基于ArcGIS的地下三维地质建模
- 格式:pdf
- 大小:662.09 KB
- 文档页数:2
2020年4月第1期城㊀市㊀勘㊀测UrbanGeotechnicalInvestigation&SurveyingApr.2020No.1引文格式:刘欣ꎬ岳玉梅ꎬ郭甲腾.三维地质建模在岩土工程勘察中的应用 以盛京金融广场项目为例[J].城市勘测ꎬ2020(1):203-208.文章编号:1672-8262(2020)01-203-06中图分类号:P628+ 3文献标识码:A三维地质建模在岩土工程勘察中的应用以盛京金融广场项目为例刘欣1∗ꎬ岳玉梅2ꎬ郭甲腾3∗㊀收稿日期:2019 06 11作者简介:刘欣(1982 )ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ主要从事岩土工程勘察及信息化技术研究ꎮ通讯作者:郭甲腾(1980 )ꎬ男ꎬ博士ꎬ副教授ꎬ主要从事数字矿山㊁数字岩土㊁数字城市领域的三维地学建模㊁实体空间关系㊁并行地理计算等GIS理论与方法研究ꎮ基金项目:国家自然科学基金资助项目(41671404)ꎻ中国地质调查局项目(DD20190416)ꎮ(1 沈阳市勘察测绘研究院有限公司ꎬ辽宁沈阳㊀110004ꎻ㊀2 中冶沈勘工程技术有限公司ꎬ辽宁沈阳㊀110015ꎻ3 东北大学资源与土木工程学院ꎬ辽宁沈阳㊀110819)摘㊀要:通过建立建筑工程所在区域的三维地质模型ꎬ建筑设计和施工人员可对复杂地质条件进行分析和研究ꎬ为城市建设提供技术支撑ꎮ基于盛京金融广场项目勘探钻孔数据及地层分层资料ꎬ采用GTP建模方法ꎬ根据钻孔数据中岩层接触关系ꎬ从新到老㊁自上而下逐层自动创建三维地层模型ꎮ经交叉剖切分析检验ꎬ建立的三维地质模型与实际勘探数据拟合度较好ꎬ准确客观地反映了研究区域内的地层地质条件ꎮ本文通过对三维地质模型进行研究ꎬ分析了研究区域工程地质条件及施工过程的潜在风险ꎬ提出了风险管控措施ꎬ可为建筑物设计㊁施工和风险防控提供科学决策依据ꎬ具有较高的推广价值ꎮ关键词:三维地质建模ꎻ岩土工程勘察ꎻ剖面分析ꎻ开挖分析ꎻ工程地质1㊀引㊀言随着城市化进程的不断加快ꎬ城市建筑规模也越来越大ꎬ越来越多的城市进行了大量超限高层和大型桥梁隧道的建设ꎮ然而ꎬ这些工程的科学建设和安全施工会受到地下水㊁地质结构㊁施工技术等诸多因素的影响ꎬ具有灾害事故后果严重㊁施工难度大㊁地质结构模糊度高㊁工程地质与水文地质条件复杂㊁安全风险突出等特点[1]ꎮ在国内外城市岩土工程勘察和建设过程中ꎬ由于对待施工区(研究区)工程地质或水文地质问题处理不当引起的沉陷㊁基坑突水㊁地下工程坍塌㊁爆炸等事故时有发生ꎬ且常常造成大量人员伤亡和重大直接经济损失ꎬ严重影响了人们生活和城市建设[2]ꎮ因此ꎬ在城市岩土工程建设前ꎬ需要通过三维地质建模技术ꎬ对工程场地及周边的区域ꎬ在地形㊁变形特征㊁水动力条件㊁空间地质结构和工程地质条件方面进行详细勘察㊁建模㊁分析与评价ꎬ从而为工程建设提供技术指导和风险管控ꎬ以此减少建设过程中工程风险ꎮ自1994年学者将三维地质模拟应用到工程建设领域[3]ꎬ众多学者开始对三维地质模拟在岩土工程中的运用做了研究[4ꎬ5]ꎬ并开发出了众多的三维地质建模软件ꎬ如Micromine㊁Geomodeller㊁GSI3D㊁Surpac㊁Arc ̄GIS㊁Gocad等[6ꎬ7]ꎮ其中包括伦敦中东部地区的大型隧道工程依托GSI3D进行了三维地质建模应用[8]㊁长春市第四系地层层序三维模型及其在ArcGIS平台的可视化[9]㊁三维地质建模技术应用于矿山成矿预测领域[10]㊁引入边界虚拟钻孔优化模拟结果[11]㊁用三维多尺度地质建模方法评估隧道工程风险[12]ꎮ本文以盛京金融广场项目勘探钻孔数据为基础ꎬ利用GTP建模方法ꎬ建立起该项目地下空间三维地质模型ꎬ进而分析工程地质条件㊁存在的地质问题ꎬ并对建筑施工区域做出工程地质评价ꎬ为盛京金融广场项目的设计㊁施工建设㊁风险管控提供技术支撑ꎮ2㊀研究区概况2 1㊀研究区位置研究区位于沈阳市和平区西塔地区ꎮ研究区地形较平坦ꎬ地面标高介于45.14m~46.22mꎮ研究区地处东经123ʎ38ᶄ㊁北纬41ʎ8ᶄꎬ南北方向长约298mꎬ东西方向宽约247mꎬ面积为73000m2ꎮ拟建物为12栋超限高层ꎬ高度184m~195mꎮ研究区的地质钻探开孔及终孔孔径为110mmꎬ各钻孔间距15m~20mꎮ获得钻孔123个ꎬ钻孔深度40.0m~55.0mꎮ由于受场地拆迁条件影响ꎬ个别钻孔位置有所偏移ꎬ具体位置详见勘探孔平面布置图ꎮ城㊀市㊀勘㊀测2020年4月本研究主要采用盛京金融广场项目地质勘探钻孔数据ꎬ研究区位置如图1所示ꎮ图1㊀研究区位置2 