CN106097445A - 一种新型三维地层曲面的绘制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型三维地层曲面的绘制方法，其特征在于包括如下步骤：1)把工程现场分为相互独立的若干区域，分区的原则为根据工程地质条件相似或相近的基本原则进行；以避免不相关的数据干扰；2)根据工程分区进行钻孔并统计钻孔数据，在统计钻孔数据时忽略钻探数据中的特殊地质体；通过工程物探和钻探方法共同确定地层尖灭点的位置，生成虚拟钻孔；3)形成钻孔模型；4)把钻孔数据作为确定性插值条件，虚拟钻孔作为不确定性插值条件，确定地层插值数据和结果；5)生成三维地质模型；6)实时生成虚拟钻孔数据，获取该点和面岩土体分布数据，绘制形成三维地层曲面。本发明具有三维数据充足、误差小和效率高等突出的有益效果。

Description

一种新型三维地层曲面的绘制方法

技术领域

本发明涉及一种新型三维地层曲面的绘制方法，适用于工程勘察的地层分布确定，为基坑支护、地基基础设计提供数据。属于工程勘探技术领域。

技术背景

确定地层分布是工程勘察的重要内容，也是基坑支护、地基基础确定的重要条件。现技术中，地层分布一般可根据钻孔点的数据确定，但由于钻孔点数量有限，其它非钻孔部位一般采用插值方法进行数据补充，形成完整的地层分布曲线或地层分布曲面。

目前，工程勘察中的地层分布往往为二维数据，主要根据钻孔数据，使用直线或者样条曲线(一般为三阶样条曲线)进行连线插值，确定地层剖面曲线。用此方法绘制的地层剖面曲线仅仅为地层曲面的示意图，与实际地层相差较大，往往不能符合岩土工程勘察设计需要。并且，二维的地层剖面图局限性较大，在进行设计过程中，需要设计人员通过想象来弥补其二维数据的不足，存在工作量大、效率低和误差大的缺陷。有人采用反距离加权法进行地层插值，以弥补其二维数据的不足，得到较为相符的地层数据。但这种地层插值法存在三维数据不足、中心权重过大、容易导致“牛眼”和误差大的问题。

因此，需要开发一种新的三维地层绘制的新方法，以生成三维地层模型，从而解决现有岩土工程设计、施工中存在三维数据不足、中心权重过大、容易导致“牛眼”和误差大的问题。

发明内容

本发明的目的，是为了解决现有岩土工程设计、施工中存在三维数据不足、中心权重过大、容易导致“牛眼”和误差大的问题，提供一种新型三维地层曲面的绘制方法。具有三维数据充足、误差小和效率高等特点。解决了工程设计、施工过程中地层分层及地质形态的问题。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种新型三维地层曲面的绘制方法，其特征在于包括如下步骤：

1)进行工程分区

把工程现场分为相互独立的若干区域，分区的原则为根据工程地质条件相似或相近的基本原则进行；以避免不相关的数据干扰；

2)进行钻孔及钻孔数据处理

2-1)根据工程分区进行钻孔并统计钻孔数据，在统计钻孔数据时，忽略钻探数据中的特殊地质体，包括岩土体空洞、孤石；

2-2)通过工程物探和钻探方法共同确定地层尖灭点的位置，生成虚拟钻孔；

2-3)采用二级编码形式将钻探数据进行统一编码，以把钻孔数据和虚拟钻孔数据转化为可用计算机直接编程分析的数据；

3)形成钻孔模型

通过计算机编程，把步骤2)形成的钻孔数据和虚拟钻孔数据转化为可为Autodesk3D max软件地质模块识别的数据格式；把所述的钻孔数据和虚拟钻孔数据同时导入到Autodesk 3D max软件中，生成钻孔模型；

