CN112435334A - 一种任意地层覆盖层厚度的计算方法、系统及介质 - Google Patents

一种任意地层覆盖层厚度的计算方法、系统及介质 Download PDF

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王海东
姜命强
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Abstract

本发明公开了一种任意地层覆盖层厚度的计算方法、系统及介质,本发明包括根据地勘数据建立关于地层的三维地质模型;将需要计算地层覆盖层厚度的位置坐标导入所述三维地质模型,计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离作为该位置坐标的地层覆盖层厚度。本发明能基于地勘数据快速准确地建立三维地质模型,精度高、速度快,可在施工过程中实时添加新增的钻孔勘探点,实时模型动态修改,利用已知的勘探点插值分析计算任意未知部位的地层厚度,具有计算速度快、准确性较高、图形直观、数值准确、能够避免人为计算错误等优势,对岩石基础施工、桩基础施工等工程的精细化施工有着极大的意义。

Description

一种任意地层覆盖层厚度的计算方法、系统及介质
技术领域
本发明涉及地质工程领域,具体涉及一种任意地层覆盖层厚度的计算方法、系统及介质,可应用于工程勘探、桩基础施工、岩石基础施工等领域。
背景技术
在基础处理工程等地下工程施工过程中,地勘资料是地下设计、施工的重要指导性文件,其地层剖面图是其主要内容之一。目前,国内地层剖面图通常均采用构造图,其绘制数据来源主要依赖于实际钻孔资料。该项方法计算获得的地层覆盖层厚度在钻孔间距较小时,具有较高的准确性,但是,当钻孔间距较大时,为保证设计依托的数据的准确性,往往会对勘探钻孔进行加密,如重新绘制地层剖面图,费时费力,且通过该手段绘制的剖面图仅能体现钻探孔与钻探孔之间的地层起伏变化,不方便计算在勘探孔连线以外位置的地层情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题:针对现有技术的上述问题,提供一种任意地层覆盖层厚度的计算方法、系统及介质,本发明能基于地勘数据快速准确地建立三维地质模型,精度高、速度快,可在施工过程中实时添加新增的钻孔勘探点,实时模型动态修改,利用已知的勘探点插值分析计算任意未知部位的地层厚度,具有计算速度快、准确性较高、图形直观、数值准确、能够避免人为计算错误等优势,对岩石基础施工、桩基础施工等工程的精细化施工有着极大的意义。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种任意地层覆盖层厚度的计算方法,包括:
1)根据地勘数据建立关于地层的三维地质模型;
2)将需要计算地层覆盖层厚度的位置坐标导入所述三维地质模型,计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离作为该位置坐标的地层覆盖层厚度。
可选地,步骤1)包括:
1.1)根据地勘资料的平面布置图提取各勘探孔的坐标以及地表高程,针对各勘探孔,分别根据地勘资料的勘探孔柱状图提取勘探孔揭露的各地层分层面高程,使得各勘探孔的坐标以及地表高程与其揭露的各地层分层面高程一一对应,形成地勘孔与各个地层分界面接触部位的点坐标;
1.2)将地勘孔与各个地层分界面接触部位的点坐标转换为三维的离散点,依次针对各地层的离散点,将离散点插值形成地层表面的地形曲面;
1.3)基于地层表面的地形曲面提取各个地层的曲面边界拉伸生成实体,以各地层表面为分界面对该实体进行切割,形成关于地层的三维地质模型。
可选地,步骤1.2)中将离散点插值形成地层表面的地形曲面的步骤包括:首先将离散点组合生成不规则的三角网格,然后由三角网格组成平滑曲面,从而形成地层表面的地形曲面。
可选地,步骤2)中计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离的步骤包括:首先将该位置坐标分别沿竖直方向投影至三维地质模型中各个地层表面上得到投影点;然后提取各个投影点的高程,计算各地层表面的投影点之间的垂直距离,从而得到各地层的覆盖层厚度。
可选地,步骤2)之后还包括确定桩基开孔位置距离持力层顶面的距离,并利用桩基开孔位置的地表点、在持力层顶面的投影点及桩基开孔的桩径生成桩基础模型的步骤。