2㊀研究区地基土构成根据钻探揭示ꎬ研究区勘察深度范围内的地层结构由杂填土㊁粉质黏土㊁中粗砂㊁砾砂㊁圆砾㊁黏土质砾组成ꎬ现将研究区地层描述如下:①杂填土:分布连续ꎬ层厚1.50m~8.90mꎬ层底埋深1.5m~8.90mꎮ②粉质黏土:黄褐色㊁灰褐色ꎮ分布不连续ꎬ最大可见层厚3.8mꎬ最大可见层底埋深6.5mꎮ③中粗砂:黄褐色ꎮ局部夹细砂及粉质黏土薄层ꎬ局部地段上部为松散状态ꎮ分布不连续ꎬ最大可见层厚6.9mꎬ最大可见层底埋深10.5mꎮ③-1中粗砂:黄褐色ꎮ局部夹粉质黏土薄层ꎮ分布不连续ꎬ最大可见层厚5.6mꎬ最大可见层底埋深14.4mꎮ③-2黏土:灰褐色㊁灰ꎬ局部可塑ꎮ④砾砂:黄褐色ꎮ局部夹粉质黏土薄层ꎮ分布不连续ꎬ最大可见层厚10.0mꎬ最大可见层底埋深18.7mꎮ④-1圆砾:由结晶岩组成ꎮ分布不连续ꎬ为④层砾砂中的透镜体ꎮ④-2中粗砂:黄褐色ꎮ分布不连续ꎬ为④层砾砂中的透镜体ꎮ⑤粉质黏土:黄褐色ꎬ可塑ꎮ分布连续ꎬ层厚0.7m~4.9mꎬ层底埋深16.4m~22.8mꎮ⑥砾砂:黄褐色ꎮ局部夹薄层粉质黏土ꎬ底部含土量大ꎮ本次勘察未全部穿透ꎬ最大可见层厚21.90mꎬ最大可见层底深度43.00mꎮ⑥-1中粗砂:黄褐色ꎮ该层分布不连续ꎮ⑥-2黏土:褐色㊁黄褐色ꎬ可塑ꎬ硬塑ꎮ⑥-3圆砾:由结晶岩组成ꎮ分布不连续ꎬ为⑥层砾砂中的透镜体ꎮ⑦黏土质砂:由结晶岩组成ꎮ分布连续ꎬ本次勘察未全部穿透该层ꎬ最大可见层厚14.00mꎬ最大可见层底埋深55.00mꎮ⑦-1黏土质砾:由结晶岩组成ꎮ分布不连续ꎬ为⑦黏土质砂中的透镜体ꎮ上述地层的分布规律㊁埋藏深度及厚度详见工程地质剖面图(图6a)和三维地质模型剖面图(图6b)ꎮ3㊀三维地质建模方法本文以盛京金融广场项目勘探钻孔数据为基础ꎬ利用GTP建模方法ꎬ自主开发软件ꎬ自上而下逐层创建三维地质模型ꎬ建立起该项目地下空间三维地质模型ꎬ进而分析工程地质条件㊁存在的地质问题ꎮ三维地质建模工作流程如图2所示ꎮ图2㊀三维地质建模工作流程本文以盛京金融广场项目勘探钻孔数据为基础ꎬ进行三维地质建模工作ꎬ主要可分为三个步骤:Step1:钻孔数据预处理ꎮ针对钻孔数据往往存在地层数据的丢失的异常情况ꎬ建模前ꎬ需要对其进行预处理ꎬ即补充或者修正缺失的地层信息ꎻStep2:构建数字高程模型ꎮ由研究区高程数据生成数字高程模型ꎻStep3:构建三维地质模型ꎮ通过不同土层类型ꎬ利用GTP建模方法进行三维地质体建模ꎻ钻孔采用多棱柱拟合圆柱建模ꎮ4㊀三维地质模型建立与可视化4 1㊀GTPGTP模型是一种精确描述和表达地质体表面结构的非规则体元(三棱柱体)ꎬ由上下面不一定平行的三角形和三个侧面空间四边形组成ꎬ主要几何要素包括:结点㊁棱边㊁顶㊁底㊁三角形㊁空间四边形[13]ꎮ在本文中ꎬ以所有钻孔的孔口坐标为基础ꎬ自动生成Delaunay三角网构成上表面TIN模型ꎮ相邻地层间三棱柱体的侧面四边形由TIN中三角形的三顶点组合后沿钻孔向下扩展而成ꎮ下表面的三角形由同一层的钻孔坐标点构建的Delaunay三角网构成ꎮ4 2㊀钻孔数据处理钻孔数据是三维地质建模中最常用㊁最详尽的数据来源ꎬ能够准确㊁直观和细致地反映地质体状态及相互关系[14~16]ꎮ一般情况下ꎬ研究区钻孔布置越多ꎬ钻孔就402第1期刘欣等 三维地质建模在岩土工程勘察中的应用 以盛京金融广场项目为例越密集ꎬ从而建立的三维地质体模型也更准确[17]ꎮ以盛京金融广场项目勘探钻孔数据为基础ꎬ建立三维地质模型ꎮ整个区域地质数据包括123个勘探钻孔ꎬ其分布情况和地层岩性特征如图3所示ꎮ图3㊀钻孔数据中可能包含多种异常情况ꎬ建模前需进行数据质量检查与自动预处理ꎮ常见现象为地层的丢失或缺失ꎬ会造成自动构模生成GTP体元时的逻辑错误ꎬ因此需要标准地层中主层所包含的亚层情况ꎬ对部分钻孔缺失的亚层信息进行虚拟补充ꎮ处理流程如图4所示ꎬ其主要步骤如下:Step1:获取主层数ꎮStep2:搜索每个主层包含的亚层最大数及其包含的信息ꎮStep3:对主层中其他钻孔信息进行判断ꎬ同Step2搜索得到的信息进行对比ꎬ对钻孔缺失信息进行补充ꎬ保持钻孔信息完整性ꎻ重复步骤Step2㊁Step3ꎮStep4:保存处理后的钻孔信息ꎮ图4㊀地层缺失异常处理流程4 