探析工程地質三維設計系統(tǒng)

(湖南省水工環(huán)地質工程勘察院 湖南 長沙 410000)

近年來，計算機技術快速發(fā)展，涌現(xiàn)出各類新型技術，實現(xiàn)了計算機技術和地質專業(yè)的有效結合?，F(xiàn)有的三維地質軟件中，CAD的應用最為廣泛。利用三維地質軟件，能夠直觀顯示地質體的具體分布和空間形態(tài)，快速生成各類地質剖面，提高地質勘察的水平。

一、地質三維設計系統(tǒng)概述

從實際應用角度來說，地質三維設計系統(tǒng)涉及到地質工作全過程，包括資料錄入和分析等。此系統(tǒng)功能模塊如下：1)三維數(shù)據(jù)管理和分析；2)三維可視化；3)制圖輸出；4)系統(tǒng)管理。在具體應用中，地質人員把獲取的野外勘察成果，快速錄入到數(shù)據(jù)錄入和檢驗功能模塊，進行數(shù)據(jù)檢驗。當數(shù)據(jù)檢驗合格后，通過三維數(shù)據(jù)管理與分析功能模塊，全部導入系統(tǒng)。具體分工如下：1)三維數(shù)據(jù)管理和分析功能模塊的應用，主要負責導入各類數(shù)據(jù)，集中存儲，進行分析管理。2)三維可視化功能模塊能夠可視化瀏覽數(shù)據(jù)。3)制圖輸出功能模塊負責數(shù)據(jù)提取，處理地質數(shù)據(jù)，進行制圖和輸出圖。輸出CAD文件，為后續(xù)工作的開展，提供數(shù)據(jù)信息依據(jù)。

圖1 地質三維設計系統(tǒng)基本結構圖

二、工程地質三維設計系統(tǒng)的具體應用

(一)案例概述

以某工程為例，主要建筑物包括混凝土重力壩和發(fā)電廠房等，其中混凝土重力滾水壩的壩長為89m，壩頂高程為1550m，最大壩高45m，為三等中型工程，總裝機規(guī)模是120MW。在工程地質勘察作業(yè)中，決定應用地質三維設計系統(tǒng)，支撐工程設計和施工。

(二)地質基本信息

地形地貌：工程建設位置兩岸山體雄厚，工程左岸存在洪積臺地，寬度約為350m，地形較緩，為居住區(qū)。岸坡較陡，左岸自高程1510以下坡度為35-50°，植被發(fā)育，河床邊基巖裸露，局部為基巖陡壁。

地層巖性：1)第四系沖洪積層；2)殘坡積層；3)崩坡積層等。

地質構造：經(jīng)過地質調查發(fā)現(xiàn)，工程建設區(qū)域主要的斷裂，包括F1和F2斷裂，呈現(xiàn)近代平行走向，全部是NNW向。

(三)數(shù)據(jù)準備

應用工程地質三維設計系統(tǒng)，在開展建模前，需要做好數(shù)據(jù)準備。具體如下：1)地形數(shù)據(jù)信息。具體包括工程建設所在位置的地形圖，采集高程點和控制點等信息，并且檢查數(shù)據(jù)信息。在檢查時，可直接利用CAD軟件，執(zhí)行3DO命令，在三維可視化視圖下進行檢查，看是否存在錯誤的線條以及點，及時修改錯誤屬性。通過反復檢查以及修改，保證數(shù)據(jù)信息的準確性再保存。2)地質數(shù)據(jù)信息。工程設計需要的地質數(shù)據(jù)信息，具體包括節(jié)理裂縫位置數(shù)據(jù)信息和鉆孔分層信息等。3)其他數(shù)據(jù)信息，比如建筑輪廓位置數(shù)據(jù)信息。

