數(shù)字地下空間與工程三維地質(zhì)建模及應(yīng)用研究.pdf

1、三維地質(zhì)模型能夠清晰的表達(dá)地質(zhì)體的空間分布、空間關(guān)系及屬性特征等，已廣泛應(yīng)用于能源、礦山、城市地下空間和交通隧道等領(lǐng)域。隨著應(yīng)用的深入，對(duì)建立研究區(qū)域三維地質(zhì)模型的需求越來(lái)越旺盛，需要對(duì)三維地質(zhì)建模方法進(jìn)行深入研究；現(xiàn)有的地質(zhì)建模方法沒(méi)有考慮研究區(qū)域的場(chǎng)地特征和數(shù)據(jù)特征，本文則從這兩方面考慮了地質(zhì)建模的層次性：對(duì)于簡(jiǎn)單地質(zhì)條件則適應(yīng)于鉆孔地質(zhì)建模方法，對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件則適應(yīng)于剖面地質(zhì)建模或多源地質(zhì)建模方法?；诖?，本文的主要研究?jī)?nèi)容有如

2、下方面： 1．建立以地質(zhì)采樣為約束條件的地質(zhì)建模體系框架三維地質(zhì)建模是三維地學(xué)模擬系統(tǒng)的核心內(nèi)容，在數(shù)字地下空間與工程框架下將地下空間分為地質(zhì)對(duì)象和工程對(duì)象。重點(diǎn)研究地質(zhì)對(duì)象，分別從幾何特征、空間特征和數(shù)據(jù)特征做了系統(tǒng)分析，認(rèn)為認(rèn)知地下空間的重要手段是地質(zhì)采樣，建立了以地質(zhì)采用為約束條件的地質(zhì)建模體系框架。 2．發(fā)展并完善基于鉆孔數(shù)據(jù)的地質(zhì)建模方法鉆孔數(shù)據(jù)是最直觀、準(zhǔn)確和詳細(xì)的地質(zhì)信息，基于鉆孔數(shù)據(jù)建立三維地質(zhì)模型，一直

3、是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文將鉆孔地質(zhì)建?？偨Y(jié)為兩個(gè)核心步驟：一是基于Delaunay構(gòu)網(wǎng)確立鉆孔之間的拓?fù)潢P(guān)系，二是鉆孔地層之間連接關(guān)系推理。一般的基于鉆孔數(shù)據(jù)建模僅是利用原始鉆孔生成三維地質(zhì)模型，由于成本高昂，數(shù)據(jù)量較少，所建地質(zhì)模型粗糙，可視化效果差。通過(guò)插入適當(dāng)數(shù)量的虛擬鉆孔可實(shí)現(xiàn)地質(zhì)模型的細(xì)化，本文提出用Delaunay細(xì)分三角剖分來(lái)確定虛擬鉆孔的插入位置，用自然鄰接方法生成虛擬鉆孔實(shí)體。并利用自然鄰接實(shí)現(xiàn)對(duì)地層尖滅的進(jìn)一步處理，

4、使其更加符合實(shí)際。 3．基于地質(zhì)剖面的地質(zhì)建模方法鉆孔建模方法通常適應(yīng)于簡(jiǎn)單地質(zhì)條件區(qū)域，針對(duì)這一特點(diǎn)，著重研究了基于剖面的地質(zhì)建模方法，該方法適合復(fù)雜層狀地質(zhì)構(gòu)造場(chǎng)地。首先研究序列剖面建模的一般原理，接著對(duì)地質(zhì)剖面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將其分為三個(gè)層次，即地層線、地層塊和層。利用最小多邊形自動(dòng)搜索算法實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)的快速處理，使其構(gòu)成剖面建模的基本單元，也即地層塊或?qū)印Ｈ缓?，討論了輪廓線三維表面重構(gòu)算法，通過(guò)施加強(qiáng)約束條件改進(jìn)了最

5、小對(duì)角線算法，避免了輪廓線之間的錯(cuò)誤連接。最后，利用改進(jìn)的輪廓線表面重構(gòu)算法，研究了斷層和褶皺構(gòu)造的三維地質(zhì)建模方法。 4．多源地質(zhì)建模方法實(shí)際工程中，地質(zhì)信息通常是由多種類型的，除地質(zhì)測(cè)繪信息、鉆孔、剖面之外，還有施工開(kāi)挖所形成的地質(zhì)素描等信息，這些信息同樣能對(duì)地質(zhì)模型起到約束作用，能夠使地質(zhì)模型得到進(jìn)一步精細(xì)化。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)源的分析，確立一套多源地質(zhì)建模方法，對(duì)其中所涉及到的如層面裁剪和斷層錯(cuò)動(dòng)以及層面插值方法做了研究。