明属于土石筑坝技术领域，具体涉及堆石坝透明化建模方法。

背景技术

堆石料是堆石坝的主体部分，在堆石料的运输、卸料、摊铺过程中会发生一定程度的粗细料分离，造成堆石料的物理力学指标在空间分布上的不均匀性。对于局部的大块石集中区，往往会有较大的变形模量和渗透性，进一步导致坝体的不均匀沉降或渗透变形。由于目前信息获取手段的局限性，在对进行坝体变形分析时通常假设同一分区材料具有相同的物理力学性能，分析结果与实际情况相差较大。因此，在堆石坝的建造过程中，获取大块石在坝体内的空间分布情况，实现堆石坝的透明化建造过程，对分析坝体变形原因，指导填筑过程具有重要意义。

NB/T 35016-2013《土石筑坝材料碾压试验规程》提出采用挖坑采样法在试验单元内取样进行全颗粒分析试验。坑径为石料最大粒径的2～3倍，且不大于200cm。坑深为铺填厚度。对于粒径小于100mm的石料采用筛析法分析，对粒径大于100mm的石料用尺量测。测试完成后将试样混合后再回填。

该方法具有以下缺点：

1、误差大：对于粒径大于仅100mm用尺量测，结果存在较大误差；

2、效率低：铺填面间大，仅能够进行有限试坑的检测，需要对试样挖出进行筛分，完成后再混合回填，操作麻烦；

3、干扰施工：坝面狭窄时需要工人上坝检测，影响其他施工机械交叉施工，对施工干扰大，难以适应高强度机械化施工。

发明内容

为了克服现有信息获取手段的不足，本发明结合三维激光测量及点云处理技术，提供了一种堆石坝透明化建造技术，该技术能够获取大块石空间分布信息，为大坝变形预测提供可靠的数据支撑，进一步指导施工与后期运行维护。

本发明的技术方案为：

堆石坝透明化建模方法，采用三维激光扫描技术对铺摊后的堆石料表面进行快速测量，获取堆石料表面三维点云，并导入计算机进行点云处理与分析。通过点云处理技术，对大块石进行识别并获取空间定位。

该堆石坝透明化建模方法，具体包括如下步骤：

步骤1：在堆石料铺摊完成后进行扫描获取堆石料表面三维点云；

步骤2：将得到的点云数据导入计算机，在软件中提取出摊铺区域点云，随后对多站点点云进行去噪和拼接，通过坐标转将仪器坐标系换到大坝坐标系；

步骤3：利用delaunay算法生成摊铺表面模型，计算表面点云平均高度值Y₁。根据三维曲面的凹凸性识别出块石与块石的接触区域，即单个块石的边界。对堆石料颗粒点云的边界进行识别和分割，提取单个块石的表面点云；

步骤4：利用delaunay算法生成单个块石三维表面模型，基于三维表面曲率的连续性对表面空洞进行修补，生成完整的块石表面模型；

步骤5：计算出单个块石的形心坐标(C_X,C_Y,C_Z)，对表面上的每个单点坐标(X_n,Y_n,Z_n)减去形心坐标(C_X,C_Y,C_Z)平移得到新的单点坐标(X_n',Y_n',Z_n')；