三维统一几何模型的建立

基于上述自然地质对象和人工对象分类建立的几何模型,主要采用实体构造技术和三维几何对象的任意布尔切割算法,全面考虑各部分对象之间的相互协调关系,完整地构建研究区域内工程地质的三维统一几何模型。以锦屏一级工程为例,其模型建立的主要过程如下:

(1)建立地层几何模型。在三维地质模型中,地层结构体属于定义局限对象,在模型中处于主体地位,在地质历史过程中是早期形成的,是各种地质构造的作用对象,因此首先需要建立起工程区域的三维地层模型。以基于NURBS地形面和界定范围而构成的地形轮廓体[图5.26(a)]为对象,利用每一地层结构体的上下地质界面对其作面与体间的布尔切割运算,注意选择正确的曲面切割方向,即可得到相应完整连续的地层结构体。所有的地层结构体汇总到一起形成一个集合,建立初始三维地层几何模型,如图5.26(b)所示。(www.xing528.com)

(2)建立地质几何模型。由于地质体结构空间的不连续性、不均匀性和不确定性,实际地质内部的结构关系非常复杂,不仅包括以岩性为要素的不同地层,还包括对地层形成破坏的断层、岩脉侵入体、错动带、深裂缝等软弱结构。因此以上一步建立起来的三维地层几何模型为对象,利用已构造而成的其他构造地质结构体对其进行体与体间的布尔差运算,并将这些不同构造的部分与被破坏的地层结构体按相应的空间位置关系正确地组合起来。这样就由各类地质结构体及其拓扑关系建立了能客观真实地反映工程区域内地质条件情况的三维地质几何模型,如图5.26(c)所示,图中隐藏了部分地质结构体的参数网格。

(3)构建统一的工程地质模型。地质实体是水利水电工程建设的基本载体,必须将工程建筑物与三维地质模型统一起来,提供与工程密切相关的地质信息和地质分析,才能真正地为工程建设服务。以三维地质几何模型为对象,利用工程建筑物模型对地质模型进行操作运算,既有面与体之间的切割运算,如大坝建基面开挖对地表地质体的剖切;也有体与体之间的布尔差运算,如地下洞室群、钻孔、平硐等对内部地质体的挖除。经过一系列的图形运算,最后建立起统一的三维工程地质模型,如图5.26(d)所示,为了清楚地看到开挖的地下洞室情况,图5.26(d)隐藏了所有地质结构体的参数网格。该模型能够同时反映地质信息和在真实地质条件下工程建筑物未来的建设状况,为水利水电工程设计与施工优化提供有效的帮助。