四川建筑科学研究 ８０ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ 第３９卷第２期 ２０１３年４月 结构面粗糙度系数数字化测量方法研究 王伟 ，王晓翠 ３１１２３１； ２０００９２） （１．浙江建设职业技术学院，浙江杭州２．同济大学土木工程学院，上海摘要：通过学习纸质载体图像的扫描原理及数字图像的数字化表达方式和存储方式，构建了基于纸质载体曲线 的数字曲线生成算法。借助编制的交互式程序，完成了岩石结构面轮廓纸质载体曲线的数字化，并实现了岩石结 构面粗糙度系数的数字化测量。最后通过对一条岩石结构面轮廓曲线的手工测量和数字测量的对比，证实了本文 介绍的结构面粗糙度系数数字化测量方法的可靠性。 关键词：岩石；轮廓曲线；节理粗糙度系数；数字化测量 中图分类号：ＴＵ４５２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８—１９３３（２０１３）０２—０８０—０５ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｏｆ ｊｏｉｎｔｓ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ ｏｆ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ＷＡＮＧ Ｗｅｉ ‘．ＷＡＮＧ Ｘｉａｏｃｕｉ （１．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １ １２３ １，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎ￣ｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｓｃａｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｐａｐｅｒ—ｂａｓｅｄ ｉｍａｇｅ，ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｓａｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｂｉｔ—ｍａｐｐｅｄ ｉｍａｇｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｇｅｔｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｔａ ｏｆ ｐａｐｅｒ—ｂａｓｅｄ ｃｕｒｖｅ ｂｙ ｓｃａｎｎｉｎｇ．Ａ ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｉｓ ｃｒｅａｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｉｇｉｔｉｚｅ ｔｈｅ ｏｕｔｌｉｎｅ ｏｆ ｒｏｃｋ—ｍａｓｓ’ｓ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ＪＲＣ ｖａｌｕｅｓ ｄｉｇｉｔａｌｌｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ—ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＪＲＣ ｗａｓ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ ｂｙ ａ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｎｕａｌ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ＪＲＣ ｖａｌｕｅｓ ｏｎ ａ ｓａｍｅ ｏｕｔｌｉｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏｃｋ ｍａｓｓ；ｏｕｔｌｉｎｅ；ｊｏｉｎｔｓ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｏ 引 言 岩石节理粗糙度系数（ＪＲＣ）的测量和分析是工 程岩体稳定性评价的重要环节。 