4)确定地层插值

把钻孔数据作为确定性插值条件，虚拟钻孔作为不确定性插值条件，确定地层插值数据和结果；

5)生成三维地质模型

5-1)分析各点各岩土层高程数据的概率特性，选取变差函数，计算其目标函数；

5-2)计算及拟合实验变差函数；

5-3)输出步骤4)确定的地层插值数据和结果，并将其输入Autodesk 3D max软件中，生成三维地质模型；

6)绘制形成三维地层曲面

6-1)通过工程物探方法和钻探方法共同确定岩土中的空洞、孤石等特殊地质体，通过布尔运算把岩土体空洞、孤石等特殊地质体信息输入三维地质模型中；

6-2)在需要地层数据的点和面，实时生成虚拟钻孔数据，获取该点和面岩土体分布数据，绘制形成三维地层曲面。

本发明的目的还可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，步骤2-2)中所述生成虚拟钻孔，是指通过工程物探和钻探方法共同确定地层尖灭点的位置，并在该位置自动生成虚拟钻孔。

进一步地，步骤3)所述生成钻孔模型，是指通过工程物探方法和钻探方法共同确定岩土中的空洞、孤石等特殊地质体，通过布尔运算在三维地质模型中生成特殊地质体；在任何需要地层数据的点和面，实时生成虚拟钻孔数据，获取该点和面岩土体分布数据。

进一步地，步骤3)中所述的计算机编程，是指使用Excel软件和Excel VBA进行编程。

进一步地，步骤4)中确定地层插值，是指通过改进的克里金插值方法进行地层连线确定的地层插值。

进一步地，步骤5-2)计算及拟合实验变差函数是指通过遗传算法拟合实验变差函数。

本发明具有如下突出的有益效果：

本发明根据地质类别把场地分区，各分区间数据独立、不相互影响；首先忽略岩土体空洞、孤石等特殊地质体的数据，通过Excel表格进行钻孔数据向三维地层数据转化，并分析数据特征；通过工程物探和钻探方法共同确定地层尖灭点的位置，并在该位置自动生成虚拟钻孔，通过钻孔和虚拟钻孔数据生成三维地质模型；通过工程物探方法和钻探方法共同确定岩土中的空洞、孤石等特殊地质体，通过布尔运算在三维地质模型中生成特殊地质体；根据需要实时生成虚拟钻孔数据，获取该点和面岩土体分布数据，绘制形成三维地层曲面；因此能够解决现有岩土工程设计、施工中存在三维数据不足、中心权重过大、容易导致“牛眼”和误差大的问题，具有三维数据充足、误差小和效率高等突出的有益效果,可广泛应用于工程设计和施工。

附图说明

图1是三维地层绘图实施步骤算流程图。

具体实施方式

具体实施案例1：

本实施例涉及的新型三维地层曲面的绘制方法，其特征在于包括如下步骤：

1)进行工程分区

把工程现场分为相互独立的若干区域，分区的原则为根据工程地质条件相似或相近的基本原则进行；以避免不相关的数据干扰；

2)进行钻孔及钻孔数据处理

2-1)根据工程分区进行钻孔并统计钻孔数据，在统计钻孔数据时，忽略钻探数据中的特殊地质体，包括岩土体空洞、孤石；

2-2)通过工程物探和钻探方法共同确定地层尖灭点的位置，生成虚拟钻孔；

2-3)采用二级编码形式将钻探数据进行统一编码，以把钻孔数据和虚拟钻孔数据转化为可用计算机直接编程分析的数据；

3)形成钻孔模型

通过计算机编程，把步骤2)形成的钻孔数据和虚拟钻孔数据转化为可为Autodesk3D max软件地质模块识别的数据格式；把所述的钻孔数据和虚拟钻孔数据同时导入到Autodesk 3D max软件中，生成钻孔模型；