3㊀建立三维地层模型地层是一切成层岩石的总称ꎬ是在一定地质时期所形成的一层或一组具有某种统一的特征和属性的并和上下层有着明显区别的松散堆积物或岩石[18]ꎮ本文通过GTP建模方法ꎬ构建盛京金融广场项目三维地质模型ꎬ先由钻孔分层数据从新到老确定各个地层的相互沉积关系ꎬ再依次生成地层模型ꎮ首先ꎬ生成地层间的岩性接触面ꎮ通过钻孔揭露的地层数与岩性特征分析获取的地层分层规律ꎬ提取地层间采样点信息ꎬ自动生成Delaunay三角网ꎬ形成地层间的岩性接触面模型ꎬ为地质体模型提供GTP体元的顶底面ꎮ其中ꎬ地层划分是否正确将直接影响三维地质体模型的准确性ꎮ其次ꎬ通过GTP建模方法进行地层模型构建ꎮ三维地层实体模型是由地层上表面㊁下表面㊁侧面构成的ꎮ本文将某一地层与相邻地层的岩性接触面作为该层的上下表面ꎬ根据区域内地层分布规律和地层间的岩性接触面ꎬ生成三维地层实体模型ꎬ其三维地质模型和空间三角网格如图5所示ꎮ图5㊀5㊀可视化分析岩土工程勘察报告中的剖面等资料ꎬ其实就是各个钻孔资料的推测和连线以用来反应场区的工程地质条件ꎮ传统的岩土工程勘察报告是由钻探资料汇总生成ꎬ其只能在固定位置上反映该工程地质条件ꎬ不能有效反映整个场区的工程地质条件ꎮ对于非专业人士来说ꎬ理解比较困难ꎬ影响设计单位对项目基础类型的选择和造价的测算ꎬ对于个别不利地质条件显示不明显ꎬ易在未来的施工过程中存在潜在隐患ꎮ本系统提供了属性查询㊁基于钻孔数据的剖面图可视化㊁剖切㊁基坑502城㊀市㊀勘㊀测2020年4月开挖和土方量计算等功能ꎬ在基于传统的钻探资料基础上ꎬ生成可视化三维剖面模型ꎬ可以对场区任意方向和不同视角进行剖切ꎬ使得整个场区地质条件清晰明了ꎬ有助于将不良地质作用清晰显示ꎬ有助于设计单位对项目基础类型的选择和造价的测算ꎬ有助于建设单位等非专业人士更清晰明了的了解场区工程地质条件ꎬ增强对项目基础投资控制的依据ꎮ5 1㊀信息查询信息查询是检验建筑物等城市岩土工程设计和施工合理性的重要途径ꎮ工程勘察钻孔采样信息通常以表格或文字等资料显示ꎬ而通过三维可视化技术显示这些资料会使视觉效果更加直观生动ꎮ为了方便岩土工程师直观的查询土样信息ꎬ本文对土样标记信息㊁土层标准贯入实验的信息进行了可视化显示ꎬ如图6所示ꎮ图6㊀土样标记信息、标贯信息可视化查询5 2㊀典型剖面分析笔者在场区西北-东南方向划一条剖面线ꎬ此剖面线贯穿N01㊁N02㊁N03㊁N04㊁N05㊁N06㊁N07㊁N08㊁N09㊁N10十个钻孔ꎬ如图7所示ꎮ从剖面图可以看出研究区的总体地势变化平缓ꎬ地形较平坦㊁局部略有起伏ꎮ通过对比系统自动生成的剖面图(图7(a))与原始手绘剖面图(图7(b))的土层内部结构信息ꎬ可以发现ꎬ系统生成的剖面图与手绘的剖面图吻合度较高ꎬ系统自动生成的剖面图还可以更加生动㊁直观地显示手绘剖面图的土层内部情况ꎮ5 3㊀栅栏剖切分析三维地质体模型建立后ꎬ通过不同角度和位置的剖切ꎬ可以实现研究区任意位置地下发育情况的三维可视化ꎬ如图8所示为栅栏剖切图ꎮ图7㊀自动生成和手绘的剖面图对比图8㊀栅栏面剖切图研究区地层分布均匀ꎬ无不良地质作用ꎬ场地稳定ꎮ场地范围内不存在埋藏的古河道㊁沟滨及孤石ꎮ杂填土分布较广ꎬ含有较多的混凝土㊁碎石ꎬ块径巨大ꎬ成分不均匀ꎬ对降水井的施工㊁边坡支护及基坑开挖等会造成一定影响ꎮ建筑物工程施工时ꎬ基础地基底板将处于⑥砾砂㊁⑥-1中粗砂㊁⑥-3圆砾层等同一深度的不同层位上ꎬ可能引起差异沉降ꎮ5 4㊀基坑开挖模拟和土方量计算本文通过基坑开挖体和地质体之间进行布尔运算ꎬ实现基坑开挖后开挖体和基坑体(基坑开挖出的地质体部分)的模型计算和可视化ꎬ如图9(a)所示ꎮ基坑开挖功能可以实现实验区建筑物基底开挖和剖切ꎬ为建筑物的设计和施工提供科学依据和分析ꎮ在此基础上ꎬ基于基坑体和开挖后的地质体部分ꎬ可以进一步602第1期刘欣等 三维地质建模在岩土工程勘察中的应用 以盛京金融广场项目为例进行岩土工程可视分析ꎮ在进行工程开挖体岩土工程分析时ꎬ将三维基坑体的侧面展开到平面上(图9(b)㊁图9(c)㊁图9(d)㊁图9(e))ꎬ可以研究基坑壁的土层揭露情况㊁基坑壁一周的土层变化趋势等ꎮ图9㊀三维基坑体侧面展开图土方开挖作为高层建筑深基坑工程施工中的重要工序ꎬ因建筑基础埋深较大ꎬ施工面积广ꎬ开挖工程量大等特点ꎬ从而给建筑基础土方开挖作业增加了不少难度[19]ꎮ在建筑物设计㊁施工前进行土方量计算和分析ꎬ如表1所示ꎬ充分了解现场地下土层分布情况ꎬ并结合项目的特点和施工现场情况ꎬ选择土方开挖的方案和方式ꎬ可确保工程施工质量ꎮ开挖土方量结果㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀表1编号层号地层类型土方量/1000m311-0杂填土131.22022-0粉质黏土21.20733-0中粗砂87.08243-1黏土84.43153-2中粗砂11.31163-3黏土1.98873-4中粗砂0.13384-0砾砂181.76494-1粉质黏土35.345104-2砾砂14.536114-3中粗砂1.326124-4砾砂0.663135-0粉质黏土54.167146-0中粗砂58.585156-1圆砾6.495166-2中粗砂0.088总量----690.3415 