仪等光学测量手段 。喷墨针式测量仪无法绘制 连续的结构面轮廓曲线，且仅能给出基于纸质载体 的曲线（下称“纸质曲线”），因此阻碍了结构面表面 形态的数字化存储及分析；而简易纵剖面仪虽具有 对大尺度岩石结构面进行快速连续测量以及测量精 度满足要求、携带方便、适合野外测量的特点，但其 Ｂａｒｔｏｎ、Ｈａｓｓ、夏才初、杜时贵等人或提出、发展 了各类ＪＲＣ数值的描述方法，或设计了各种岩石结 构面表面形态的测量工具。 也仅能给出纸质曲线；智能岩石表面形貌仪、摄影测 量仪、激光表面测量仪虽然能以数字形式描述岩石 结构面表面形态，便于计算机存储及分析，但由于设 备携带的限制，它们一般仅限于室内测量，亦仅能完 成小尺度的岩石结构面表面形态的测量。 利用滚筒式扫描仪，理论上可以将无限长的纸 ＪＲＣ数值的描述方法一般有直边法、修正直边 法、轮廓坡度均方根法、结构函数法、分维数法 等¨， Ｊ，其中除直边法和修正直边法为目测描述外， 其他三种方法需要离散后的数字轮廓曲线，为数字 化描述。 在岩石结构面表面形态的测量方面，主要有喷 质载体图像（下称“纸质图像”）保存为数字图像文 件（下称“数字图像”）。因保存有节理轮廓曲线的 纸质图像一般有两种颜色，而数字图像数据以特定 的数字表示特定的色彩，故数字形式的节理轮廓曲 线（下称“数字曲线”）可从数字图像中提取。 本文基于数字图像的数字化表达方式和存储方 式的学习，成功构建了基于纸质曲线的数字曲线的 获取和标准化算法以及ＪＲＣ数值计算时的关键参 墨针式测量仪、简易纵剖面仪、智能岩石表面形貌仪 等机械式测量手段，以及摄影测量仪、激光表面测量 收稿日期：２０１２－０３—２０ 作者简介：王伟（１９８０一），男，讲师，硕士，在读博士，主要从事计 算机辅助教学与工程研究。 基金项目：浙江省教育厅科研项目（２００６０２９６） Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｗｅｉｌ２１０＠ｑｑ．ｃｏｍ 王伟，等：结构面粗糙度系数数字化测量方法研究 ８１ 数的搜寻算法，并完成了ＪＲＣ数字化测量流程图的 设计，最终依托ＭＡＴＬＡＢ平台完成ＪＲＣ数字化测量 交互式程序的开发。该程序能完成简易纵剖面仪等 岩石结构面表面形态测量工具绘制的纸质曲线的数 字化，及数字曲线的ＪＲＣ数值的数字化描述。 １ ＪＲＣ数字化测量方法 １．１ 数字图像表达和存储原理介绍 １）色彩的数字化表达方式 计算机是用不同的数值（色彩值）来表达图像 的色彩信息的。比如对于灰色图像，可取数值“０” 为“最黑”的色彩值，取“２５５”为“最白”的色彩值，而 “灰色”的色彩值依据其强度在（０，２５５）中线性变 化，如图１所示；而对于彩色图像，任何一个色彩可 视为由“红、绿、蓝”三种基本原色构成，故原理上可 用一个含有３个元素的数组来表达任何一种色彩， 每个元素的数值分别代表“红、绿、蓝”三原色的强 度。 ．．．．。■■■■●圈蕾 二］ｚｓｓ 图１灰色的色彩强度值域 Ｆｉｇ．１ Ｒａｎｇｅ ｏｆ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｇｒａｙ 现约定下文提及的数字图像为取值于域［０， ２５５］的灰色图像。 ２）数字图像的存储方式 扫描纸质图像并形成数字图像的过程，可视为 用一个（组）ｍ×ｎ的网格将纸质图像划分为等尺寸 的正方形块，对于每个正方形块内的局部主体色彩， 如“１）”所述，可以用一个（组）数字来表达，具体如 图２所示；按此就可以用一个（组）矩阵近似地表征 纸质图像；ｍ、ｎ的大小，以及矩阵元素的数值取值 范围决定着数字图像的分辨程度和色彩的细腻程 度。 