三维地质建模在水利水电工程中应用

时间:2022-10-18 10:33:04

三维地质建模在水利水电工程中应用

摘要:随着我国经济发展水平的不断提高,水利水电工程建设取得了显著成果,三维地质建模技术近年来在水利水电工程中应用日趋普遍。本文将介绍三维地质建模应用流程,结合具体工程实例,探究其在水利工程中的应用过程,以体现该技术优势。

关键词:三维地质建模;水利水电工程;应用

优势水利水电工程经常面临复杂的地层及构造,涉及到的地质信息日趋增多且更加复杂化、多元化,二维静态表达方式对地质资料分析缺乏直观性,难以真实反映出地质情况。由此,采用三维地质建模,借助信息化技术及数字化技术,大大提高了数据收集、处理效果,实现地层界面、断层等的可视化分析,下面将详细介绍具体应用流程及方法。

1三维地质建模基本流程

1.1准备数据

对原始数据进行筛选,并对筛选出的数据建模。用于建模的数据除了地形数据、物探数据、勘探数据以外,还包括试验数据。分别对这些数据整理归纳,录入到数据库中,将不同地质点的数据,最后导入软件中作为原始数据,全面检查及复核,保证数据真实、完整。

1.2建模流程

首先,将整理好的各类基础地质资料录入到地质数据库内,然后再将数据导入地形面,这样一来,可以将地质资料转换为空间点及线数据。绘制特征,依据不同地质对象特点,在这之前要先绘制控制剖面,加密建模数据,将得到各类地质对象的控制线模型,随后就可以初步将大面模型拟合出来。然后形成三维地质模型,通过合并、剪切等基础操作,实体与面的分割操作后,将得到最终的三维地质体模型。地质平面图是一个二维坐标,有X、Y、Z三个值,这三个值均是通过地形DEM内插方式得到,然后将二维坐标再转换为三维坐标,即得到(X,Y,Z),得到以下公式:(1)公式中,剖面的起点地理坐标为(xo,yo,zo);剖面地层X,Y坐标为(X,Y);其中,α为剖面的方位角,xs与ys表示为剖面图水平及垂直状态下的比例。使用TIN模型构筑数据网络,这里主要指钻探数据,这是形成三维模拟基本形态的重要步骤。由钻孔数据、探槽数据共同组成了地下三维地质体构网,必须先进行钻孔数据分层处理,主要得到含矿层、覆盖层等地质信息,然后才能进行三维地质体构网,完成这项工作以后,才能进行TIN构网,得到各深度DEM数据。

2对工程对象建模流程

2.1河流水面及地表面模型

三维设计工作基础是地表面,同时也是地质建模的基础表面,保证使用数据的统一与规范的前提是使用合理的地形面。地形面模型的构建必须满足设计专业软件的需求。地表面模型。需要充分收集水上及水下地形数据,将统一的整体模型构建出来,建模应用到河流两侧与中间测绘点云数据,然后通过对地表面模型剪切操作,最终得到河流水面模型;对于地形面模型,依据地质勘探点与物探测量点校核及更新地形面,这是保证地形面精准的关键。

2.2覆盖层建模

建模方法的选择。对于覆盖层建模来说,必须对覆盖层堆积成因充分分析,依据现有数据选择出最适宜的建模方法。比如,滑坡体建模,就要先对滑坡中部、滑动面堆积厚度变化仔细考察分析,而冲积层建模则要充分把握河流特点,建模采用分层控制法。

2.3地层与构造建模

为保证面模型通过现有分界点将地层及构造整体变化特点反应出来,就要综合不同分界点特征线或者特征面拟合建模。分界点上可以将该处对象变化反映出来,比如,倾向线或者小范围面等。

2.4剖面线建模

因为缺少产状信息,并且存在不规则的形态特征,需要更多的数据控制形态变化,这是透水率界限面、水位面建模的特点。通过剖面可以将各类现有离散点连接起来,这样不仅可以增加数据量,还能给定拟合方向,将拟合成目标面的速度加快。