可选地,所述生成桩基础模型时还包括导出地表点的三维坐标以及地表点距持力层的厚度的步骤。
可选地,步骤1)中根据地勘数据建立关于地层的三维地质模型,以及步骤2)中计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离作为该位置坐标的地层覆盖层厚度,均为基于BIM软件实现的。
此外,本实施例还提供一种任意地层覆盖层厚度的计算系统,包括相互连接的微处理器和存储器,该微处理器被编程或配置以执行所述任意地层覆盖层厚度的计算方法的步骤。
此外,本实施例还提供一种任意地层覆盖层厚度的计算系统,包括相互连接的微处理器和存储器,该存储器中存储有被编程或配置以执行所述任意地层覆盖层厚度的计算方法的计算机程序。
此外,本实施例还提供一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述任意地层覆盖层厚度的计算方法的计算机程序。
和现有技术相比,本发明具有下述优点:本发明包括根据地勘数据建立关于地层的三维地质模型;将需要计算地层覆盖层厚度的位置坐标导入所述三维地质模型,计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离作为该位置坐标的地层覆盖层厚度。本发明能基于地勘数据快速准确地建立三维地质模型,精度高、速度快,从导入数据到生成模型全过程约10-30分钟;本发明可在施工过程中实时添加新增的钻孔勘探点,以实现对三维地质模型的动态修改,利用本发明可实现提取地勘数据边界范围内任意一点以下的任意地层的覆盖层厚度,具有计算速度快、准确性较高、图形直观、数值准确、能够避免人为计算错误等优势,对岩石基础施工、桩基础施工等工程的精细化施工有着极大的意义。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例中读取excel文件的节点图。
图3是本发明实施例基于excel文件中笛卡尔坐标生成点图形的节点图。
图4是本发明实施例基于离散点生成地形及曲面的节点图。
图5是重复图4节点,建立多层地层表面模型的节点图。
图6是本发明实施例中计算钻孔开孔位置中心点沿钻孔方向到任意地层面的距离的节点图。
图7是本发明实施例中根据孔位与孔径生成钻孔模型的节点图。
图8是本发明实施例中给单个模型创建模型参数表的节点图。
图9是将本发明实施例中创建的模型导入至BIM软件的节点图。
图10是将本发明实施例中计算的距离等信息通过模型记录的节点图。
具体实施方式
如图1所示,本实施例中任意地层覆盖层厚度的计算方法包括:
1)根据地勘数据建立关于地层的三维地质模型;
2)将需要计算地层覆盖层厚度的位置坐标导入所述三维地质模型,计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离作为该位置坐标的地层覆盖层厚度。
参见图1,作为一种可选的实施方式,本实施例中步骤1)之前还包括地勘数据整理和导入的步骤,本实施例中整理后的地勘资料包括:
地勘资料的平面布置图,包括各勘探孔的坐标以及地表高程信息;
地勘资料的勘探孔柱状图,包含勘探孔揭露的各地层分层面高程信息。
本实施例中,步骤1)包括:
1.1)根据地勘资料的平面布置图提取各勘探孔的坐标以及地表高程,针对各勘探孔,分别根据地勘资料的勘探孔柱状图提取勘探孔揭露的各地层分层面高程,使得各勘探孔的坐标以及地表高程与其揭露的各地层分层面高程一一对应,形成地勘孔与各个地层分界面接触部位的点坐标;
1.2)将地勘孔与各个地层分界面接触部位的点坐标转换为三维的离散点,依次针对各地层的离散点,将离散点插值形成地层表面的地形曲面;
1.3)基于地层表面的地形曲面提取各个地层的曲面边界拉伸生成实体,以各地层表面为分界面对该实体进行切割,形成关于地层的三维地质模型。
本实施例中,步骤1.2)中将离散点插值形成地层表面的地形曲面的步骤包括:首先将离散点组合生成不规则的三角网格,然后由三角网格组成平滑曲面,从而形成地层表面的地形曲面。
本实施例中,步骤2)中计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离的步骤包括:首先将该位置坐标分别沿竖直方向投影至三维地质模型中各个地层表面上得到投影点;然后提取各个投影点的高程,计算各地层表面的投影点之间的垂直距离,从而得到各地层的覆盖层厚度。
作为一种可选的实施方式,面向某项目桩基础工程预估成孔深度的应用,本实施例步骤2)之后还包括确定桩基开孔位置距离持力层顶面的距离,并利用桩基开孔位置的地表点、在持力层顶面的投影点及桩基开孔的桩径生成桩基础模型的步骤。
