巖土工程地質(zhì)災害防治技術（Word）

1、石家莊鐵道大學研究生課程論文培養(yǎng)單位: 土木工程系 學科專業(yè): 巖土工程 課程名稱: 任課教師: 學生姓名: 學 號: 研究生學院巖土工程地質(zhì)災害防治技術蔣振中（1.石家莊鐵道大學，河北石家莊市 050043）照片尺寸為20mm*30mm；最好不用紅色背景摘 要：巖土工程地質(zhì)災害防治技術是巖土工程的重要組成部分之一，它包括處理各種巖土工程問題有關的各種技術方法所特有的勘察、設計、施工與檢測全部內(nèi)容。處理對象通常有地基的加固處理、邊坡坍塌處理、環(huán)境巖土工程問題。隨著我國各種資源開發(fā)和工程建設活動等人類工程活動的力度普遍增大，給我國本就十分脆弱的地質(zhì)環(huán)境帶來了巨大的壓力，地質(zhì)災害嚴重危害到人民生命

2、財產(chǎn)安全，破壞各種工程設施和社會財產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟損失，嚴重影響到我國的可持續(xù)發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計，我國地質(zhì)災害的頻度和規(guī)模有逐年增加的趨勢。因此，巖土工程地質(zhì)災害防治技術必須要更進一步，新的具有創(chuàng)造力的災害防治技術值得被研究和運用。關鍵詞：巖土工程；地質(zhì)災害 ；防治措施 ；防治新技術；巖土工程師要求中圖分類號：U418.5+6 文獻標識碼：A 文章編號： Prevention and control technology of geotechnical engineering geological hazardJiangZhenzhong(Shijiazhuang Tiedao University

3、, Shijiazhuang Hebei China, 050043)Abstract：Geotechnical engineering geological disaster prevention and control technology is an important part of the geotechnical engineering, the entire contents of survey, design and construction and detection of specific it includes processing all kinds of geotec

4、hnical engineering problems related to various technical methods. The treatment object usually has the foundation reinforcement treatment, the slope collapse treatment, the environmental geotechnical engineering problem. Generally increases with the development of various engineering activities of h

5、uman resources of our country and construction activities such as strength, to this fragile geological environment has brought tremendous pressure, geological disasters, serious harm to peoples lives and property safety, destruction of various engineering facilities and social property, causing huge

6、 economic losses, seriously affect the sustainable development. In China, according to statistics, the frequency and scale of geological disasters in China is increasing year by year. Therefore, the prevention and control technology of geotechnical engineering geological disasters must be further, a

7、nd the new disaster prevention and control technology is worthy of being studied and applied.Key words：Geotechnical engineering; Geologic hazard; Control measures; New control technology; Geotechnical engineer requirements1引言自20世紀80年代末，90年代初，我國產(chǎn)生了一個新的學科地質(zhì)工程學。地質(zhì)工程學，是研究與解決從規(guī)劃到竣工乃至工程運行后效的全過程的與地質(zhì)有關的工程問題

8、的科學。而工程地質(zhì)是地質(zhì)學的一個分支，是研究與工程建設有關地質(zhì)問題的科學。工程地質(zhì)學的產(chǎn)生源于土木工程的需要，其本質(zhì)是一門應用科學；巖土工程是土木工程的一個分支，其本質(zhì)是一門工程技術。從事工程地質(zhì)的是地質(zhì)專家（地質(zhì)師），側重于研究地質(zhì)現(xiàn)象、地質(zhì)成因和演化、地質(zhì)規(guī)律、地質(zhì)與工程的相互作用；從事巖土工程的是工程師，關心的是如何根據(jù)工程目標和地質(zhì)條件，建造滿足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分，解決工程建設中的巖土技術問題。因此，無論學科領域、工作內(nèi)容、關心的問題，兩者都是有區(qū)別的。但是，工程地質(zhì)與巖土工程的關系又非常密切。有人說，工程地質(zhì)是巖土工程的基礎，巖土工程是工程地質(zhì)的延伸，雖然不一定十

