水利水电工程地质三维建模与分析

综合前述各节分析及其实现,结合大量的工程实践,笔者提出了基于三维地质模型的水利水电工程勘测、设计与施工三维一体化的体系结构,如彩图6.12所示。

该体系结构以工程地质三维统一模型为中心,将地质勘探、地质解释、地质剖面出图、岩体质量可视化分级、建基面设计优化、基础处理分析、填挖方量分析、建筑物相关地质剖切分析、枢纽建筑物布置与优化设计、基于地下洞室地质模型的施工动态分析、施工决策与信息反馈等涉及地质勘测分析、水工/施工设计与施工管理多个专业多方面的内容关联起来,形成了一个较为完整的一体化结构,具体可从以下3个部分加以阐述:

(1)地质勘测与分析。原始地质勘测资料和二维地质解释数据是建立并修改、更新三维地质模型的主要来源;反过来,三维地质模型又为进一步的地质勘探提供了优化布置和模拟对比的技术平台,提高了勘探质量,同时可自动生成大量的二维地质剖面图,结合地质工程师的专业知识和经验,可得到更符合实际情况的地质分析成果,提高地质分析的水平与效率。(www.xing528.com)

(2)水工/施工设计。在枢纽建筑物布置、设计方案与三维地质模型耦合形成的工程地质三维统一模型的基础上,建立岩体质量分级三维模型,进而可以进行建基面开挖模拟、基础处理分析、填挖量计算、地下工程岩体质量分析以及建筑物相关地质剖切分析。通过这些分析,又可以为设计人员进一步校核、优化、修改设计提供直观的必要信息和三维地质环境。而且,笔者还努力实现三维地质建模与稳定数值计算的耦合分析,为地质结构体、大坝建筑物和地下建筑物等的稳定分析提供精确的三维地质模型,将使稳定计算的边界条件更符合实际地质情况,提高其稳定分析的可靠性,这也将进一步加深三维地质模型与工程设计之间的联系。

(3)实际施工管理。地下工程开挖施工是一个典型的应用实例,与地质的关系非常密切。基于设计方案和三维地质模型,可以进行地下洞室群的地质开挖模拟,获得相应的地质模型和宏观的超前预报分析信息,并可与动态仿真相结合,进行施工全过程动态分析,为实际施工管理和决策制定提供科学的技术手段。同时,实际施工开挖得到的地质信息可以反馈回来对地质模型进行修正,为下一步的施工决策提供更为可靠的地质信息。