作为一种可选的实施方式,本实施例中生成桩基础模型时还包括导出地表点的三维坐标以及地表点距持力层的厚度的步骤。
本实施例中,步骤1)中根据地勘数据建立关于地层的三维地质模型,以及步骤2)中计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离作为该位置坐标的地层覆盖层厚度,均为基于BIM软件实现的。下文将以BIM软件作为实例,对本实施例任意地层覆盖层厚度的计算方法进行进一步的详细说明,其基于BIM软件的操作步骤包括:
S1、将excel格式的地勘数据通过BIM软件的文件路径(File Path)、提取文件(File.FromPath)、读取excel内容(Excel.ReadFromFile)三个节点将地勘数据导入BIM软件中,以便后续转换为三维地质模型,如图2所示。
S2、将导入的excel格式的地勘数据处理,剔除地层名称等多余信息、保留坐标数据。
S3、根据地勘资料的平面布置图提取各勘探孔的坐标以及地表高程,针对各勘探孔,分别根据地勘资料的勘探孔柱状图提取勘探孔揭露的各地层分层面高程,使得各勘探孔的坐标以及地表高程与其揭露的各地层分层面高程一一对应,形成地勘孔与各个地层分界面接触部位的点坐标,如图3所示,即前文步骤1.3)的内容;
S4、利用BIM软件的Point.ByCoordinates节点将地勘孔与各个地层分界面接触部位的点坐标转换为三维的离散点;依次针对各地层的离散点,首先利用BIM软件的Topography.ByPoints节点将离散点组合生成不规则的三角网格,然后利用BIM软件的Topography.ToPolySurface-SpringNodes节点将三角网格组成平滑曲面(Surface曲面),如图4所示,从而形成地层表面的地形曲面。如涉及多层地层的地层厚度计算,则可重复步骤S4,完成各地层表面的地形曲面建模,其节点如图5所示。
S5、生成关于地层的三维地质模型后,即可将需要计算地层覆盖层厚度的位置坐标导入三维地质模型,如涉及多个点的覆盖层厚度计算,可重复利用步骤S1中的文件路径(File Path)、提取文件(File.FromPath)、读取excel内容(Excel.ReadFromFile)三个节点批量导入需要计算地层覆盖层厚度的位置坐标;
S6、在导入需要计算地层覆盖层厚度的位置坐标后,首先利用BIM软件的Point.Project节点将该位置坐标分别沿竖直方向(0,0,-1)投影至三维地质模型中各个地层表面(Surface曲面)上得到投影点;
S7、提取各个投影点的高程,计算各地层表面的投影点之间的垂直距离,从而得到各地层的覆盖层厚度,节点如图6所示。
本实施例步骤2)之后还包括确定桩基开孔位置距离持力层顶面的距离,并利用桩基开孔位置的地表点、在持力层顶面的投影点及桩基开孔的桩径生成桩基础模型的步骤。为了
作为一种可选的实施方式,本实施例中生成桩基础模型时还包括导出地表点的三维坐标以及地表点距持力层的厚度的步骤,本实施例涉及的覆盖层厚度计算为多位置的批量计算,为保证计算结果与计算位置一一对应,可通过模型将计算结果记录下来,方便后期对成果查阅。根据需求,利用BIM软件的Parameter.CreatProjectParameter节点为模型创建参数,本实施例创建的参数包括桩号,地表的xyz坐标、地表距持力层厚度,节点如图8所示。
此外,本实施例中还进一步包括前述前文生成位于BIM软件中Dynamo中的模型导入至BIM软件中的Revit中,便于成果展示及查阅,其节点如图9所示。
此外,本实施例中还进一步包括将批量计算的覆盖层厚度的计算结果,按照顺序一一对应的写入至模型中,其节点如图10所示。还可选择通过BIM软件的WriteToExcel节点将步骤S7的计算结果直接导出至Excel中。
需要说明的是,本实施例任意地层覆盖层厚度的计算方法并不依赖于BIM软件,因为步骤1)中根据地勘数据建立关于地层的三维地质模型,以及步骤2)中计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离作为该位置坐标的地层覆盖层厚度还可以采用其他三维软件实现。
