地基基础设计中的三维地层可视化技术及应用.pdf

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1、第7卷第2期Vo1．7No．22015年4月Apr．2015地基基础设计中的三维地层可视化技术及应用朱贵娜杜斌(中国建筑科学研究院，北京100013)【摘要】地基基础设计往往通过勘探手段获取地层信息并通过一维、二维图件形式来抽象地了解建筑场地的土层分布状况。在地基基础设计中引入三维地层可视化技术可更加形象、全面地展示地层分布情况。本文对三维地层可视化过程及实现方法进行了深入研究，并成功将该技术应用到地基基础设计之中，为基础布置和地基基础标高系统的校核提供了方便，也有效降低了地基基础设计的复杂度。【关键词】地基基础设计；地层曲面；可

2、视化；克里格插值【中图分类号】TP391·9：TU47【文献标识码】B【文章编号】1674—7461(2015)02—0097—041引言2三维地层可视化方法的基本思路对建筑场地地层分布情况的描述是地基基础三维地层可视化技术的核心是三维地质模型设计的重要依赖因素，实际工程中往往通过勘探手的构建方法。在广义概念上，三维地质模型是客观段获取地层信息，结合土层柱状图及地层剖面图描地质体的数字化与可视化表示，是对客观地质实体述场地土层的分布。通过一维柱状图及二维剖面的抽象表达。地质建模过程中，客观地质特征应抽图的土层描述信息，可以抽象地了

3、解建筑场地的土象为几何形体，并对该形体进行几何学描述。地基层分布状况，而较难于直观观察。在地基基础设计基础设计中的土层可视化过程是指工程场地地层中引入三维地层可视化技术可更加形象、更加全面三维模型的建立过程，大致可以分为四个子过程。地展示地层分布情况，便于基础布置和地基基础标子过程1，收集地层分布信息。通过勘察手段高系统的校核。获取地层的特征信息(如：孑L点平面分布信息，各孔三维地层可视化技术涉及数学、地质学、拓扑点的土层分布信息等)作为实测样本，为后续工作学及计算机图形学等多个学科，经过数十年的研提供依据与数据基础。究，在基础理

4、论方法方面已取得了较大的发子过程2，生成平面背景网格。在确定模型范展¨儿；作为一个多领域深度交叉的学科，涉及内围的基础上，将待模拟的地层面在水平参考平面上容广泛、知识跨越性大，三维地层可视化技术的应的投影区域剖分成三角形网格，网格节点即为插用需与地质勘探数据的标准化处理、几何造型、三值点。维空间数据模型及图形可视化等技术相融合，这一子过程3，构建地层曲面。利用地层的实测样特点减缓了该技术在工程领域应用与推广儿。本数据对插值点进行插值，计算插值点的三维空间近年来，随着计算机软硬件及可视化技术的迅速发坐标从而形成空间地层曲面。展，三维

5、地层可视化的实现变得更加具有可行性，子过程4，展现三维模型。通过计算机图形可应用领域也在不断地拓展。地基基础设计对三维视化技术对半透明化的三维地层模型进行直观地、地层可视化技术存在刚性需求，其在设计领域的应全面地呈现。用势必成为一种趋势。其中，地层投影面的背景网格生成方法和地层【作者简介】朱贵娜(1983一)，女，工程师。主要研究方向：三维地质建模及地基基础设计。98曲面的插值方法是三维地质模型建立的核心内容。空间分析基础上，对有限区域内的区域化变量取值进行无偏最优估计的一种方法。基本步骤如下：3地层投影面的背景网格生成方法1)计

6、算采样点之间的距离；2)将距离值按照从小到大进行排序并分组；待模拟地层面在水平面上的投影区域的三角3)选择变差函数理论模型并拟合变差函数；化过程实为一种特殊的网格剖分过程。基本思路4)计算插值点得估计值。是在模型范围内自动生成系列加密点，并采用推进对于地层模型，可采用具有较高拟合精度的球波前法(AdvancingFrontTechnique，AFT)将点集连状模型。球状模型变异函数的一般形式为：接成三角形网格。0hAFT法的基本思路是：按照剖分规模将地层投r：0影面边界离散成有序线段，从边界出发，依次以边y()=／C0+c(一h3

7、)o<≤口界线段为三角形的一条边，在边界点与内部点中寻【c。+c>找合适点，组成三角形，选取组成三角形顶角最大的点为最终三角形顶点；将已形成三角形的边界线(1)段从边界链表中删除，形成新边界；重复上述过程如果直到除边界外的三角形的边两侧均有三角形为止。Yy()，6。=c。，6·=，6z一，在网格推进过程中，新生成三角形需满足下列1=h，2=h(2)规则：则可以得到线形模型：1)顶角最大规则：保证新三角形中与扩展边相Y=bo+bll+bzx2(3)对的顶角在所有可能构成的三角形的相应顶角中根据实测的采样数据，对球状模型变异函数式最大

8、。进行最小二乘拟合得到其参数，即通过数学上的近2)无交叉规则：保证新生成三角形与原有三角似和优化得到一条直线或者曲线，使得插值点与已形只存在相离、共享一个结点、共享一条边三种关知数据点间距的平方和最小。系，不存在交叉与重叠关系。在变异函数存在的条件