图２数字图像的存储方式 Ｆｉｇ．２ Ｓａｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｂｉｔ－ｍａｐｐｅｄ ｉｍａｇｅ 总之在计算机内，数字图像是以矩阵的方式存 储的，特定元素的数值（组）代表着相关联的纸质图 像特定区域的主体色彩；但数字图像矩阵为纸质图 像的映像，其不具备长度量纲信息。 １．２具备量纲的数字图像数据的构建 ＪＲＣ的估算公式中的部分参数具有长度信息； 故数字图像矩阵需附带尺度信息才能构成有效的、 能完备反映纸质图像的数据。 图３所示为一平面直角坐标系中的矩形纸质图 像，其下边线与 轴重合，左边线与ｙ轴重合，另外 图中的两相互垂直的虚线分别为纸质图像的上边线 和右边线；另外 。为记录为纸质图像上的纸质曲 线，Ａ、Ｂ为在扫描前标记在纸质图像上的两点，两 点的距离ｆ 为已知。 ． ．。．Ｌ ．。．．．． ．。．．Ｌ 图３纸质图像的度量 Ｆｉｇ．３ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｏｆ ｐａｐｅｒ－ｂａｓｅｄ ｉｍａｇｅ 扫描图３中的纸质图像并形成一个ｍ×ｎ的数 字图像矩阵的过程，可由图４表示。 图４数字图像的形成 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ 构造系数△： ７ △：—＿＝＝二二二＝＝兰 ＝＝二二＝二＝二 （１） √（ｅ；一ｅ ） ＋（ｅ 一ｅ ） 式中ｚ 为图３中所示的Ａ、Ｂ两点的纸质图像的 实际距离，其具有长度量纲；ｅ ｘ、ｅ 、ｅ ｙ、ｅ 为Ａ、Ｂ两 点在数字图像矩阵中的列位置和行位置，其为整数 且不具有长度量纲；则△可视为具有量纲的纸质图 像与无量纲的数字图像矩阵的比例系数；矩阵中任 意元素的行位置、列位置乘以△，即为该元素所对应 的局部纸质图像的 、ｙ坐标。 构造矩阵，： ８２ 四川建筑科学研究 第３９卷 ，（ｉ， ）＝Ｇ（［（ｉ～１）△，ｉＡ］，［（Ｊ．一１）△， ］） （２） 式中１≤ ≤ ，１ ≤ｍ，且ｉ，Ｊ为整数；Ｇ（［ ， ］， ［Ｙ ，Ｙ ］）为纸质图像的色彩取值函数，其值为直线 ＝ １， ＝ ２，Ｙ＝Ｙｌ，Ｙ＝Ｙ２（且 １≠ ２，Ｙ１≠ｙ２）围成的 矩形区域中的主体色彩值，则，即为数字图像矩阵。 至此，数字图像矩阵，与系数△构成了完备的、 具有长度信息的数字图像数据。 １．３ 数字曲线的获取与标准化算法的构建 １）数字曲线的获取算法 纸质图像上一般仅有两种颜色，即纸质图像背 景色（如“白色”）和纸质曲线色（如“黑色”）；根据 １．１，对矩阵，构造选择算法，依次搜寻矩阵，中的 “黑色”元素，记录“黑色”元素的行位置和列位置并 以此构造向量 、 ： ＝［ ｌ， ２，… 一］ （３） ＝［Ｙ ，Ｙ２，…Ｙ 一］ （４） 式中 ，∈［１，２，…，ｎ］，Ｙｉ∈［１，２，…，ｍ］， ≤ （ｉ：１，２，…）。 向量 、，，ａ内元素的值满足： ，（ ｉ， ，）∈［０， ］ （５） 式中 ６为与“０”接近的一个整数，如１．１所述，其 表示为“灰黑色”。 至此， 、 可视为能反映纸质曲线形状的横 坐标向量与纵坐标向量，若辅以系数△，则可构成能 完备的、具有长度量纲的数字曲线数据。 ２）数字曲线的标准化算法 ＪＲＣ计算时需要搜寻曲线各片段的极值点，这 要求曲线的各片段是单值的函数，故数字曲线数据 应进行一定的处理以符合要求。 纸质载体上的纸质曲线具有一定的宽度，当扫 描仪的分辩率达到～定程度时， 、ｌ，ｄ内的某些元 素段满足： ＝…＝ ；＋ ＝…＝ ｉ＋ｔ （６） 或Ｙ ＝…：ＹＪ十Ｉ ＝…＝ Ｊ十ｗ （７） 式中 ∈［１，２，…，ｎ］， ＿＋ｕ∈［１，２，…，ｍ］。 。、 的标准化是将依次以 。中元素为横坐 标， 中元素为纵坐标绘制的曲线转化为连续的、 相邻无平直段的相似曲线，如图５所示的某一曲线 片段，这是ＪＲＣ计算的需要。 。、ｙｌＩ的标准化主要涉及两点： ①若存在ｉ，ｒ， ∈［１，２，…］，且ｒ≤ ≤ｓ，使 ＝…＝ ＝…＝ …。