9、分確切，但有一定道理。巖土工程師面臨的巖土材料，無論性能和結構，都是自然形成，都是經(jīng)過了漫長的地質(zhì)歷史，是多種復雜地質(zhì)作用下的產(chǎn)物。對巖土的性能和結構，只能通過勘察來查明，而又不能完全查明。一些關鍵性的問題，需根據(jù)地質(zhì)規(guī)律推測或預測。尤其在地質(zhì)構造復雜的山區(qū)，有經(jīng)驗的工程地質(zhì)學家，通過地面調(diào)查，就可大致判斷地質(zhì)構造的輪廓，利用物探、鉆探、槽井探等，由粗而細，由淺而深，構造出工程地質(zhì)模型。沒有地質(zhì)學基礎，哪能識別斷層？哪能識別軟夾層和結構面的空間分布？哪能說清地下水的賦存和運動規(guī)律？如果要開挖隧道，哪些地段會冒頂？哪些地段會突水？在地質(zhì)復雜地區(qū)，離開了工程地質(zhì)專家，土木工程寸步難行。把地質(zhì)體乃至

10、地質(zhì)環(huán)境作為工程系統(tǒng)的組成部分來對待，這顯然符合大系統(tǒng)工程學的思想，它包含巖土工程和地質(zhì)災害防治工程兩個方面，但以后者對其特點的反映更為深刻。巖土工程是指工程建設中涉及巖土體的開挖與加固；地質(zhì)災害防治工程是對自然或人為作用產(chǎn)生的有害地質(zhì)現(xiàn)象進行防范與防治。后者包含了更全面地對地質(zhì)生態(tài)環(huán)境合理開發(fā)與管理的思想。地質(zhì)災害是指由于自然因素或者人為活動引發(fā)的危害人民生命財產(chǎn)安全或使人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境、資源發(fā)生嚴重破壞的地質(zhì)現(xiàn)象。地質(zhì)災害防治條例規(guī)定，地質(zhì)災害包括山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等災害。在我國，大多數(shù)地質(zhì)災害現(xiàn)象都是人為因素引發(fā)的，據(jù)有關資料統(tǒng)計，近年來我國每年因

11、地質(zhì)災害造成的經(jīng)濟損失約占各種自然災害的1/4至1/5，因此，減少或制止破壞生態(tài)環(huán)境行為、及時采取地質(zhì)災害預防和防治措施，按照以防為主，防治結合，全面規(guī)劃，綜合治理的原則進行，這是我國當前減少災害損失的首要途徑。2地質(zhì)災害防治措施2.1我國地質(zhì)災害的特征與危害由于我國地理位置獨特，地質(zhì)構造復雜，地球生態(tài)環(huán)境多變，加之人口眾多的農(nóng)業(yè)大國，經(jīng)濟較落后，承災能力弱，所有這些疊加在一起，形成災害類型多、分布廣、頻度高、強度大、影響面寬、損失嚴重的格局。據(jù)資料統(tǒng)計分析，崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂縫等種類的地質(zhì)災害在我國十分發(fā)育。其中崩塌、滑坡、泥石流的分布范圍約占國土面積的50%，其中

12、以西南、西北地區(qū)最為嚴重。2.1.1 我國地震災害分布如下圖1 我國地震分布圖由圖1中可看到我國地震分布特點是東少西多，地質(zhì)構造特點是以105E為界分為東西兩部分。中國西部地區(qū)是世界上大陸地震最活躍、最強烈和最密集的地區(qū)。環(huán)太平洋地震帶對我國臺灣及其附近海域影響最大。華北區(qū)、臺灣地區(qū)地震多發(fā)的成因是該區(qū)處在亞歐板塊與太平洋板塊的交界帶。地殼活動強烈。西南地區(qū)地震、滑坡、泥石流多發(fā)的成因是由于印度洋板塊和亞歐板塊的擠壓碰撞。地質(zhì)災害可分兩大類：第一類主要是由自然因素引起的地質(zhì)環(huán)境問題，又稱第一環(huán)境問題，屬自然地質(zhì)災害；這些災害不以人類 HYPERLINK /lishi/ 歷史的發(fā)展為轉(zhuǎn)移；第二類

13、主要是由人為活動引發(fā)的地質(zhì)災害，稱第二環(huán)境問題，屬人為地質(zhì)災害。這些災害常隨社會經(jīng)濟的發(fā)展而日益增加，據(jù)地質(zhì)災害成因分析，全國50%以上的地質(zhì)災害發(fā)生的主要原因是人類行為，尤其是人類不合理地大量挖掘能源所造成的。2.1.2滑坡滑坡是指斜坡上的土體或巖體，受河流沖刷、地下水活動、地震、人工切坡等因素的影響，沿著一定的軟弱面或軟弱帶，整體地或分散地順坡向下滑動的自然現(xiàn)象。A：原斜坡剖面；D：滑坡后的剖面；E：滑動面圖2 滑坡示意圖2.1.3滑坡的誘因：地表水的沖刷、浸泡； = 2 * GB3 降雨和融雪； = 3 * GB3 地震； = 4 * GB3 河流等地表水體對斜坡坡腳的不斷沖刷； = 5