5㊀地下水建模依据实际采集的钻孔水位数据ꎬ采用GTP方法构建了地下水三维模型ꎬ包括潜水和承压水ꎬ如图10所示ꎮ研究区共有五个地下水层(图10(a))ꎬ其中三个隔水层厚度分别为13m㊁2.5m㊁3mꎬ潜水层和承压水层厚度分别为2m㊁2.5mꎮ图10(b)显示了潜水层和其他地层的位置和接触关系ꎬ图10(c)显示了承压水层和其他地层的位置和接触关系ꎮ图中可见ꎬ潜水层位置主要位于地层4-0砾砂层ꎬ小部分与地层4-1粉质黏土层接触ꎬ承压水层位置主要位于地层6砾砂中ꎬ隔水顶板为地层5粉质黏土ꎮ因此ꎬ在工程设计和施工中应充分考虑地下水层与地层位置关系ꎬ合理规划工程方案ꎬ严禁停水开挖和超深开挖ꎬ防止基坑突涌问题出现ꎮ图10㊀地下水建模6㊀结论与展望(1)基于勘探钻孔数据ꎬ采用GTP建模方法ꎬ建立了盛京金融广场项目三维地质模型ꎬ实现了交叉剖面分析㊁基坑开挖模拟㊁土方量计算ꎮ通过原始手绘剖面图与系统自动生成的剖面图比较ꎬ验证所建立的三维地质模型与原始数据有较高的吻合度ꎬ且能够准确㊁客观地反映研究区域内的地下地层地质条件和发育情况ꎮ(2)基于系统所建立的盛京金融广场项目三维地质模型ꎬ本文对研究区域的地质结构和工程地质条件进行分析得出ꎬ在项目设计和施工过程中ꎬ须防止出现基坑突涌问题ꎮ(3)利用建筑物勘探数据资料ꎬ不断补充钻孔数据ꎬ进一步结合工程应用的实际需求ꎬ提高地质模型精度ꎬ并深入研究三维地质建模在岩土工程勘察中的设计㊁分析和评价方法ꎬ为城市岩土工程的设计㊁施工和702城㊀市㊀勘㊀测2020年4月灾害预防提供科学决策依据ꎮ参考文献[1]㊀周念清ꎬ李翔宇ꎬ黄钟晖等.南宁地铁线路三维地质建模与潜在风险分析[J].勘察科学技术ꎬ2018(6):28~33. [2]㊀胡志平ꎬ彭建兵ꎬ张飞等.浅谈城市地下空间开发中的关键科学问题与创新思路[J].地学前缘ꎬ2019ꎬ26(3):76~84. [3]㊀ChristianJT.3DGeoscienceModeling:ComputerTech ̄niquesforGeologicalCharacterization[M].SpringerVerlagꎬ1996.[4]㊀CHseinJꎬWenpingGꎬJamesRMꎬetal.ModelSelectioninGeologicalandGeotechnicalEngineeringintheFaceofUn ̄certainty-DoesaComplexModelAlwaysOutperformaSim ̄pleModelꎬEngineeringGeologyꎬ2018ꎬ242:184~196. [5]㊀GretaBꎬTizianaAꎬGiovanniPB.Hydro-geotechnicalModel ̄lingofSubsidenceintheComoUrbanArea[J].EngineeringGeologyꎬ2019:105~144.[6]㊀张洋洋ꎬ周万蓬ꎬ吴志春等.三维地质建模技术发展现状及建模实例[J].东华理工大学学报 社会科学版ꎬ2013ꎬ32(3):403~409.[7]㊀Guan-MaoWUꎬHuangMꎬGangLIꎬetal.ResearchSum ̄maryof3DGeologicalModelandVisualization[J].Engi ̄neeringofSurveying&Mappingꎬ2008.[8]㊀AldissDTꎬBlackMGꎬEntwisleDC.Benefitsofa3DGeo ̄logicalModelforMajorTunnellingWorks:anExamplefromFarringdonꎬEast-centralLondonꎬUK[J].QuarterlyJournalofEngineeringGeology&Hydrogeologyꎬ2012ꎬ45(4):405~414.[9]㊀王淼ꎬ陈晨ꎬ张丽玲.基于钻孔数据和GMS的地层三维建模与可视化的研究[J].工程建设与设计ꎬ2007(11):72~74.