综上所述,目前国内地层剖面图通常均采用构造图,其绘制数据来源主要依赖于实际钻孔资料。该项方法计算获得的地层覆盖层深度在钻孔间距较小时,具有较高的准确性,但是,当钻孔间距较大时,为保证设计依托的数据的准确性,往往会对勘探钻孔进行加密,如重新绘制地层剖面图,费时费力。部分类似的三维地质软件可以有效的解决反复绘制地层剖面图的问题,但是其成果产出仅限于勘探点与勘探点之间连线上的剖面图及线上点位的柱状图,通过该手段绘制的剖面图仅能体现钻探孔与钻探孔之间的地层起伏变化,不方便计算在勘探孔连线以外位置的地层情况。本实施例任意地层覆盖层厚度的计算方法能基于地勘数据快速准确地建立三维地质模型,精度高、速度快,可在施工过程中实时添加新增的钻孔勘探点,实时模型动态修改,利用已知的勘探点插值分析计算任意未知部位的地层厚度。
此外,本实施例还提供一种任意地层覆盖层厚度的计算系统,包括相互连接的微处理器和存储器,该微处理器被编程或配置以执行前述任意地层覆盖层厚度的计算方法的步骤。
此外,本实施例还提供一种任意地层覆盖层厚度的计算系统,包括相互连接的微处理器和存储器,该存储器中存储有被编程或配置以执行前述任意地层覆盖层厚度的计算方法的计算机程序。
此外,本实施例还提供一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述任意地层覆盖层厚度的计算方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种任意地层覆盖层厚度的计算方法,其特征在于,包括:
1)根据地勘数据建立关于地层的三维地质模型;
2)将需要计算地层覆盖层厚度的位置坐标导入所述三维地质模型,计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离作为该位置坐标的地层覆盖层厚度。
2.根据权利要求1所述的任意地层覆盖层厚度的计算方法,其特征在于,步骤1)包括:
1.1)根据地勘资料的平面布置图提取各勘探孔的坐标以及地表高程,针对各勘探孔,分别根据地勘资料的勘探孔柱状图提取勘探孔揭露的各地层分层面高程,使得各勘探孔的坐标以及地表高程与其揭露的各地层分层面高程一一对应,形成地勘孔与各个地层分界面接触部位的点坐标;
1.2)将地勘孔与各个地层分界面接触部位的点坐标转换为三维的离散点,依次针对各地层的离散点,将离散点插值形成地层表面的地形曲面;
1.3)基于地层表面的地形曲面提取各个地层的曲面边界拉伸生成实体,以各地层表面为分界面对该实体进行切割,形成关于地层的三维地质模型。
3.根据权利要求2所述的任意地层覆盖层厚度的计算方法,其特征在于,步骤1.2)中将离散点插值形成地层表面的地形曲面的步骤包括:首先将离散点组合生成不规则的三角网格,然后由三角网格组成平滑曲面,从而形成地层表面的地形曲面。
4.根据权利要求3所述的任意地层覆盖层厚度的计算方法,其特征在于,步骤2)中计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离的步骤包括:首先将该位置坐标分别沿竖直方向投影至三维地质模型中各个地层表面上得到投影点;然后提取各个投影点的高程,计算各地层表面的投影点之间的垂直距离,从而得到各地层的覆盖层厚度。
5.根据权利要求4所述的任意地层覆盖层厚度的计算方法,其特征在于,步骤2)之后还包括确定桩基开孔位置距离持力层顶面的距离,并利用桩基开孔位置的地表点、在持力层顶面的投影点及桩基开孔的桩径生成桩基础模型的步骤。
6.根据权利要求5所述的任意地层覆盖层厚度的计算方法,其特征在于,所述生成桩基础模型时还包括导出地表点的三维坐标以及地表点距持力层的厚度的步骤。
7.根据权利要求4所述的任意地层覆盖层厚度的计算方法,其特征在于,步骤1)中根据地勘数据建立关于地层的三维地质模型,以及步骤2)中计算该位置坐标到三维地质模型中地层表面的投影距离作为该位置坐标的地层覆盖层厚度,均为基于BIM软件实现的。
8.一种任意地层覆盖层厚度的计算系统,包括相互连接的微处理器和存储器,其特征在于,该微处理器被编程或配置以执行权利要求1~7中任意一项所述任意地层覆盖层厚度的计算方法的步骤。
9.一种任意地层覆盖层厚度的计算系统,包括相互连接的微处理器和存储器,其特征在于,该存储器中存储有被编程或配置以执行权利要求1~7中任意一项所述任意地层覆盖层厚度的计算方法的计算机程序。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1~7中任意一项所述任意地层覆盖层厚度的计算方法的计算机程序。
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