14、 * GB3 開挖坡腳； = 6 * GB3 蓄水排水； = 7 * GB3 堆填加載； = 8 * GB3 劈山放炮，亂砍亂伐。滑坡發(fā)生的 HYPERLINK / 規(guī)律： 下列地帶是滑坡的易發(fā)和多發(fā)地區(qū)： = 1 * GB3 江、河、湖(水庫)、溝的岸坡地帶，地形高差大的峽谷地區(qū)，山區(qū)鐵路、公路、工程建筑物的邊坡等。 = 2 * GB3 地質(zhì)構造帶之中，如斷裂帶、地震帶等。 = 3 * GB3 易滑(坡)巖、土分布區(qū)。 = 4 * GB3 暴雨多發(fā)區(qū)及異常的強降雨區(qū)。2.1.4泥石流泥石流是由于降水(暴雨、冰川、積雪融化水)產(chǎn)生在溝谷或山坡上的一種挾帶大量泥砂、石塊和巨礫等固體物質(zhì)的特殊洪流

15、，是高濃度的固體和液體的混合顆粒流。泥石流的誘因： = 1 * GB3 不合理開挖； = 2 * GB3 不合理的棄土、棄渣、棄石； = 3 * GB3 濫伐亂墾。圖3 我國泥石流與滑坡分布圖2.1.5 崩塌陡坡上被直立裂縫分割的巖土體，因根部空虛，折斷壓碎或局部移滑，失去穩(wěn)定，突然脫離母體向下傾倒、翻滾，堆積在坡腳(或溝谷)的地質(zhì)現(xiàn)象稱為崩塌。崩塌的誘因： = 1 * GB3 采掘礦產(chǎn)資源； = 2 * GB3 道路工程開挖邊坡； = 3 * GB3 水庫蓄水與渠道滲漏； = 4 * GB3 堆(棄)渣填土； = 5 * GB3 強烈振動。2.1.6地面變形在地質(zhì)災害研究中，把地面沉降、地面

16、塌陷和地裂縫統(tǒng)稱為地面變形地質(zhì)災害。它是指在一定的自然條件和人為因素作用下，地下一定范圍內(nèi)的巖土體壓縮、位移等活動，引起的地面下沉、塌落、開裂，對工程設施、城鄉(xiāng)環(huán)境以及人民生命財產(chǎn)造成危害的現(xiàn)象。地面沉降、地面塌陷、地裂縫除共同表現(xiàn)為地殼表面形態(tài)發(fā)生嚴重破壞外，還有一些其他方面的相似特征：在形成條件方面，雖然都受多種動力條件控制，但過量抽取地下水經(jīng)常是它們形成的重要原因；在分布特征方面，城鎮(zhèn)、工廠、礦區(qū)、鐵路沿線是這些災害的多發(fā)區(qū)。 造成中國城鎮(zhèn)地面塌陷原因有三：一是不合理地大量開采地下礦產(chǎn)資源引起的塌陷；二是表面巖溶活動引起的塌陷；三是大量抽取地下水引起地面下沉。地面塌陷發(fā)生的規(guī)律： = 1

17、 * GB3 巖溶強烈發(fā)育的純可溶巖分布地帶或沿其與非可溶巖的接觸地帶； = 2 * GB3 沿可溶巖中的斷裂帶或主要裂隙交匯破碎帶，巖層劇烈轉(zhuǎn)折、破碎的地帶； = 3 * GB3 松散蓋層較薄且以砂石為主，其底部粘性土層缺失或甚薄(一般不足1-2米)的“天窗”地段； = 4 * GB3 巖溶地下水的主逕流帶或巖溶管道上； = 5 * GB3 具有潛水和巖溶水雙層含水層分布地帶； = 6 * GB3 巖溶地下水的排泄區(qū)； = 7 * GB3 巖沉吟地下水位在基巖面上下頻繁波動的地帶，或受排水影響強烈的降落漏斗中心及近側地段； = 8 * GB3 臨近河、湖、塘地表水體的近岸地帶； = 9 *

