水利水电工程地质三维建模分析的内容及意义

建立三维地质模型的目的是为了更加准确快速地进行工程地质分析,进而为工程设计和施工建设服务。虽然本书第5章构建完成的三维地质模型已经能够全方位、动态地显示(旋转、平移、放大、缩小等),且采用“层次化”和“即用即得”操作方式,可按需要显示单个地质体,在一定程度上能够表达地质实体的整体轮廓、空间位置关系及其厚度属性等信息,然而,这些并未完全满足研究复杂地质条件对工程影响分析的需要,地质工程师和设计施工人员需要在此模型的基础上能够获得更多对工程建筑物设计和施工有用的地质信息和操作,能够真正做到对水利水电工程优化设计与快速施工提供有效的技术支持。在实现三维地质建模的基础上,根据实际需要进行水利水电工程地质分析主要包含以下几点内容:

(1)岩体质量可视化分级与建模。岩体质量分级是评价岩体工程地质条件的重要手段,其目的是为查明各级岩体的工程特性提供基础,达到为工程设计提供定量指标,并起到工程地质专业与设计专业间交流和沟通的桥梁作用。因此,根据水利水电工程区岩体结构特征和岩级分类原则,基于所建立的三维地质模型,按岩体质量分级类别构建相应的三维岩级模型,可使工程师更加直观地理解岩体的好坏情况,并指导工程设计。岩体质量分级三维模型也将是下述地质分析的重要对象。

(2)三维模型的任意剖切地质分析。对于整个工程区域内的地质条件往往难以全局把握,地质工程师需要对地质体各个不同剖面方向的地质特征进行综合研究与多角度认识,而设计人员则希望能够准确直观地看到主要建筑物附近的岩体质量情况。因此,实现对三维地质模型和岩级分类模型的任意方向、任意位置、任意深度的实时剖切分析,可使不同专业的工作者都能观察到地质实体内部结构、空间特征和变化规律,并能直观地理解岩体质量对工程的影响状况。此外,目前工程师们大都更习惯于查看和利用二维CAD图,而在传统绘图过程中,一个地质工作者仅绘制一个剖面图就需要长达一个星期的时间,效率极低,而且还无法适应设计人员的变化,所以在获得三维剖切图的基础上自动高效地生成规范的二维CAD图就显得非常必要。

(3)大坝工程地质分析与优化设计。在水利水电工程地质研究中,所有的地质勘探和分析计算工作都是为工程的设计和施工服务,为工程建筑物的合理性和安全性提供基础数据,因此不能脱离工程去分析研究纯粹的地质体或地质现象。大坝工程是水利水电工程建设中的主体工程,大坝建基面的合理选择和坝基、坝肩处理等都与坝区地质条件和岩体质量有着密切的关系,因此针对大坝工程进行地质填挖处理分析,不仅可以清楚地认识大坝所处的具体岩体条件和处理措施效果,而且可通过对不同的坝型和建基面方案提供地质方面的决策依据,有利于大坝工程的优化设计。(www.xing528.com)

(4)地下工程地质分析、优化设计与快速施工。地下工程主要是指将水电站厂房布置在地下的水利水电工程中的地下洞室群,也包括导流洞、泄洪洞等地下建筑物。显然,这些地下工程的设计与施工离不开对所在区域地质情况的清楚认识和分析,而这一点往往是难以把握的。因此,根据设计人员设计出的各种地下工程方案,在已有的三维地质模型或岩级模型中进行开挖模拟,可以快速获得各方案客观的地质评价,辅助调整并优化方案设计;对于已确定的方案,可以结合施工情况对模型进行反馈更新,进一步为地下工程施工提供宏观的地质预测,提高施工效率。

(5)其他常用地质分析。主要包括一些工程实际中常用但较小的分析手段和技术,如地质结构面面积计算、开挖工程量体积计算、地质界面等值线自动生成等。

本章将在阐述理论研究方法的基础上,仍以锦屏一级水电工程作为实例,对各部分地质分析进行实践操作,以便更好地理解与应用。