(四)構建數(shù)據(jù)庫

在相應的表格中，比如勘探點表，錄入基本數(shù)據(jù)信息、原位測試數(shù)據(jù)信息、地質特征數(shù)據(jù)信息，具體包括標貫和取樣等。利用“導入點云數(shù)據(jù)”模塊，將位置屬性信息，比如高程點和控制點等，全部導入信息系統(tǒng)內；利用導入線數(shù)據(jù)模塊，從地形圖中，導入線條位置屬性信息，比如地層分界線以及建筑物輪廓線等；利用導入聲波測井數(shù)據(jù)以及導入靜探數(shù)據(jù)等功能模塊，導入相關數(shù)據(jù)。完成數(shù)據(jù)信息錄入工作后，要備份數(shù)據(jù)庫。

(五)構建三維地質模型

在具體應用中，此工程建模是利用地形面作為巖層的基本形態(tài)，三維巖層的主要控制要素為數(shù)據(jù)。在具體構建時，要構建基巖面和風化面等，通過對層面以及結構面等，附加地質解釋，為相關工作的開展，提供有力的幫助。三維地質模型建模流程如下：1)準備數(shù)據(jù)資料。采集和整理地形數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)資料、地質剖面數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)信息驗證工作。2)生成地形面和各類地層面。3)構建各地層面初始模型。4)構建各地層面模型。5)構建三維地質體模型。

(六)輸出地質成果圖

利用工程地質三維設計系統(tǒng)，能夠自動化輸出工程地質成果圖，可視化顯示各類信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互處理，可以單幅出圖，也可以多幅出圖，定制出圖選項，滿足不同用戶的基本需求。對于生成的各類成果圖，要保存在為dwg格式文件，進而實現(xiàn)二維剖面圖以及三維視圖的交互。在實際應用中，工程地質三維設計系統(tǒng)能夠既可以通過選擇鉆孔，來創(chuàng)建剖面，也可以畫線來創(chuàng)建[1]。

三、工程地質三維設計系統(tǒng)應用建議

工程地質三維設計系統(tǒng)的應用，由于三維地質建模軟件操作具有復雜化和具體化特點，因此若想利用其構建完整的三維地質模型，有著較大的難度?；诖耍枰鉀Q以下難點問題：

(一)空間關系極端的地下地質體

構建三維地質模型，需要構建幾何結構，運用拓撲關系和相應的算法等。從實際應用效果來說，由于空間層次分布不連續(xù)，而且地質構造復雜，增加了地質體描述的難度，影響著模型的構建[2]?；诖耍枰獜娀摲矫娴难芯?。

(二)原始地質數(shù)據(jù)的獲取

在工程地質三維設計系統(tǒng)應用中，需要運用大量的原始地質數(shù)據(jù)。通過對原始數(shù)據(jù)信息，進行綜合分析，構建工程地質三維模型。從工程建設實際情況來說，開展工程地質勘查作業(yè)，極易受到技術和經(jīng)費等因素的綜合影響，難以保證原始數(shù)據(jù)信息的真實性和準確性，進而影響三維地質模型的構建。

(三)地質屬性的劃分

基于工程地質三維設計系統(tǒng)，構建三維地質模型時，由于地質屬性具有未知性以及不確定性等特點，進而出圖成果。造成地質屬性不確定的因素較多，具體包括原始數(shù)據(jù)不足以及地質體具有的復雜性特征等，因此難以確定地質體屬性，進而影響著數(shù)據(jù)模型的具體應用?；诖耍瑸榱顺浞职l(fā)揮工程地質三維設計系統(tǒng)的功能作用，需要深度研究上述難題，提出有效的解決措施[3]。

四、結束語：

綜上所述，應用工程地質三維設計系統(tǒng)，能夠提高工程地質勘察作業(yè)的效率，保證各項工作順利開展。從實際應用效果來說，還存在著可拓展空間?；诖?，要強化工程地質三維設計系統(tǒng)研究，著力解決現(xiàn)存的問題。

【參考文獻】

[1]郭元世,唐浩,姚高峰. 工程地質三維設計系統(tǒng)研究[J]. 紅水河,2016,35(04):109-112+118.

[2]郭元世,姚高峰,唐浩. 工程地質三維設計系統(tǒng)在水電站工程中的應用[J]. 紅水河,2016,35(05):9-12.

[3]王剛,田華兵,劉仕勇,梅稚平. 三維地質設計在孟底溝工程中的應用[J]. 水電站設計,2017,33(02):36-40.