[10]㊀XiangZLꎬBaiWBꎬWangYꎬetal.Studyon3DGeologicalModelingandVisualizationProcessofMinesBasedonSur ̄pac[J].JournalofHenanPolytechnicUniversityꎬ2009. [11]㊀王润怀ꎬ李永树.边界虚拟钻孔在复杂地质体3维建模中的引入与确定[J].测绘学报ꎬ2007ꎬ36(4):468~475. [12]㊀ZimingXꎬJiatengGꎬYuanpuXꎬetal.A3DMulti-scaleGeologyModelingMethodforTunnelEngineeringRiskAs ̄sessment[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnolo ̄gyꎬ2018ꎬ73:71~81.[13]㊀车德福ꎬ吴立新ꎬ殷作如等.基于GTP的断层三维交互建模方法[J].东北大学学报 自然科学版ꎬ2008(3):395~398.[14]㊀王家伟ꎬ郭甲腾ꎬ张荣兵.含尖灭地层的地质剖面图自动生成与2D/3D绘制[J].沈阳建筑大学学报 自然科学版ꎬ2012ꎬ28(3):405~410.[15]㊀罗智勇ꎬ杨武年.基于钻孔数据的三维地质建模与可视化研究[J].测绘科学ꎬ2008ꎬ33(2):130~132.[16]㊀向中林ꎬ王妍ꎬ王润怀等.基于钻孔数据的矿山三维地质建模及可视化过程研究.地质与勘探ꎬ2009ꎬ45(1):75~81.[17]㊀刘乐ꎬ杨智.基于钻孔数据的三维地质建模空间插值方法的对比研究[J].能源技术与管理ꎬ2019ꎬ44(3):162~164.[18]㊀MuzikJꎬVondraKTꎬSitanyiovaDꎬetal.Creationof3DGe ̄ologicalModelsUsingInterpolationMethodsforNumericalModelling[J].ProcediaEarth&PlanetaryScienceꎬ2015ꎬ15:25~30.[19]㊀姜毅成.土方开挖技术在建筑基础施工中的应用[J].住宅与房地产ꎬ2017(30):208+215.Applicationof3DGeologicalModelinginGeotechnicalInvestigation TakingShengjingFinancialPlazaProjectasanExampleLiuXin1ꎬYueYumei2ꎬGuoJiateng3(1 ShenyangGeotechnicalInvestigation&SurveyingResearchInstituteꎬShenyang110004ꎬChinaꎻ2 ShenkanEngineeringandTechnologyCorporationꎬMCCꎬShenyangꎬChinaꎬ110015ꎻ3 SchoolofResourcesofCivilEngineeringꎬNortheasternUniversityꎬShenyangChinaꎬ110819)Abstract:Throughtheestablishmentofathree-dimensionalgeologicalmodeloftheareawheretheconstructionprojectislocatedꎬthearchitecturaldesignandconstructionpersonnelcananalyzeandstudythecomplicatedgeologicalconditionsꎬwhichcouldprovidetechnicalsupportforurbanconstruction.Basedontheexplorationdrillingdataandstratigraphicstratifi ̄cationdataofShengjingFinancialPlazaProjectꎬthispaperusesGTPmodelingmethodtocreateathree-dimensionalstrati ̄graphicmodelfromnewtooldandtoptobottomaccordingtothecontactrelationshipofrockformationinboreholedata.Throughthecross-sectionanalysisꎬitisverifiedthattheestablished3Dgeologicalmodelhasagoodfittotheactualexplora ̄tiondata.Theexperimentalresultsaccuratelyandobjectivelyreflectthecomplexstratigraphicgeologicalconditionswithinthestudyarea.Thispaperstudiesthe3Dgeologicalmodelꎬanalyzestheengineeringgeologicalconditionsofstudyareaandpotentialrisksofconstructionprocessꎬandproposesriskmanagementandcontrolmeasuresꎬwhichcanprovidescientificde ̄cision-makingbasisforbuildingdesignꎬconstructionandriskpreventionandcontrolꎬandhasahighpromotionvalue.Keywords:3Dgeologicalmodelingꎻgeotechnicalengineeringsurveyꎻprofileanalysisꎻevocationanalysisꎻengineer ̄inggeology802。
基于ArcGIS的钻孔三维层序——构造可视化建模李吉之;孙丽娜【摘要】以廊坊市为例,收集和利用廊坊市区范围的工程地质、水文地质、城市建设等约200~300个场地钴孔资料,通过层序地层分层法、数据处理、三维钻孔数据库建立及三维空间拟合,采用ESRI公司的ArcGIS软件进行第四系三维地层构造建模和可视化分析.【期刊名称】《城市地质》【年(卷),期】2009(004)004【总页数】3页(P17-19)【关键词】第四系地层;ArcGIS;三维建模【作者】李吉之;孙丽娜【作者单位】扬州环境资源职业技术学院资源科学系,江苏扬州,225127;河北省地震局,河北石家庄,050021【正文语种】中文【中图分类】TP319近年来,全球又进入了地震高发期,印尼海啸、印巴地震、四川5.12地震等给局部地区造成了巨灾。
廊坊市位于华北平原沉降带的二级构造区之冀中坳陷北部。
从区域上看,廊坊市位于张家口—蓬莱地震构造带附近,距张家口—蓬莱地震构造带上的小震密集带南侧边缘约50km,距华北平原地震构造带的小震密集带的西侧约50km。
1679年9月2日曾发生三河—平谷8级大震,这次地震曾对廊坊市产生Ⅸ度的影响。
因此,进行活断层探测及地震危险性评价有其重要意义。
本文利用三维建模技术和廊坊市钻孔数据,结合ArcGIS地理信息系统软件对廊坊市第四系地质进行三维构造模拟,获得廊坊市第四系底部空间结构图,直观的分析地质构造背景,对城市规划、生命线工程的建设和地震安全性评价都有一定的意义。
层序地层是地层学的一个新分支学科。
层序地层的出现标志着人们对地层形成和成因认识达到了新的水平。
经历了从传统地层学对地层的“一维”剖面描述→瓦尔特相律、岩石地层穿时、沉积体系的“二维”认识→沉积层序和沉积体系域配置的“三维”认识3个阶段。
层序就是由相对整合的、连续的、成因上有联系的地层组成的地层单元,其顶、底界以不整合面或与之可以对比的整合面为界的一套地层组合。
基于MultiPatch的三维地层建模方法胡小彭;余学祥;刘星【摘要】地层的三维可视化能够形象明确的表达出地质构造情况.常用的三维建模软件不具备属性信息,本文采用了ArcGIS提供的三维要素类型MultiPatch来存储和管理三维地层属性信息,并介绍了生成MultiPatch数据的一种方法.【期刊名称】《城市勘测》【年(卷),期】2010(000)006【总页数】3页(P174-176)【关键词】ArcGIS;MultiPatch;三维地层【作者】胡小彭;余学祥;刘星【作者单位】安徽理工大学,地球与环境学院,安徽,淮南,232001;安徽理工大学,地球与环境学院,安徽,淮南,232001;安徽理工大学,地球与环境学院,安徽,淮南,232001【正文语种】中文【中图分类】P628.4地质构造是城市建设、煤矿开采、地下工程等的重要决策依据。
目前,随着信息技术的进步,三维的地质可视化技术也越来越多的在相关领域得到了应用。
国内外的三维建模软件也很多,但也有着不同的优缺点。
利用OpenGL、DirectX等进行底层开发,涉及大量的三维图形学及其算法方面的知识,而且工作量大,要求开发人员具有很强的专业能力。
专业的三维建模软件虽然能建立较好的三维模型,但绘制出的图形不具备属性信息;GIS软件虽然具备属性信息,但不便于建立复杂的三维模型。