4)确定地层插值

把钻孔数据作为确定性插值条件，虚拟钻孔作为不确定性插值条件，确定地层插值数据和结果；

5)生成三维地质模型

5-1)分析各点各岩土层高程数据的概率特性，选取变差函数，计算其目标函数；

5-2)根据所述变差函数和目标函数形成计算及拟合实验变差函数；

5-3)输出步骤4)确定的地层插值数据和结果，并将地层插值数据和结果输入Autodesk 3D max软件中，自动生成三维地质模型；

6)绘制形成三维地层曲面

6-1)通过工程物探方法和钻探方法共同确定岩土中的空洞、孤石等特殊地质体，通过布尔运算把岩土体空洞、孤石等特殊地质体信息输入三维地质模型中；

6-2)在需要地层数据的点和面，实时生成虚拟钻孔数据，获取该点和面岩土体分布数据，绘制形成三维地层曲面。

本发实施例中：

步骤2-2)中所述生成虚拟钻孔，是指通过工程物探和钻探方法共同确定地层尖灭点的位置，并在该位置自动生成虚拟钻孔。

步骤3)所述生成钻孔模型，是指通过工程物探方法和钻探方法共同确定岩土中的空洞、孤石等特殊地质体，通过布尔运算在三维地质模型中生成特殊地质体；在任何需要地层数据的点和面，实时生成虚拟钻孔数据，获取该点和面岩土体分布数据。

步骤3)中所述的计算机编程，是指使用Excel软件和Excel VBA进行编程。

步骤4)中确定地层插值，是指通过改进的克里金插值方法进行地层连线确定的地层插值。所述改进的克里金插值方法，是指把钻孔数据作为确定性插值条件，虚拟钻孔作为不确定性插值条件，分析各点各岩土层高程数据的概率特性，选取变差函数，计算其目标函数；计算实验变差函数及通过遗传算法拟合实验变差函数，确定的地层插值。

步骤5-2)计算及拟合实验变差函数是指通过遗传算法拟合实验变差函数。

所述变差函数为常规技术所采用的变差函数，所述目标函数是根据本领域常规技术计算得到的目标函数，所述布尔运算是常规技术的布尔运算，所述三维地质模型是指常规技术的三维地质模型。

具体应用案例：

本实施例应用于选取某岩溶地区工程。

选取某岩溶地区工程，通过三维地层绘制新方法实施三维地质建模，通过如下步骤实现：

1)工程分区及钻探数据整理

为了避免不相关的数据干扰，首先根据工程地质环境和钻探结果进行工程分区，把工程现场分为相互独立的若干区域。分区的原则为根据工程地质条件相似或相近的基本原则进行；

2)钻孔数据转换

①忽略钻探数据中的岩土体中的土洞、溶洞、孤石等特殊地质体；

②通过工程物探方法得出各地质分层界面图，同时把钻探数据确定的地层类型和深度数据合并到物探方法得出的地层分界面图中。在地层分界面图中，由地层曲线延伸、交汇得出地层尖灭点(即各地层交汇、突变点)的位置。在地层尖灭点处，根据地层数据生成虚拟钻孔；

③把钻孔数据和虚拟钻孔数据转化为可用计算机直接编程分析的数据。采用二级编码形式将钻探数据进行统一编码、分析；

3)钻孔模型生成

①使用Excel软件和Excel VBA进行编程，把钻孔数据和虚拟钻孔数据转化为可为Autodesk 3D max软件地质模块识别的ags数据格式文件；

②ags数据格式文件通过Autodesk 3D max软件扩展的地质模块导入到Autodesk3D max软件中，在Autodesk 3D max软件生成地质钻孔模型；

