地质工程复杂地质体三维建模与可视化研究论文

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1、地质工程复杂地质体三维建模与可视化研究论文摘要：地质工程复杂地质体中的各种地质信息都可以看作是三维空间中的函数，利用各种野外实测资料分别建立相应的曲面拟合函数，进而利用计算机建立三维地质模型，达到直观地表达地质信息在工程岩土体中的分布规律、提高对于地质规律的认识、指导地质工程项目的勘测施工及监测的目的。本文分析了复杂地质体三维建模与可视化研究的关键技术问题,并初步应用在向家坝某坝址区的三维地质建模中。关键词：地质工程复杂地质体三维建模与可视化1前言地质工程复杂地质体中的各种地质信息，可以通过野外勘探实测

2、或监测仪器记录获得，但一般都是散乱数据，工程地质工作者很难对其在工程岩土体中的分布规律有一个整体和直观的把握。各种地质信息，包括地表地形、地下水位、地层界面、断层、节理、风化带分布、侵入体及各种地球物理、地球化学、岩土体的物理力学参数或数据的等值面(线)等.freele（体）模型,Polygon（多边形）模型,Block（块）模型,Grid（层状）模型和Surface（面）模型。利用Section模型计算矿藏储量，构造复杂地质体、矿井、巷道等地面地下采矿建筑设施。利用Volume模型对地质体进行任意方向

3、切割，从而表达任意复杂程度的地质体。Polygon模型可直接由采样点数据生成。Block模型用于确定矿藏分布和等级变化，MicroLYNX软件有两大特点用于提高三维地质体的空间分辨率，一是在矿体或断层边界进行晶胞细分，二是在三维勘探空间中采用不同尺度的晶胞。Grid模型与Block模型类似，但更适用于扁平分布的矿体。Surface模型用于表现地表地形测量结果，露天矿设计和实际开采状况，计算两个地层面之间的体积等。GemSoftSoftSoft软件通过钻孔、点、多边形等数据，利用大量的实用的图形编辑和生成

4、工具，显示钻孔孔位分布，运用不规则三角网建立Surface(表面)和Solid(实体)模型，运用多义线圈闭岩层和矿体边界进行储量和品位分析，提供了交互操作功能并允许用户根据自己的经验和专家知识勾画地质模型，实现任意剖面切割任意角度观察和实体与实体或实体与表面的交切与布尔运算等。以上两种软件主要是瞄准采矿工程，能够较好地满足采矿工程活动中的矿产资源勘探和评价、地下矿井和露天矿坑设计和规划、矿产资源管理和采矿生产管理等需求，但对于地质工程岩土体的建模与分析，针对性不强。2.2国内研究与开发现状TITAN三维

5、建模软件是由北京东方泰坦科技有限公司开发的TITAN地学综合信息系统中的一个组件，是基于框架建模的思想研制开发而成的，利用平行或基本平行的剖面数据建立起三维空间任意复杂形状物体的真三维实体模型。TITAN三维建模软件的组成部分有：(1)剖面数据处理模块，建立剖面数据，为建立三维实体模型提供由一系列平行的剖面组成的框架数据，数据剖面由多边形、环和点元素组成；(2)对应关系处理模块，建立剖面之间、多边形之间、环之间和点之间的对应关系，为建立三维实体模型提供剖面间的一一对应关系，从而建立建模元素之间在三维空间

6、中的联系；(3)模型处理模块，建立实体模型，用剖面数据和剖面间的对应关系建立起三维实体模型，并且可以对模型进行任意切割、计算面积和体积的处理。此软件只是三维建模与图形处理的引擎，适用面广泛。但在面向具体专业时，需要添加或扩充专业模块，比如工程地质专业模块等。张菊明等对风化带分布、多层地层等地质信息的可视化和断层错断岩层的表达和显示的算法1,2进行了较为深入的研究。纵观国内外几种软件的研究与开发现状，对于地质工程专业的复杂地质体建模与分析的针对性不强，没有充分体现地质工程专业的特殊性，不能够很好地满足地质

7、工程生产与研究的实际需要。3地质工程复杂地质体三维建模和可视化的关键技术问题分析3.1离散数据的插值与拟合地质信息的插值和拟合函数要根据实际勘测数据建立，实测数据越丰富精确，得到的地质模型越能够真实描绘出这些信息的空间分布规律。对于不同的地质信息，需采用不同的拟合函数。地表地形测量数据(X坐标、Y坐标和地表高程Z)、地下水位埋深测量信息(地下水位测点地表X坐标、Y坐标和水位埋深h)等的曲面图形生成可归结为双自变量离散数据的插值和拟合。空间曲面插值函数有以下构造方法，如与距离成反比的加权方法(Shepar

8、d方法)，径向基函数插值法(Multiquadric方法)1，平面弹性理论插值法2等，它们同样适用于单个连续地层界面、地球物理勘探数据、地球化学勘探数据以及岩土体物理力学参数在地质体空间的分布。下图（图1）是通过离散数据的径向基函数插值法绘制的地表曲面。图1通过离散数据的径向基函数插值法绘制的地表曲面网格(Fig.1TerrainsurfacegridrenderedbyMultiquadricinterpolationmethodofsc