18、GB3 巖溶地下水位埋藏較淺的低洼地帶。2.1.7人為地質(zhì)災害的危險性分析人為地質(zhì)災害的危險性分析又稱地質(zhì)災害災變評價。在查清地質(zhì)災害活動歷史、形成條件、變化規(guī)律與發(fā)展趨勢的基礎上，進行危險性評價。主要是對地質(zhì)災害活動程度和危害能力的分析評判。反映地質(zhì)災害活動程度的基本指標是地質(zhì)災害的活動強度(或活動規(guī)模)、活動頻次(或地質(zhì)災害的發(fā)展速率)、活動范圍以及延續(xù)時間等。不同地質(zhì)災害的具體指標不同：如崩塌、滑坡等地質(zhì)災害活動程度指標為災害體體積和一定時問內(nèi)災害發(fā)生的頻次；地面沉降、海水人侵等累進性地質(zhì)災害為災害范圍、強度(地面沉降的累計沉降量、海水入侵的氯離子含量等)、發(fā)展速率。反映地質(zhì)災害危害能力

19、的基本標志是地質(zhì)災害事件的危害范圍與危害強度；對于一個地區(qū)來說，則是不同強度危害區(qū)的分布情況。地質(zhì)災害危險性分為歷史災害危險性和潛在災害危險性。歷史災害危險性是指已經(jīng)發(fā)生的地質(zhì)災害的危險性，通過對歷史災害的調(diào)查分析確定。潛在災害危險性是指那些可能發(fā)生的地質(zhì)災害的危險性，在調(diào)查歷史地質(zhì)災害規(guī)律和地質(zhì)災害活動條件的基礎上分析確定。通過地質(zhì)災害危險性評價，確定地質(zhì)災害活動參數(shù)，圈定地質(zhì)災害危害范圍，劃分危害強度，編制地質(zhì)災害危險性分區(qū)圖。其目的是為評價地質(zhì)災害破壞損失程度以及規(guī)劃、部署、實施地質(zhì)災害防治工作提供科學依據(jù)。 人工誘發(fā)地質(zhì)災害的特點如下：一是誘發(fā)速度快。在自然地質(zhì)演化及氣候變化過程中，巖

20、體由相對穩(wěn)定至不穩(wěn)定的變化，經(jīng)歷長時間過程。而人工因素誘發(fā)下，就大大地縮短了自然演化時間，加速巖土體的巖性變化，而導致突變?yōu)碾y的發(fā)生，并造成更大的損失。二是誘發(fā)災害面廣。自然地質(zhì)災害的發(fā)生，除了特大災害之外，一般其危害性有一定的局限性，在人工因素誘發(fā)下，其危害性就具有更大的影響面。例如由于生物資源森林的破壞，工程的大規(guī)模開挖，影響的是區(qū)域性環(huán)境惡化，誘發(fā)區(qū)域性旱澇災害，以至引發(fā)全球性荒漠化。人類活動產(chǎn)生的升溫效應，對氣候及地質(zhì)災害誘發(fā)作用的影響也是全球性的。三是災害損失巨大，除了地震之外，人工誘發(fā)的地質(zhì)災害所造成的損失是嚴重的。隨著經(jīng)濟建設的發(fā)展，人工誘發(fā)地質(zhì)災害所造成的損失，仍會不斷增加，目

21、前估計地質(zhì)災害損失每年約500億元，而受到威脅的就是這些數(shù)據(jù)的數(shù)倍至數(shù)百倍。1998年洪災損失2000多億元，死亡1432人，其中不少損失是通過地質(zhì)災害而產(chǎn)生的。2. 2地質(zhì)災害防治工程的主要施工技術標準及防治措施22.2.1主要的施工技術標準 HYPERLINK /work/ 總結地質(zhì)災害防治工程的最大特點是隱蔽性(如抗滑樁)、復雜性(如抗滑樁+錨拉+擋板+冠梁)和多樣性(防治滑坡可采用樁，亦可采用擋土墻)，以地下工程施工為工藝特點，因此與地基與基礎工程和巖土工程具有十分相近或相同的工藝流程、施工工序和施工工法。涉及地質(zhì)災害防治工程施工的技術規(guī)范和標準主要有： = 1 * GB3 地質(zhì)災害防

