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三维地质模型的精准度与水利工程适宜性研究

学术期刊发表网 位置:理工论文 时间:2022-05-28 09:17 (12)

摘要:摘要: 基于地质体三维重构与可视化技术的发展, 三维地质模型可以利用不同的三维地质建模技术创建, 且应用于水利工程也是一个必然的趋势, 三维地质模型的地质体属性是否适宜水利工

  摘要: 基于地质体三维重构与可视化技术的发展, 三维地质模型可以利用不同的三维地质建模技术创建, 且应用于水利工程也是一个必然的趋势, 三维地质模型的地质体属性是否适宜水利工程的特点和其吻合度(精准度)有待于探索与研究, 其精准度可以直接影响水利工程的分析计算, 影响水利工程的造价与工程投资, 也是水利工程成败的关键, 是水工设计提高生产率的关键, 为推动水利工程的 BIM 正向设计奠定基础。

  关键词: 三维地质模型; 精准度; 适宜性

三维地质模型的精准度与水利工程适宜性研究

  1 三维地质模型

  1. 1 定义与概念

  根据工程勘察设计要求, 利用工程区一定范围 内的地质勘察资料, 按工程对象类别建立的具有图 元属性和工程地质属性的三维模型, 是地形模型、 基础数模型、 地质几何模 型、 地 质 属 性 模 型 的 集合。 运用计算机技术, 在三维环境下, 将空间信息 管理、 地质解译、 空间分析和预测、 地学统计、 实 体内容分析以及图形可视化等工具结合起来, 用于 处理地质相关问题, 得出所需的三维地质模型。

  1. 2 三维地质模型的精准度

  三维地质模型的精准度也就是三维地质模型地 址对应地质体的吻合程度, 不同的三维地质建模软 件的研究方向和所面对行业不同, 研究的侧重点不 同, 要求体现的地质体属性也不同, 针对水利工程 而言, 水利工程具有地质信息的不可见性、 不规则 性和数据庞大占用储存空间较大的特点, 且勘察的 各个阶段从野外获取的各种地质信息, 包括地表 地形、 地层分界、 断层和褶皱构造、 地下水位、 风化等地质资料的分析和解译均为二维和静态的 地质信息数据, 随着阶段的深入精度也随之提高, 其描述空间地质构造的规律性及变化的直观性差, 不能直接、 完整、 准确地反映地质体的空间变化 规律与实际情况, 难以满足水利工程的分析与计 算要求, 因此选择一款合宜三维地质建模软件创 建与水利工程地质体吻合度较高的三维地质模型 尤其重要。

  1. 3 三维地质建模软件

  国外三维地质建模研究较早, 20 世纪 70 年 代, 许多科学家就提出了地质相关的三维模型和表 达方式, 在 1993 年 Simon. W. Houlding 论著阐明了 其研究成果, 正式提出了三维地质建模概念, 在此 基础之上国外陆续研制发布了三维地质建模软件, 如澳大利亚的 MicroMine 软件, 法国的 Gerovia Sur? pav 软件。 国内在三维地质建模方面研究方面的研究起步 较晚, 但近年来已有不少的研究与探索, 取得了一 定的成果, 相继推出许多三维地质建模软件, 如 3D?Grid 三维软件、 BM_ GeoModeler、 理正三维地 质建模软件。 随着三维地质建模技术的日益成熟, 三维地质建模应用于水利工程也日益推广, 对于解 决专项的地质问题具有一定实际和现实意义。

  (1)BM_ GeoModelerS 三维地质建模软件

  BM_ GeoModeler 是一款面向勘察、 岩土专业的 大型平台型软件, 服务地质三维建模、 分析和岩土 工程辅助设计。

  (2)EVS 三维地质建模软件

  EVS(EarthVolumetricStudio)是一款适用于地球 科学领域的可视化 3D 建模分析软件, 可实现真三 维的 地 质 体 数 据 建 模、 分 析 及 可 视 化; 可 与ArcGIS、 Revit、 Civil3D 等实现无缝数据交换; 可 实现真三维模型动画展示。 EVS 建立的模型真实反 映地质构造形态、 构造关系及地质体内部属性变化 规律; 可对模型进行任意形式的切割, 以便多角度 观察; 对于尖灭、 透镜体、 断层及溶洞有很好的处 理能力。