… （８） 则在 、 中合并该元素段，使 ［ ］：ＥＸｉ－ｒ （９） 托：唰点（＝－角 ）连成ｍ曲线为标准化前（后）曲线片段。 图５ Ｘ 的标准化 Ｆｉｇ．５ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｃｔｏｒｓ ｘａ ａｎｄ Ｙａ 并构造新的向量： ’ ＝［ ．， 。 ， ，］ （１０） 。ｙＨ＝［ ， 。， ｙａ ］ （１ １） 其中： Ｘ ＝［ ｌ， ２，…， …一１］， Ｘ ＝ ｘ Ｘ ＝ ＋ ＋ 一］ ｙａ ＝［Ｙ ，Ｙ 一，Ｙ…一 ］， ，＝Ｙ ＝［Ｙｉ… 一］ 按上述步骤，构造循环算法，直至数字曲线向量 为： Ｘ ＝［ ， ，…］， Ｙａ＝［Ｙ。，Ｙ ，…］ （１２） 使不存在ｉ，ｒ，Ｓ∈［１，２，…］，ｒ≤ｉ≤ｓ，满足 … ； … Ｘｉ＋ ②若存在ｉ， ， Ｅ［１，２，…］， 且ｚ ≤ｉ≤ ，使 Ｙｉ一 ＝…＝Ｙ，＝…＝Ｙ．＋ （１３） 则在 、 ｙＨ中合并该元素段，使 １ ｉ＋Ｖ ［ ｙｖ］＝［ ｙ ］（１４） 并构造新的曲线数据： ＝［ ， ，， ］ （１５） Ｘ ＝［ ．， ，， ］ （１６） 其中： ｌ，ａ ＝［Ｙ。， ，…，Ｙ…一ｌ＇， ｙｊＪ．＝Ｙ ： ＝［Ｙｉ… ～］ Ｘ ＝．［ ｌ， ２，…， …１］， ＝ ｘ Ｘ ＝［ ．＋ ＋．，…］ 按上述步骤，构造循环算法，直至曲线数据为： ： ＝［Ｙ ，Ｙ ，…］， ｘ ＝［ ，， ，…］ （１７） 使不存在ｉ，Ｕ， ∈［１，２，…］，／Ｚ≤ｉ≤ ，满足： ｙＨ（）， 。一 ）＝… 】／ａ（Ｙｉ）＝…＝＇ｗＥ（ｎ ） 最后令 Ｘ ＝△ ， ＝△ ， （１８） 向量 、】，ｂ即为连续的、相邻无平直段的纸质 曲线的样本点向量，即数字曲线数据。 公式（１）～（１８）实现了由纸质图像内的纸质曲 线构造满足ＪＲＣ计算的数字曲线数据。 １．４ ＪＲＣ的计算 文献［５］给出了ＪＲＣ修正直边法的测算公式： 王伟，等：结构面粗糙度系数数字化测量方法研究 ８３ ＪＲＣ ＝４９．２１ １４ｅ４５￣Ｌｎａｒｃｔａｎ（８ ） （１９） Ｌｎ 式中 为标准取样长度（ｃｍ）； 为取样长度 （ｃｍ）；Ｒ 为轮廓线样本内的起伏幅度（ｃｍ）。 从式（１９）知ＪＲＣ的计算关键是 的测量，结 构面轮廓曲线段的Ｒ 的测量原则可由图６所示：在 曲线段中所有的波峰和波谷中确定一个波峰和两个 波谷（或一个波谷和两个波峰），并满足波峰位于两 波谷中间（或波谷位于两波峰中间），使该波峰到该 两个波谷连线的垂直距离（或使该波谷到该两个波 峰连线的垂直距离）最大。 图６ Ｒ 的测量 Ｆｉｇ・６ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｏｆ Ｒｙ 根据上述原则易构造Ｒ 计算算法。对于 、 ｌ，ｂ的一个任意的元素段 、 ，可以确定 、 的 所有极大值的点集合Ｐ （Ｐ 一，Ｐ ，…，Ｐ ）和极小 值的点集合Ｐ （Ｐ 一，Ｐ ，…，Ｐ ），并构造 ｄ ＝，Ｏ（ｐ Ｐ Ｐ ） （２０） ｄ＝［ｄ ，ｄ１，…，ｄ２。，ｄ２，，…］ （２１） Ｒｙ ＝ｍａｘ（ｄ） （２２） 式中 ， ＝１，２；当Ｈ：１时， ：２，ｉ， ＝ｌ，２，…，，ｎ， 且ｉ≠ｋ， ＝１，２，…，ｎ；当“＝２时， ＝１，ｉ，ｋ＝１，２， …， ，且ｉ≠ ，Ｊ．＝１，２，…，ｍ；Ｄ为点ｐ 到点Ｐ ：、Ｐｕｋ连 成直线的距离计算函数；ｄ为由满足条件的各组ｐ 、 Ｐ Ｐｕｋ计算所得的距离值向量；ｍａｘ为向量的最大值 选择函数； 为元素段 、 的幅值。 １．５ ＪＲＣ计算流程图及交互式程序 根据１．２～１．４，本文给出图７所示的ＪＲＣ数字 化测量方法的流程图，并基于ＭＡＴＬＡＢ平台，完成 ＪＲＣ数字化测量交互式界面设计及其控件代码的编 写，具体如图８所示。 在交互式程序的用户界面中包含了图像文件路 径输入及加载区、图像及数据显示区、图像基本信息 显示区、显示控制区、数据处理区、ＪＲＣ计算区等功 能模块，下面进行简要的说明。 