巖體是地質(zhì)體的一部分，是非均質(zhì)的、各向異性的不連續(xù)體。巖體中力學(xué)強度較低的部位或巖性相對軟弱的夾層，構(gòu)成巖體的不連續(xù)面，稱為結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面實際上是地質(zhì)發(fā)展歷史中巖體內(nèi)形成的具有一定方向、一定規(guī)模、一定形態(tài)和一定特征的地質(zhì)界面。結(jié)構(gòu)面的幾何特征直接控制巖體中巖塊的大小，同時控制巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析和地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析中的邊界條件，即控制滑體的形狀、規(guī)模及其趨勢。
對巖體結(jié)構(gòu)面的分布狀況進(jìn)行研究，必須有巖體結(jié)構(gòu)面要素的現(xiàn)場實測資料。對巖體結(jié)構(gòu)面要素的測量是進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)面分布狀況研究的第一步，要素測量的準(zhǔn)確度的高低直接影響到研究和分析結(jié)果的可靠性。
結(jié)構(gòu)面的測量要素
巖體結(jié)構(gòu)面根據(jù)其發(fā)育程度和規(guī)模劃分為五級，在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)體作了相應(yīng)的劃分。對不同規(guī)模的工程地質(zhì)問題，要抓住相應(yīng)級別的結(jié)構(gòu)體及相應(yīng)級別的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行評價。目前工程地質(zhì)領(lǐng)域所涉及的巖體結(jié)構(gòu)，其定義的“ 整體結(jié)構(gòu)” 的結(jié)構(gòu)面間距只大于1m，其它的幾種結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)面間距都小于1m，具有這種間距的結(jié)構(gòu)面既不可能只是區(qū)域性大斷裂，也不可能只是中、小斷層，而主要應(yīng)當(dāng)是巖體中大量存在的隨機(jī)分布的裂隙。
對于礦山、水利等工程中的堅硬巖石而言，由于巖石的強度高、抗變形能力強，在荷載作用下結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性不會出現(xiàn)大的問題，因而結(jié)構(gòu)面成為控制巖體力學(xué)性能的主導(dǎo)因素，因而要特別重視對結(jié)構(gòu)面的研究。
國際巖石力學(xué)學(xué)會實驗室和野外試驗標(biāo)準(zhǔn)化專門委員會于1978年推薦了巖體不連續(xù)面定量描述的方法，其中規(guī)定了對結(jié)構(gòu)面十個方面特征的測定或描述方法，包括方位、間距、延續(xù)性、粗糙度、側(cè)壁抗壓強度、張開度、被充填情況、滲流、組數(shù)和塊體大小。
由于巖體中結(jié)構(gòu)面方向不同，形態(tài)、特征各異，規(guī)模間距也存在差異，特別是它們相互交切形成的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使巖體具有不連續(xù)性和不確定性的特征，結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)成為巖體定量描述的重點和難點。因此，根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬的需要，結(jié)構(gòu)面的測量要素主要為：起止點、走向、傾向、跡長等，其它特征可由這幾個要素間接反映或在現(xiàn)場進(jìn)行定性描述。
常用的結(jié)構(gòu)面測量方法
目前，巖體結(jié)構(gòu)面的測量方法可分為兩類：測線統(tǒng)計法和統(tǒng)計窗法。
● 測線統(tǒng)計法
這是目前測量和取得巖體結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)最方便、最實用的方法，由國際巖石力學(xué)學(xué)會推薦。測量方法是在巖體出露處拉一條直線，然后測量與直線相交的結(jié)構(gòu)面的幾何參數(shù)，并描述各不連續(xù)面的交點位置、產(chǎn)狀、可見跡長、張開度、充填情況、水流情況等。結(jié)構(gòu)面間距經(jīng)換算才能得到。