  (3)理正三维地质建模软件

  理正勘察三维地质软件是结合三维地学研究理 念和技术的最新进展, 集三维地质模型创建、 模型 仿真展现、 工程地质问题三维分析应用为一体的软 件系统。 根据钻孔、 地质平面图、 纵断面图、 剖 面图等多源数据创建生成包含多种地质要素( 如 地表地形、 断层、 褶皱岩层、 溶洞等) 的复杂三 维工程地质模型。 并可实现任意剖切; 基坑、 基 桩、 隧道、 路堑刷坡等工程活动的模拟开挖; 土 方量估算等工作。 可与理正工程地质勘测软件进 行数据互通。

  2 工程应用

  2. 1 工程概述

  TY 水库总库容为 1. 12 亿 m 3 , 为大(2) 型工 程。 工程由枢纽工程、 引水工程、 输水工程 3 部分 组成, 枢纽工程推荐为上坝址, 大坝为粘土心墙 坝, 最大坝高 68m, 坝轴线长 262m; 输水工程 HJC 隧洞长 15. 26km, 为直径 3. 8m 无压圆形断面, 设计 输 水 流 量 20m 3 / s; 引 水 工 程 MLQ 隧 洞 长 7. 56km, 为 2. 5m × 3. 0m 无压城门洞型断面, 设计 引水流量 4m 3 / s。 河流自 NW 流向 NE, 总体呈不规则舒缓状 “S”型展布, 拟建坝河道及岸坡均较顺直, 为“U” 型谷, 两岸山体基本对称, 属构造侵蚀剥蚀低中山 河谷地貌。 河床宽约 35 ~ 75m, 两岸地形陡峻, 左 岸下游和右岸上游各发育一条冲沟。 第四系河床冲洪积层、 崩坡积层厚约 1 ~ 6m, 基岩出露良好, 岩性为下第三系宝相寺组中 - 厚状 长石石英细砂岩、 长石砂岩、 砂砾岩夹少量薄层状 泥岩、 泥质粉砂岩, 以及沿层面侵入的喜山期煌 斑岩。 上坝址区位于龙蟠 - 乔后断裂构造带西部(下 盘)相对稳定的地块上, 未见断层和褶皱构造发育, 为单斜构造, 岩层倾向左岸偏上游, 倾角 8° ~ 16°, 层间挤压破碎带、 层间泥化夹层及陡倾节理较发 育, 煌斑岩脉接触带的岩石蚀变明显。 两岸地下水补给河水, 但临河岸坡段的水力坡 降均较平缓, 桃源河为坝址区最低排泄基准面。

  2. 2 工程三维地质模型

  利用上述三维地质建模软件和结合本工程的地 质勘察数据创建的三维地质模型, 所反映的地质体的属性侧重点不同, 采用的插值方 法不同导致的各地质体的精准度也不尽相同, 其可 视化表示方向也各不相同。 所创建的三维地质模型, 虽然采用的勘察地质 数据相同, 但由于采用的插值方法等技术及行业侧重点不同, 在可视化表观上较为相似, 但地质体的 吻合度不尽相同, 其赋值的地质属性也不尽相同, 在剖面图中更能反映其地质属性特点。 能否适宜水 利工程要进一步探索与研究, 对于专项地质体(滑 坡、 岩溶) 等 EVS 能较快地建模和赋值地质属性 (具有真三维的属性)。 对于坝址区所要反映的地 质体较为复杂、 要求地质属性较多的情况下, BM _ GeoModeler较快地建立所需的三维地质模型。 对 于洞室等要反映其围岩类别的地质体, 理正三维地 质建模软件能较快速建立三维地质模型并赋值其地 质属性。

  3 结语

  随着国民经济的持续发展及数字中国、 智慧水 利理念的提出, 利用计算机强有力的计算功能和高 效率的图形处理能力, 基于地质体三维重构与可视 化技术的发展, 三维地质建模技术应用于水利工程 是一个必然的趋势, 但针对水利工程具有地质信息 的不可见性、 不规则性和数据庞大占用储存空间较 大的特点, 解决水利工程三维地质建模所面临如下 困难: 原始数据获取的艰难性; 建筑物区工程地质 属性的未知性与难以确定性; 地下地质体的三维空 间关系的复杂性; 勘察工作量有限性决定其地质分 析计算的局限性。 对于水利工程而言, 其三维地质模型的精准度 可以直接影响水利工程的分析计算, 是水工设计提 高生产率的关键。 精准和可靠的三维地质模型可以 为水工设计提供建筑物轴线选择所需的三维空间、 可视化的地质信息数据, 建筑物轴线的比选更加直 观, 为工程技术人员及专家论证提供可视化现场体 验, 其亲临感更加突出。 三维地质模型的精准度也 会影响水利工程的造价与工程投资, 也是水利工程 成败的关键。

  参考文献

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  作者:李锡均, 张 钧, 李少飞


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