图像文件路径输入及加载区：可将存储在计算 刮 函数Ｇ匪 口 Ｊｒ ［四 Ｔ ｌ 臣垂 Ｉ曲 据 臣至圃 系数 Ｉ 向量［五，ｙａ］卜＿——叫 向量［０ ，０ ｊ Ｉ 图７ ＪＲＣ数字化测量方法流程 Ｆｉｇ．７ Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ ｏｆ ＪＲＣ’Ｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ 机存储介质内的结构面轮廓曲线的扫描文件读取到 交互式程序内，以供后续处理。 图像及曲线显示区：可显示数字图像、数字曲 线。 图像信息显示区：可显示数字图像矩阵的行数、 列数，以及矩阵内元素的取值范围。 显示控制区：可进行图像和曲线的放大、缩小、 移动等操作。 数据处理区：可指定“灰色”色彩值的取值范 围，设置纸质图像与数字图像矩阵之间的比例系数 △，指定数字曲线提取时的原点、起始点、结束点，以 及进行数字曲线获取和标准化的操作。 ＪＲＣ计算区：可指定任意长度、任意数量的数字 曲线段，以进行ＪＲＣ参数的计算。 数据输出及帮助区：可进行数字图像矩阵、数字 曲线、ＪＲＣ计算结果等数据的输出，以及可参考该交 互式程序中各控件、参数意义和使用规则。 ｒ ■－ ～—１ ｒ—鞠— —］ ／ ：■： Ｉ … ｌＩ —Ｉｌ… ；，ｊ ｉｌ ＝…¨一… ｉｌ ｊ Ｌ一 ； … ～。吲 Ｌ…一 图８ ＪＲＣ的数字化测量交互式程序用户界面 Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｏｆ ＪＲＣ’Ｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ２ 算例 为了说明本文第１节述及的原理及在此基础上 构造的算法运用时的可行性，以及基于此编制的交 互式程序的可靠性，本文分别使用交互式程序和文 献［７］中述及的粗糙度尺对一条岩石结构面轮廓曲 线的一组曲线样本进行参数 的测量。 图９给出了该交互式程序输出的此组曲线样本 圜 四川Ｉ建筑科学研究 第３９卷 的计算书，其包含的内容为：数字图像文件在计 算机存储介质内的位置（即保存路径）、比例系数△ 数值、数字曲线坐标原点在数字图像矩阵上的位置， 以及该条曲线各段尺 的分析结果（曲线段的起点 和终点坐标，尺 类型、Ｒ 的波峰、波谷点坐标、Ｒ 数 值）。 １：结构面轮廓曲线图像文件位置： Ｆ：我的工作＼浙江建设职业技术学院＼结构面粗糙度系数数字化测量方法研究 ＼曲线１．ｊＰｇ ２．１：图像实际单位／图像存储单位：０ ０１２５ｃｍ ２ ２：结构面轮廓曲线的采样参考原点（图像存储单位）：［６９１，４６９］ ２．３：各段ＪＲＣ￣ｔ算参数Ｒ 的测量结果（单位：ｃｍ）： 起点 终点测量类型 参数 测量控制点坐标 Ｒ 数值 ００００ ０ ００１０ ０ —１ ［００００．４，一００２．８ｌ［０００９．５，一００３．７¨０００５ ７，一００２ Ｏ］０１ ３６ ００００ ０ ００２０．０ ＋１ ［０００２．９，・００１ ８】［００１９ｗ８ ００２．９】【０００９ ７，－００３ ７］０１ ４９ ００００ ０ ００３０ ０ ＋１ ［０００２ ９，一００１．８］【００３０ ０，－００２ ４】【０００９．７，一００３ ７】０１ ７９ ００００ ０ ００４０．０ ＋１ ［０００２．９，一００１ ８】『００３ １ ０，－００２．４】［０００９ ７，－００３．７】０１ ８ｏ ００００ ０ ００５０．０ ＋１ ［０００２ ９，－００１ ８］【００３１．０，－００２ ４１ｆ０００９ ７，一００３．７】０１．８Ｏ ００００．０ ００６０．０ ＋１ 【０００２ ９，－００１．８］【００３１ ０，一００２ ４］［０００９．７，一００３．７】 叭８０ ００００ ０ ００７０ ０ ＋１ 【０００２．９，一００１ ８］【００６３．０，一００２．２ Ｊ【００５２．６，－００４．