4)改进克里金插值

①把钻孔数据作为确定性插值条件，虚拟钻孔作为不确定性插值条件，分析各点各岩土层高程数据的概率特性，选取变差函数，计算其目标函数；

②计算实验变差函数；

③通过遗传算法拟合实验变差函数；

④输出地层数据的克里金插值结果，并同样将插值后的地层数据转换为ags数据格式，并通过软件扩展的地质模块将其输入Autodesk 3D max软件中；

5)地质模型和地层数据生成

①生成三维地质模型；

②通过工程物探方法和钻探方法共同确定的岩土中的土洞、溶洞、孤石等特殊地质体，通过布尔运算将其信息输入三维地质模型中。

③在任何需要地层数据的点和面，实时生成虚拟钻孔数据，获取该点和面岩土体分布数据，绘制形成三维地层曲面，可服务于后续的工程设计和施工。

在工程地质勘察中，钻探点一般来说是较为准确的已知点，根据钻探数据，采用确定性的插值方法进行地层插值可得到较为相符的地层数据。现有技术中，确定性插值方法一般包括：反距离加权法、最小二乘法和克里金方法等。一般来说，基于“地理学第一定律”的基本假设：空间位置上越靠近的点，具有相似特征值的可能性越大；而距离越远的点，其具有相似特征值的可能性越小。反距离插值算法由于已知点附近数值对周围数值影响较大(中心权重过大)，容易导致“牛眼”出现，导致误差(因为不一定就是已知点附近产生集中的)。为了克服这个问题，本发明通过建立与已知点方差一致的点进行插值(改进克里金插值法)。可在岩土工程三维设计中推广使用。

Claims (4)

1.一种新型三维地层曲面的绘制方法，其特征在于包括如下步骤：

1)进行工程分区

把工程现场分为相互独立的若干区域，分区的原则为根据工程地质条件相似或相近的基本原则进行；以避免不相关的数据干扰；

2)进行钻孔及钻孔数据处理

2-1)根据工程分区进行钻孔并统计钻孔数据，在统计钻孔数据时，忽略钻探数据中的特殊地质体，包括岩土体空洞、孤石；

2-2)通过工程物探和钻探方法共同确定地层尖灭点的位置，生成虚拟钻孔；

2-3)采用二级编码形式将钻探数据进行统一编码，以把钻孔数据和虚拟钻孔数据转化为可用计算机直接编程分析的数据；

3)形成钻孔模型

通过计算机编程，把步骤2)形成的钻孔数据和虚拟钻孔数据转化为可为Autodesk3Dmax软件地质模块识别的数据格式；把所述的钻孔数据和虚拟钻孔数据同时导入到Autodesk 3D max软件中，生成钻孔模型；

4)确定地层插值

把钻孔数据作为确定性插值条件，虚拟钻孔作为不确定性插值条件，确定地层插值数据和结果；

5)生成三维地质模型

5-1)分析各点各岩土层高程数据的概率特性，选取变差函数，计算其目标函数；

5-2)根据所述变差函数和目标函数形成计算及拟合实验变差函数；

5-3)输出步骤4)确定的地层插值数据和结果，并将地层插值数据和结果输入Autodesk3D max软件中，自动生成三维地质模型；

6)绘制形成三维地层曲面

6-1)通过工程物探方法和钻探方法共同确定岩土中的空洞、孤石等特殊地质体，通过布尔运算把岩土体空洞、孤石等特殊地质体信息输入三维地质模型中；

6-2)在需要地层数据的点和面，实时生成虚拟钻孔数据，获取该点和面岩土体分布数据，绘制形成三维地层曲面。

2.根据权利要求1所述的一种新型三维地层曲面的绘制方法，其特征在于：步骤2-2)中所述生成虚拟钻孔，是指通过工程物探和钻探方法共同确定地层尖灭点的位置，并在该位置自动生成虚拟钻孔。

3.根据权利要求1所述的一种新型三维地层曲面的绘制方法，其特征在于：步骤3)所述生成钻孔模型，是指通过工程物探方法和钻探方法共同确定岩土中的空洞、孤石等特殊地质体，通过布尔运算在三维地质模型中生成特殊地质体；在任何需要地层数据的点和面，实时生成虚拟钻孔数据，获取该点和面岩土体分布数据。

4.根据权利要求1所述的一种新型三维地层曲面的绘制方法，其特征在于：步骤4)中确定地层插值，是指通过改进的克里金插值方法进行地层连线确定的地层插值。