2.5模型的可视化分析

通过一系列流程最终建成三维地质模型后,最终可以得到地上地质体的三维地质模型。通过该模型可以了解到不同地质单元空间分布形态、特点、不同空间相互关系等,可以对前期的勘察结果进行验证,同时通过分析模型,为后续的勘察及设计提供了科学依据。可视化分析具体方法为:①将地质体的轮廓详细、生动地描绘出来,通过建模处理三维地质数据,可以发现该模型组成要素,即山体、进口边坡等。②将地质体所在区域的岩石特性、地层特点揭示出来,为施工开挖选址提供科学依据等。同时,在施工前,对地质模型先进行模拟钻孔,然后对挖洞模拟分析,减少失误操作带来的损失。③对任意地质剖面切割,在已经建成的模型上,从而获取更加全面的地质信息,高海拔地区也可以对地质体截取,进行剖平面面积计算、土方计算等,进一步将地质探测的精度提高,并且可视化分析模型更为直观、方便。

3建模成果

3.1基础图件及数据查询与统计

为了得到不同种类的基础图件,可以直接调用数据库中的数据,常见的基础图件有钻孔柱状图、节理玫瑰图等。然后进行数据的查询及统计,在数据调用过程中,对于想要查看的数据可以直接搜索出来并查看,并且能够基于数据库统计功能,依据不同设置条件,统计各类数据。

3.2模型分析

在模型已经建成以后,最重要的工作就是对模型分析,为图件编制及协同设计创造条件。主要进行多截面分析、剖面分析,并能进行模拟平洞及虚拟钻孔等专业化操作,这样一来,地质对象变化情况可以多空间、多角度地反映出来。3.3图件绘制及协同设计直接从三维模型中抽取二维图件,因为现阶段图件编绘三维及二维图件是共同存在的;三维图件不仅能全面展示地质信息,还能达到美观效果。面模型带有相关属性,包括风化程度、水位面信息等,导入到的软件为Civil3D。

4工程实力探究

4.1工程概况

某水电站位于高山峡谷区域,地势陡峭。坝址区域内主要分布了花岗岩、变质粉砂岩、板岩夹砂岩等。坝区内单斜地层分布变质岩,有着发育良好的断层。

4.2三维地质建模

此次工程进行三维地质建模,使用到的三维地质系统软件是GeoBIM,控制性剖面绘制了40条。得到全部剖面空间线条,因为增加了辅助剖面,曲面拟合对同一属性的空间线条,才剪切得到多种地质对象的面模型,剪切时按照各曲面间相互关系进行。此次建模完成的面模型包括断面层60个、地下水面、弱风化上带分界面、微风化面等。然后围合建模范围的侧面及地面.三维地质建模成果应用可以得到三维地质剖面模型,其中各种建筑轴线剖面模型占一定比重,将这些三维模型全部导入到设计软件中,即Inventor,对地质模型开挖设计,最终得到设计模型图。剪切三维地质模型,得到开挖面的三维地质模型,结合地质模型及厂房、大坝等模型,通过剖切,最终可以得到建筑物所处的地质条件。

5结束语

本文主要对三维地质建模基本流程、工程对象建模流程进行了详细介绍,并分析了建模成果,表现了三维地质建模可以在充分收集各项地质数据并对数据处理后,完成批量剖面及平切图的切制,同时还能进行剖面的校核,从而与原始地质勘察资料进行比对,及时发现不足或者错误并改正,将地质勘探失误率大大降低,同时减轻了工作人员工作量。最后,本文对三维地质建模技术在实际水电工程中的应用进行了介绍,表现了依靠三维建模技术,可以帮助快速、高效建立起工程区域地形剖面,得到三维地质剖面模型,并使用专业软件处理,最终得到设计模型图,更为快速、准确地获取到更为直观的工程区域建筑、地质条件等,为工程施工提供全面、准确的数据支持。

参考文献:

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[2]杨红,王红伟.基于GOCAD与CATIA的三维地质建模在水利水电工程中的应用[J].人民珠江,2016,37(05):54-59.

[3]侯清波,齐菊梅,裴丽娜,刘灏.三维地质建模在水利水电工程中的应用[J].资源环境与工程,2016,30(03):328-331.

作者:方正 单位:江西省水利规划设计研究院