大型水利水电工程地质信息三维建模与分析研究

【摘要】： 工程地质是工程建设的基础,处于高山峡谷中的水利水电工程区域往往地质条件恶劣、地质构造复杂、地质信息众多,给工程勘测、设计与施工建设等各方面带来极大的困难;传统二维、静态的地质处理分析方式已难以满足工程地质师和设计人员的实际需求。本文针对多源地质数据的耦合分析、地质体的复杂性、信息量大、分析要求高、模型的可靠性及其快速更新修改等难点,融合水利水电工程科学、工程地质学、数学地质学、计算机科学和系统工程等多个交叉学科的先进理论技术,提出了实现水利水电工程地质信息三维建模与分析的理论方法,主要获得了以下四项研究成果: (1)提出了面向水利水电工程地质信息的混合数据结构。针对水利水电工程地质信息的自身特点和分析要求,提出了以非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Splines, NURBS)结构为主、结合不规则三角网(Triangular Irregular Network, TIN)模型和边界表示(Boundary Representation, BRep)结构三种基于面表示的混合数据结构,为解决地质体复杂、模型数据量大与地质分析要求高之间的矛盾提供了基础支持。 (2)提出了耦合多源数据的水利水电工程地质信息三维统一模型的构建方法。对各种来源的地质数据进行耦合解析,保证了所有有效信息成为建模可利用的数据,并采用自动化手段构建数据库驱动建模模式;以面向对象的分类思想,基于混合数据结构实现了地质对象的拟合构造建模和人工对象建模,提供可供选择的建模机制;从几何性、构造合理性、原始数据精度和反馈信息四个方面进行模型可靠性分析,确保模型解释符合真实情况;对地质、人工对象模型进行布尔运算构建水利水电工程地质信息三维统一模型,并能快速耦合新的数据实现模型的及时更新。 (3)提出了基于三维统一模型的水利水电工程地质信息分析应用技术。在水利水电工程地质三维统一模型的基础上,提出了包括岩体质量可视化分级建模、三维模型任意剖切分析、大坝和地下工程地质分析等分析应用技术,为分析复杂地质条件下水利水电工程勘测、设计与施工中的地质问题提供了有力的技术手段。 (4)研制开发了水利水电工程地质信息三维建模与分析软件系统。基于上述所提出的理论方法和技术,结合工程实践,研制开发了相应的软件系统(VisualGeo),它是将理论技术用于解决工程实际问题的技术平台。 以雅砻江锦屏一级水电工程为主要实例,对上述理论技术、方法和软件平台进行了完整、系统地应用研究,有效地提高了其工程勘测、设计与施工的信息化管理水平和效率。