22、治工程現(xiàn)行施工技術標準和規(guī)范，如滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范(DZ/T0218-2006)； = 2 * GB3 各類 HYPERLINK /gongxue/ 工業(yè)與民用和市政工程建設項目的地基與基礎、深基坑、高切坡、地基處理、基礎病害工程防治等所涉及的技術規(guī)范和標準均可 HYPERLINK / 參考使用，如建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50202-2002)； = 3 * GB3 各類水利水電工程的土石方、地基與基礎和巖土工程所涉及的技術規(guī)范和標準均可參考使用，如水電水利工程預應力錨索施工規(guī)范(DL/T5083-2004)； = 4 * GB3 各類 HYPERLINK /Traf

23、fic/ 交通建設中所涉及的邊坡、滑坡、危巖、塌陷和沉降等工程防治的相關技術標準和規(guī)范，如公路隧道施工技術規(guī)范)(JTJ042-94)。2.2.2地質(zhì)災害防治工程防治措施 = 1 * GB3 做好防治工程設計地質(zhì)災害防治工程設計，必須根據(jù)崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡的成因機制、運動模式、易發(fā)性及防治目標制定。首先根據(jù)致災的成因確定主要防治途徑；根據(jù)災害的易發(fā)程度、防治目標確定防治工程的強度和工程量。 = 2 * GB3 地質(zhì)災害防治工程的主要工程措施根據(jù)地質(zhì)災害防治工程勘查設計現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范，三峽庫區(qū)地質(zhì)災害防治工程質(zhì)量檢驗評定標準等技術標準及資料分析，國內(nèi)防治地質(zhì)災害的主要工程類型有：排(截)水工程

24、、支(攔)擋工程、加固工程、護坡工程、減載與壓腳工程及搬遷和避讓等。 = 3 * GB3 地質(zhì)災害防治措施總體來說措施有以下幾點： = 1 * roman i工程防治措施工程防治措施是防治地質(zhì)災害的重要組成部分，工程防治措施的適用條件及方式：大多數(shù)房后切坡造成的小型土質(zhì)滑坡，選用滑坡后緣地表排水、前緣支擋或削方減載護坡等工程措施較為適應；對于中型以上滑坡，應根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料選擇工程防治措施。 = 2 * roman ii生物防治措施生物防治措施是指植樹造林，種草護坡及合理耕牧。它具有應用范圍廣、投資省，能促進生態(tài)平衡，改善 HYPERLINK /lixue/ 自然環(huán)境條件，防治作用持續(xù)時間

25、長的特點，需較長時間才能發(fā)揮其效益。根據(jù)調(diào)查區(qū)地質(zhì)災害特點和自然 HYPERLINK /Economic/ 經(jīng)濟條件，泥石流區(qū)，地面塌陷區(qū)及水土流失區(qū)應采取封山育林，退耕還林等防治措施，減少地質(zhì)災害的發(fā)生和經(jīng)濟損失。 = 3 * roman iii避讓措施首先考慮雨天避讓措施。對災害隱患點和變形斜坡，采取雨天臨時避讓措施，各鎮(zhèn)在防災預案的基礎上編制安全轉(zhuǎn)移預案，雨天對受威脅戶一一作轉(zhuǎn)移地點安排。應根據(jù)就近原則、轉(zhuǎn)移地(接受戶)不受地質(zhì)災害或其它災害威脅的原則進行操作。再次為搬遷避讓措施。對一些危險性大、危害性嚴重的地質(zhì)災害，防治費用超過搬遷費用或再建房仍然受地質(zhì)災害威脅的，采用搬遷避讓措施。調(diào)

26、查區(qū)需搬遷避讓或已搬遷的災點。針對幾種我國常見地質(zhì)災害類別的防治措施2.2.3滑坡預防 = 1 * GB3 避開已存在的新老滑坡 = 2 * GB3 防止古老滑坡復活 = 1 * roman i不在滑坡上方作填方加載，不在其抗滑段作挖方削弱支撐力 = 2 * roman ii不在滑坡體上設易滲水建筑物 = 3 * roman iii嚴格管理生產(chǎn)生活用水不使其滲入滑體 = 4 * roman iv設置必要的防滑措施 = 5 * roman v有條件時改水田為旱田 = 3 * GB3 防止已變形滑坡大滑動造成災害 = 1 * roman i停止施工，加強監(jiān)測，防止災害 = 2 * roman ii