本文采用ArcGIS提供的3D扩展模块以及辅助三维建模软件Google SketchUp来显示及制作矿区的三维地质图。
ArcGIS 3D扩展模块的核心是ArcScene的应用以及ArcGIS Engine提供的SceneControl组件,基于它可以对多层三维数据图进行显示、观察以及属性的查询,还可以开发出用户需求的系统。
MultiPatch是ArcGIS软件提供的一种三维要素类型,用于描述3D面状的几何类型。
MultiPatch Features是一种描述三维面状要素的几何类型,与shape文件中的Point Features、Polygon Features和Line Features相似。
ArcGIS在数字矿山中的应用分析摘要:ArcGIS技术,使用三维地质建模及可视化技术,在数字矿山中的应用已经相当普遍,成为数字矿山中的关键技术。
本文对ArcGIS在数字矿山信息平台中的具体应用进行了详细论述,与业界共同探讨数字矿山的课题。
关键词:ArcGIS技术;数字矿山;应用分析信息技术在改变这我们生活的同时,也给各行各业带来挑战和机遇,在矿业领域。
矿产资源的不可再生性要求人类的对资源进行查找、评估、监测的时候必须采用高度精确的方法和高度负责的态度去解决开采问题。
既要利用能源为人类的发展服务,又要注意保护环境,防止资源的破坏。
ArcGIS在数字矿山理念下应运而生,为节能减排,创建环境友好型采矿工作提供了很好的技术支撑。
一、ArcGIS概述1、ArcGIS利用计算机图形学、图像处理等学科,将图像、数据形成视觉图形进行研究。
这是一门研究数据的交叉学科,包括了处理分析学、操作学等很多学科领域。
传统的计算机图形学要求以面和边等基元来描述物体。
但ArcGIS三维数据场可视化技术是通过三维基元来进行描述。
能够将矿床内部结构的全部信息以三维的形式详尽地描述。
2、ArcGIS有两类算法:面绘制是使用ArcGIS构造出曲面或者平面,由传统的计算机图形学技术来进行绘制。
直接体绘制是将曲面和平面直接显示在屏幕上,属于二维图像。
二、数字矿山概述数字矿山作为地球数字化的一个重要组成部分,是以真实的矿山为原型,根据地质勘察的来的数据,运用数字技术、计算机技术等,将数值输入到软件中加以分析,利用网络技术和矿山观测技术,对真实矿山构造的模拟仿真呈现。
在数字矿山中,矿山资源、生产进程等都进入到了自动动态技术系统中,这个系统可以实现动态监测、进程管理等辅助性决策。
矿山的样貌、地理位置、地形地貌、地质和内部结构得到数字化再现。
数字矿山运用到的是网络、可视化、数字化、虚拟仿真等技术。
在矿山寻找、矿产评估、开采规划、安全管理、决策生成等方面形成了新的技术平台比提供参考数据[1]。
GIS三维分析三维分析一、目的DEM是对地形地貌的一种数字表达,是对地面特性进行空间描述的一种数字方法、途径,它的应用可遍及整个地学领域。
通过对本实习,我们应:1、加深对DEM建立过程的原理、方法的认识;2、熟练掌握ARCGIS中建立DEM、TIN的技术方法。
3、结合实际、掌握应用DEM解决地学空间分析问题的能力。
二、实验准备1、软件准备:ArcGIS2、数据准备:Elev_clip.shp,Elevpt_clip.shp、Boundary.shp、移动基站.shp;三、实验内容三维分析扩展模块的装入:Customize→Extensions→3D Analyst本实验中3D分析参数设置:1、DEM及TIN的建立1.1 由矢量数据建立TIN(1)【ArcToolbox】-【3D Analysis Tools】-【Data Management】-【TIN】-【Create TIN】,分别选择Elevpt_clip.shp和Elev_clip.shp生成TIN,并比较结果;1.2 由TIN建立DEM【ArcToolbox】-【3D Analysis Tools】-【Conversion】-【From TIN】-【TIN to Raster】,分别选择tin_Elevpt和tin_Elev生成Grid格式的DEM,并比较结果;1.3 由矢量数据建立DEM【ArcToolbox】-【3D Analysis Tools】-【Raster Interpolation】选择Elevpt.shp,利用IDW、Kriging、Natural Neighbor、Spline数据内插方法生成Grid格式的DEM;2.DEM的应用基于ArcGIS的地形因子的提取,均是基于DEM的基础上的。