● 統(tǒng)計窗法
在巖體出露面上布置一個長為a、寬為b的矩形范圍即統(tǒng)計窗口，統(tǒng)計與該窗口呈包容、相切、相交關(guān)系的所有結(jié)構(gòu)面，記錄每條結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、跡長和其它特征，以及結(jié)構(gòu)面與統(tǒng)計窗的關(guān)系類型。用此法可獲得比測線統(tǒng)計法更多、更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)面描述資料。
國內(nèi)外許多研究者采用上述兩種方法對多項工程進(jìn)行了巖體結(jié)構(gòu)面的研究，取得了豐富的成果。但是，這兩種測量方法還存在不足。
運用測線統(tǒng)計法時，如果測線方向不同，則測量的結(jié)果之間可能存在較大的差異。測線統(tǒng)計法只測量和記錄了與測線相交的結(jié)構(gòu)面的參數(shù)，可能漏掉測線兩側(cè)離測線較遠(yuǎn)處的結(jié)構(gòu)面。統(tǒng)計窗法雖然測量和統(tǒng)計了窗口范圍內(nèi)所有的結(jié)構(gòu)面的參數(shù)，但其窗口寬度一般比測線法的測線長度小，存在著窗口布置是否有代表性的問題。
測線統(tǒng)計法和統(tǒng)計窗法記錄和統(tǒng)計的都只是結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、跡長、組數(shù)等要素，各結(jié)構(gòu)面跡線與測量基點的相對位置都沒有記錄，以往常用的結(jié)構(gòu)面模擬方法中也不要求使用這些數(shù)據(jù)，只需結(jié)構(gòu)面的平均跡長、平均傾向、分布形式等參數(shù)。用這兩種結(jié)構(gòu)面測量方法只能獲得巖體結(jié)構(gòu)面純粹統(tǒng)計意義上的結(jié)果，不可能真正反映結(jié)構(gòu)面的賦存特征，而僅僅是對結(jié)構(gòu)面的一種近似抽象。
要真正地對結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分析并得出更可信的分析結(jié)論，在結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬時，就應(yīng)該盡可能模擬出結(jié)構(gòu)面的自然賦存狀況，因此，在對巖體結(jié)構(gòu)面現(xiàn)場測量時，就應(yīng)測量和記錄除以往的方法所需的數(shù)據(jù)外，還應(yīng)重點測量和記錄各結(jié)構(gòu)面的相對位置，即各結(jié)構(gòu)面跡線的起點和終點相對于測量基點的相對坐標(biāo)。
ShapeMetrix 3D系統(tǒng)是一款專業(yè)的巖體結(jié)構(gòu)面測量統(tǒng)計系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^手持相機(jī)或者無人機(jī)拍攝照片，將照片輸入到軟件中生成巖體三維地質(zhì)模型。然后可以在軟件中，對三維模型進(jìn)行地質(zhì)測量，包括產(chǎn)狀測量、坐標(biāo)測量、面積測量、長度測量等。軟件可以按照一定的規(guī)則，將產(chǎn)狀相近的結(jié)構(gòu)面劃分為一組，自動統(tǒng)計跡長、間距等參數(shù)。還可以快速生成赤平投影圖，并輸出報告。
ShapeMetriX 3D采用一臺標(biāo)定的照相機(jī)，從兩個不同的角度來對指定的區(qū)域進(jìn)行成像，然后輸入計算機(jī)中合成三維模型。ShapeMetriX 3D工作過程如下：
01 利用相機(jī)從兩個方向?qū)r體拍攝兩張照片，輸入到軟件內(nèi)。
02 將兩幅照片中心重合，劃定頂線和底線邊界。
03 即可生自動成巖體三維模型。
04 如果模型較大，可以通過多個小模型進(jìn)行拼接合成。
05 將生成的模型，載入到分析模塊中?？梢詼y量任一點的坐標(biāo)，也可以確定任意結(jié)構(gòu)面或跡線的傾向、傾角、走向、長度、面積、體積、高差等參數(shù)。
06 可以指定某一個面作為參考面，對參考面以上或以下部分進(jìn)行測量、統(tǒng)計、分析。
07 可以自動生成等高線圖并輸出。
08 可以對這個三維模型進(jìn)行赤平投影分析和節(jié)理圖分析，并輸出圖形和數(shù)據(jù)。
09 還可以對體積進(jìn)行計算。
可以以多種格式輸出模型，如VRML、DXF、OBJ、TXT、EXCEL等。
10 可以以多種模式查看模型。