27、加強地表排水，夯填地表裂縫 = 3 * roman iii局部減重，前緣反壓和排地下水常是有效措施 = 4 * GB3 防止易滑坡地段發(fā)生滑坡 = 1 * roman i高邊坡地質(zhì)資料的勘察分析，地層巖性，坡體結構，易滑坡地層及其分布位置和性狀，地下水分布及出露位置 = 2 * roman ii可能發(fā)生的變形類型和規(guī)律分析 = 3 * roman iii合理的坡形、坡率、坡高及加固措施設計 = 4 * roman iv科學的施工方法和順序2.2.4泥石流的預防泥石流對鐵路、公路和航道、農(nóng)田、礦山的危害嚴重，泥石流形成的條件要有陡峭的，便于集水、堆積物的地形地貌，豐富的松散物質(zhì)，短時間內(nèi)有大量水

28、源?；谝陨咸卣鞣乐未胧┯?= 1 * GB3 生物措施：恢復地表植被，遲滯洪水，避免地表侵蝕 = 2 * GB3 工程措施：蓄水引水，支擋，攔擋泥石流，排導工程，儲淤工程2.2.5崩塌的預防：遮擋、攔截支擋、護坡、護墻、鑲補溝縫 、削坡、排水2.3地質(zhì)災害防治新技術（三維地質(zhì)成像技術）地質(zhì)工程復雜地質(zhì)體中的各種地質(zhì)信息，可以通過野外勘探實測或監(jiān)測儀器記錄獲得，但一般都是散亂數(shù)據(jù)，工程地質(zhì)工作者很難對其在工程巖土體中的分布規(guī)律有一個整體和直觀的把握。各種地質(zhì)信息，包括地形、地下水位、地層界面、斷層、節(jié)理、風化帶分布、侵入體及各種地球物理、地球化學、巖土體的物理力學參數(shù)或數(shù)據(jù)等值面(線)等，都可

29、以看作是三維空間中的函數(shù)，利用各種野外實測資料分別建立相應的曲面擬合函數(shù)，進而利用計算機建立三維地質(zhì)模型，達到直觀地表達地質(zhì)信息在工程巖土體中的分布規(guī)律、提高對地質(zhì)規(guī)律的認識、指導地質(zhì)工程項目的勘測施工及監(jiān)測的目的?，F(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)(GIS)主要表達二維地表地物的圖形和屬性信息，要擴展到真三維包含地下地質(zhì)結構的地質(zhì)信息系統(tǒng)還有差距。一個大型地質(zhì)工程項目從可行性研究階段、初步設計階段到詳細設計階段，乃至到工程運行期的管理與監(jiān)測，建設周期長，往往積累了大量的地質(zhì)資料，用三維模型圖形圖像來表達、解釋和管理如此龐大的資料比光靠數(shù)據(jù)庫和圖表圖紙等常規(guī)手段來得有效得多。建立地質(zhì)工程復雜地質(zhì)體的三維模型，

30、處理巖層界面與結構面組合關系，逼真反映地下地質(zhì)結構全貌，將為地質(zhì)工程工作者分析研究工程地質(zhì)現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)掌握巖土體結構規(guī)律提供一種嶄新的研究手段和研究方法。2.3.1國內(nèi)外研究與開發(fā)現(xiàn)狀加拿大阿波羅科技集團公司開發(fā)的MicroLYNX三維地質(zhì)建模與分析軟件系統(tǒng)，通過對離散點采樣、鉆探采樣和探槽采樣等空間數(shù)據(jù)的處理，產(chǎn)生Section（剖面）模型、Volume（體）模型、Polygon（多邊形）模型、Block（塊）模型、Grid（層狀）模型 和Surface（面）模型。利用Section模型計算礦藏儲量、構造復雜地質(zhì)體、礦井、巷道等地面和地下采礦建筑設施。利用Volume模型對地質(zhì)體進行任意方向切