由于由线生成的TIN再转化得到的DEM(tin_elev)精度更高,故后续的DEM应用均采用该数据进行。
ArcGIS中的DEM分析利用【ArcToolbox】-【3D Analysis Tools】-【Raster Surface】完成;2.1地形指标的提取(1)坡度Slope地面上某点的坡度表示了地表面在该点的倾斜程度,坡度定义为水平面与地形面之间夹角的正切值。
城市地下管网三维建模技术一、城市地下管网三维建模技术概述城市地下管网是现代城市基础设施的重要组成部分,包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信等多种管线。
随着城市化进程的加快,地下管网的规模和复杂性日益增加,传统的二维平面管理方式已经难以满足现代城市管理的需求。
因此,城市地下管网三维建模技术应运而生,它能够为地下管网提供更为直观、精确的管理和维护手段。
1.1 城市地下管网三维建模技术的定义城市地下管网三维建模技术是指利用计算机辅助设计(CAD)、地理信息系统(GIS)和三维建模软件等工具,将城市地下管网的物理形态和属性信息转化为三维数字模型的技术。
这种技术能够实现对地下管网空间结构、属性信息和运行状态的全面可视化和动态模拟。
1.2 城市地下管网三维建模技术的应用价值城市地下管网三维建模技术的应用价值主要体现在以下几个方面:- 提高地下管网管理的效率和准确性,减少因信息不明确导致的施工事故。
- 优化地下管网的规划和设计,实现资源的合理分配和利用。
- 支持应急响应和灾害管理,快速定位问题管网,制定有效的应对措施。
- 促进城市可持续发展,通过精确的管网信息支持绿色建设和节能减排。
二、城市地下管网三维建模技术的关键技术2.1 三维数据采集技术三维数据采集是城市地下管网三维建模的基础。
它包括地面测量、地下探测和属性信息收集等多个环节。
地面测量主要通过卫星遥感、无人机航拍等技术获取地形地貌数据;地下探测则利用地质雷达、声纳探测等手段探测地下管线的位置和深度;属性信息收集则涉及管线材质、直径、使用年限等数据的收集。
2.2 三维建模软件三维建模软件是实现城市地下管网三维建模的关键工具。
这些软件具备强大的数据处理和图形渲染能力,能够将采集到的数据转化为三维模型。
常见的三维建模软件包括Autodesk 3ds Max、Maya、Revit等,它们支持多种数据格式,可以与GIS系统无缝对接。
2.3 地理信息系统(GIS)GIS在城市地下管网三维建模中扮演着核心角色。
一、三维地质建模的用途1.1 三维地质建模在资源勘探和开发中的重要性三维地质建模是利用计算机软件对地质数据进行处理和分析,将地质信息以三维模型的方式呈现出来。
这种技术不仅可以帮助地质学家和地质工程师更直观地理解地质情况,还可以为资源勘探和开发提供重要的决策依据。
通过三维地质建模,可以更加准确地确定矿藏的分布、构造地质体的形状和空间分布等重要信息,为资源勘探和开发提供可靠的地质依据。
1.2 三维地质建模在工程地质中的应用除了在资源勘探和开发领域,三维地质建模也在工程地质领域有着重要的应用价值。
在土木工程、岩土工程、地下工程等领域,三维地质建模可以帮助工程师更好地理解地下地质情况,预测地质灾害风险,设计合理的工程方案,提高工程施工的安全性和效率。
1.3 三维地质建模在地质科学研究中的意义在地质科学研究领域,利用三维地质建模技术可以更好地模拟地质过程、研究地质现象,为科学家提供更加直观、可靠的研究工具,推动地质学科的发展。
二、三维地质建模的现状2.1 技术发展随着计算机技术和地球科学领域的不断进步,三维地质建模技术得到了快速发展。
目前,已经出现了一系列成熟的地质建模软件,这些软件能够处理各种地质数据,实现从二维数据到三维模型的转换,为地质建模提供了强大的工具支持。
2.2 应用广泛三维地质建模技术已经在资源勘探、矿产开发、地质灾害预测、工程设计等领域得到了广泛的应用。
许多重大的地质工程项目都离不开三维地质建模技术的支持,这种技术已经成为地质领域必不可少的工具。
2.3 存在问题目前,三维地质建模技术仍然存在一些问题,比如数据质量不高、模型精度不够、计算效率低等。
这些问题制约了该技术在实际应用中的效果和范围,需要进一步的研究和改进。
三、三维地质建模面临的问题3.1 数据获取难题地质数据的获取一直是三维地质建模的难点之一。
地质数据涉及到多个学科领域,涵盖了地质勘探、地球物理勘探、地球化学勘探等多个方面,如何整合这些数据并且确保其准确性是一个重大挑战。