６】０２ ４３ ００００ ０ ００８０ ０ ＋ｌ 【０００２ ９，－００１．８］［００６３ ０，－００２．２】１００５２．６，一００４ ６］０２ ４３ ００００ ０ ００９０ ０ ＋１ 【０００２ ９，一００１ ８】［００６３ ０，－００２ ２】【００５２ ６，－００４ ６］０２ ４３ ００００．０ ０１Ｏ０ ０ ＋１ ［０００２．９，一Ｏ０１．８】［００９９ｗ８ ００２．４¨００５２ ６，－００４ ６］０２ ５１ …．．“测量类型”说明：“．１”表示“谷．峰．谷”，“＋１”表示“峰．谷．峰”。…一 图９ 一条岩石结构面轮廓曲线的一组线段的 分析结果 Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ ｄｏｃｕｍｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｒ． ｖａｌｕｅｓ ｆｏｒ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｏｆ ａ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ’ｓ ｏｕｔｌｉｎｅ 表１给出了此组线段Ｒ 的粗糙度尺的手工测 量值与上述交互式程序的电算测量值之间的对比。 表１手测值与电测值对比 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｍａｎｕａｌ－ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｐｒｏｇｒａｍ－ｍｅａｓｕｒｅｄ Ｒ ｖａｌｕｅｓ 从表１可以看出，使用传统的粗糙度尺对Ｒ 的 测量，以及使用交互式程序对Ｒ 的测量，两者的结 果的误差很小，结果具有一致性。其原因为：两者的 测量方法是一样的，都是在曲线段中搜寻符合要求 的波峰、波谷；两者的对象是一样的，前者是实际的 岩石结构面轮廓纸质曲线，后者是基于该纸质曲线 通过扫描并经合理处理而得的数字曲线。 ３ 结 语 本文依据纸质图像经扫描后而形成的数字图像 的色彩表达和存储原理，构建了若干算法： １）依据无量纲的数字图像矩阵的特征元素，构 建比例系数△，以构成能完备反映纸质图像的、具有 长度信息的数字图像数据； ２）从数字图像中提取数字曲线，其为取值于纸 质曲线样本点的横坐标向量与纵坐标向量； ３）对数字曲线进行处理使其具备分段的单值 性以符合ＪＲＣ估算的要求。 本文设计了ＪＲＣ测量的流程图，编制了交互式 程序，并对一条岩石结构面轮廓曲线进行了数字化 测量，测量结果与粗糙度尺测量结果一致，以此可说 明数字化测量算法和流程图的可行性。 相对于文本曲线的ＪＲＣ计算，基于数字曲线的 ＪＲＣ计算具有快速、高效和无人为因素影响的特点； 同时数字曲线具有保存方便、共享程度高和计算重 复性高的优点；此外，数字化测量不受量程的限制； 因此，本文所论述的方法有助于岩石结构面抗剪强 度的研究。 文本曲线的数字化不仅为已有的ＪＲＣ描述方 法，比如轮廓坡度均方根法、结构函数法、分维数法 等提供了便利，而且也可以用以拓宽ＪＲＣ的数学描 述方法，比如基于随机过程理论的描述方法。 参考文献： ［１］ 杜时贵．结构面与工程岩体稳定性［Ｍ］．北京：地震出版社， ２００６：６２－６５． ［２］ 张林洪．结构面抗剪强度的一种确定方法［Ｊ］．岩石力学与工 程学报，２００１，１（２Ｏ）：１１４ １１７． ［３］ 王金安，谢和平，科瓦西涅夫斯基Ｍ Ａ．应用激光技术和分形 理论测量和描述岩石断裂表面粗糙度［Ｊ］．岩石力学与工程学 报，１９９７，１６（４）：３５４—３６１． ［４］ 杜时贵．简易纵剖面仪及其在岩体结构面粗糙度系数研究中 的应用［Ｊ］．地质科技情报，１９９２，１１（３）：９ｌ－９５． ［５］杜时贵．岩体结构面抗剪强度经验估算［Ｍ］．北京：地震出版 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