31、割，從而表達任意復雜程度的地質(zhì)體。Polygon模型可直接由采樣點數(shù)據(jù)生成，Block模型用于確定礦藏分布和等級變化。而Gemcom Software 桌面系統(tǒng)集成了開放數(shù)據(jù)庫、多種應用程序、無線技術和網(wǎng)絡商業(yè)化智能系統(tǒng)，為用戶提供高級的決策支持手段，能夠規(guī)劃、管理和監(jiān)督采礦生產(chǎn)，減少采礦風險和降低成本，是新一代采礦工程企業(yè)級解決方案。Gemcom 軟件通過鉆孔、點、多邊形等數(shù)據(jù)，利用大量實用的圖形編輯和生成工具，顯示鉆孔孔位分布，運用不規(guī)則三角網(wǎng)建立Surface(表面)和Solid(實體)模型，運用多義線圈閉巖層和礦體邊界進行儲量和品位分析，提供了交互操作功能并允許用戶根據(jù)自己的經(jīng)驗和專家

32、知識勾畫地質(zhì)模型，實現(xiàn)任意剖面切割任意角度觀察和實體與實體或?qū)嶓w與表面的交切與布爾運算等。 在國內(nèi)TITAN三維建模軟件是由北京東方泰坦科技有限公司開發(fā)的TITAN地學綜合信息系統(tǒng)中的一個組件，是基于框架建模的思想研制開發(fā)而成的，利用平行或基本平行的剖面數(shù)據(jù)建立起三維空間任意復雜形狀物體的真三維實體模型。TITAN三維建模軟件的組成部分有： = 1 * GB3 剖面數(shù)據(jù)處理模塊，建立剖面數(shù)據(jù)，為建立三維實體模型提供由一系列平行的剖面組成的框架數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)剖面由多邊形、環(huán)和點元素組成； = 2 * GB3 對應關系處理模塊，建立剖面之間、多邊形之間、環(huán)之間和點之間的對應關系，為建立三維實體模型提供

33、剖面間的一一對應關系，從而建立建模元素之間在三維空間中的聯(lián)系； = 3 * GB3 模型處理模塊，建立實體模型，用剖面數(shù)據(jù)和剖面間的對應關系建立起三維實體模型，并且可以對模型進行任意切割、計算面積和體積的處理。此軟件只是三維建模與圖形處理的引擎，適用面廣泛。2.3.2地質(zhì)工程復雜地質(zhì)體三維建模和可視化的原理 = 1 * GB3 離散數(shù)據(jù)的插值與擬合地質(zhì)信息的插值和擬合函數(shù)要根據(jù)實際勘測數(shù)據(jù)建立，實測數(shù)據(jù)越豐富精確，得到的地質(zhì)模型越能夠真實描繪出這些信息的空間分布規(guī)律。對于不同的地質(zhì)信息，需采用不同的擬合函數(shù)。地表地形測量數(shù)據(jù)(X坐標、Y坐標和地表高程Z)、地下水位埋深測量信息(地下水位測點地表

34、X坐標、Y坐標和水位埋深h)等的曲面圖形生成可歸結為雙自變量離散數(shù)據(jù)的插值和擬合。空間曲面插值函數(shù)有以下構造方法，如與距離成反比的加權方法(Shepard 方法)，徑向基函數(shù)插值法(Multiquadric方法)4，平面彈性理論插值法 5等，它們同樣適用于單個連續(xù)地層界面、地球物理勘探數(shù)據(jù)、地球化學勘探數(shù)據(jù)以及巖土體物理力學參數(shù)在地質(zhì)體空間的分布。圖4 通過離散數(shù)據(jù)的徑向基函數(shù)插值法繪制的地表曲面。 = 2 * GB3 三維數(shù)據(jù)結構 地質(zhì)工程地質(zhì)體一般是不規(guī)則形體，在計算機圖形學中曲線和曲面總是分別通過很多微小直線段和微小三角面逼近，來模擬地層巖性界線和巖層曲面，即巖層界面（地表曲線、地下水位

35、面等地質(zhì)層面界線）和巖層曲面都分別是許多微小直線段和微小三角面的集合。這就要求必須具備有效的分層的三維數(shù)據(jù)結構，比如地質(zhì)工程地質(zhì)體空間中的點由三位坐標分量表示，微小直線段由其兩個端點組成，地質(zhì)層面界線由所有屬于該邊界的微小直線段組成，而巖層曲面由微小三角面組成。有效的三維數(shù)據(jù)結構能夠確保人機交互和查詢的實現(xiàn)。 = 3 * GB3 曲面求交 地質(zhì)體中存在大量各種層面，包括地表、地下水位面、地層層面等，當出現(xiàn)地層不整合、地層尖滅和地下水出露于河谷地表等情形時，就自然會遇到曲面間求交的問題；地質(zhì)體三維模型的上部邊界是地表曲面，通過數(shù)學方法擬合出的巖層面或地下水位面不應超出地表曲面，即超出部分不應顯示

36、。同樣的，當顯示多層地層時，下面的每一巖層應以其上一巖層為邊界。因此，為了可視化地層界面必須要解決地層面與地表或其他地層面的求交問題。另一方面，在剖面圖成圖時，地質(zhì)界線的繪制是通過顯示剖面(平面)與各種地質(zhì)界面(曲面)求交所得出的交線。因此曲面求交包括地質(zhì)界面之間的相交和地質(zhì)界面與剖面的相交兩類問題。 = 4 * GB3 三維拓撲結構分析 從地質(zhì)學角度看，拓撲是地質(zhì)對象間關系的表格，拓撲表存儲層位間上覆、下伏和交切等的地層學關系及地質(zhì)空間位置關系。拓撲也可視為允許這些地質(zhì)關系合理儲存的數(shù)據(jù)結構。例如，考慮多層地層，上一個巖層的底面和與其相鄰的下一個巖層的頂面是上下巖層這兩個實體的公共部分或共享

37、邊界，它們之間的拓撲關系就是相鄰和同一的關系，在存儲數(shù)據(jù)時只存儲上一個巖層的底面或其相鄰的下一個巖層的頂面，即相鄰巖層的邊界曲面可以存為一個地層曲面，大大減少數(shù)據(jù)存儲量。評價地質(zhì)模型系統(tǒng)的優(yōu)缺點往往決定于描述地質(zhì)對象所的拓撲結6。 = 5 * GB3 可視化技術地質(zhì)工程復雜地質(zhì)體可視化是利用計算機技術將工程勘測獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為形象直觀便于進行交互分析的地下地質(zhì)結構空間形態(tài)的立體圖和剖面圖形，其基礎是工程數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)的可視化。利用可視化技術可以從龐大的勘測數(shù)據(jù)中構造出對于邊坡穩(wěn)定性和地下硐室變形破壞等起關鍵作用的巖層和結構面，并顯示其范圍、走向和相互交切關系，幫助工程地質(zhì)人員對原始數(shù)據(jù)做出正確

38、解釋，繼而為工程地質(zhì)分析提供決策支持。圖6是通過離散地表地形測量數(shù)據(jù)的插值計算并用不同顏色表達高程的差異達到山巒起伏和河流侵蝕切割山地形成河谷的狀態(tài)的可視化7。圖5 山巒起伏和河流侵蝕切割山地形成河谷的狀態(tài)的可視化。2.3.3復雜地質(zhì)體三維建模與可視化技術的初步開發(fā)與應用 = 1 * roman i工程勘測空間數(shù)據(jù)庫管理工程勘測空間數(shù)據(jù)庫在收集整理現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)后錄入各分項數(shù)據(jù)表，這些數(shù)據(jù)表不僅包括地質(zhì)信息的位置數(shù)據(jù)，更重要的是提供屬性數(shù)據(jù)。以地層巖性數(shù)據(jù)表為例，要求錄入鉆孔編號、巖層起始深度、巖層終止深度、層厚、巖性（地層名稱）、地層代碼（地層年代）、巖層走向、巖層傾向、巖層傾角、接觸關系、地質(zhì)描述等數(shù)據(jù)。隨著工程勘測的進展，能夠方便地修改補充和管理勘測數(shù)據(jù)。 = 2 * roman ii三維地質(zhì)立體圖利用向家壩某壩址區(qū)工程勘測數(shù)據(jù)，建立了壩址區(qū)右岸三維立體地質(zhì)圖。該壩址區(qū)自上而下地層巖性組合為：第四系崩坡積物，侏羅系泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，三疊系上統(tǒng)厚至巨厚層狀細至中粒砂巖，三疊系上統(tǒng)薄至中厚層狀粉細紗巖、粉砂巖，三疊系上統(tǒng)中厚至厚層狀中粗砂巖。通過有限的工程勘測數(shù)據(jù)得出的立體圖，能夠較好地滿足工程地質(zhì)的精度。圖6 向家壩某壩址區(qū)右岸三維地質(zhì)圖2.3.4三維地質(zhì)成像技術的意義建立地質(zhì)工程復雜地質(zhì)體的三維模型與可視