工程地质平切分析论文

2022-04-18

工程地质平切分析论文篇1：

岩溶地区隧道爆破振动监测与分析

【摘要】在试爆时对选定的几个特殊点进行爆破振动监测，并采用萨道夫斯基公式对采集的监测数据进行计算，将计算结果与理论值进行比较，从而分析在岩溶地区爆破振动实际取值与理论值的差异，提出在岩溶地区隧道施工时爆破振动理论值的取值修正方案以及施工中应注意的相关问题。

【关键词】岩溶地区；爆破振动；计算分析

1. 引言

目前，在隧道的施工建设中，由于具有较强的适应性以及较低的开挖成本等特点，钻爆法仍然是隧道掘进的主要手段，特别对山区隧道更是如此。但是爆破开挖一方面会对隧道围岩，特别是软弱围岩的稳定性产生明显的破坏，这将直接影响隧道施工及运营期间自身的安全稳定；另一方面，爆破开挖会产生爆破地振动效应，引起地表和其他既有的建筑物、构筑物不同程度的破坏。因此，为了确保工程顺利进行，降低爆破公害，需要建立工程爆破振动控制与监测系统。

2. 隧道爆破监测

2.1工程概况。

（1）双碑隧道工程位于重庆市沙坪坝区，全长4.373Km，穿越中梁山，沿线经过西永镇，歌乐山镇和双碑街道。隧道设计左右线采用分离式双洞单向三车道，隧道进口位于沙坪坝区西永镇香蕉园村，地形坡角15°～20°。隧道出口位于重庆二钢厂耐火分厂十二车间附近，地形坡角20°～25°。两隧道线路测设计中线间间距为20m，为小净距隧道。隧道开挖采用光面爆破或预裂爆破技术掘进。

（2）隧道穿越的观音峡背斜两翼的三叠系雷口坡组和嘉陵江组地层岩溶和地下水较发育，同时，本隧道所穿越的中梁山地表水库、泉眼、鱼塘、农田、溶沟、溶槽密布，且地表、地下水力联系十分复杂，隧道施工至上述地层时，可能遇到突水、突泥、地表水大量泄漏等施工安全风险和引发环境灾害等问题。

（3）隧道地表村镇和民居密布，隧道施工过程中地表水大量泄漏，爆破开挖时地表震感明显，部分位置地表出现轻微沉降现象，上述问题对居民的日常生活以及对地表各建筑构筑物的安全产生了一定的影响。

2.2仪器选择。

（1）本次监测采用了由IDTS3850型振动测试仪、IDTS385 Seismograph软件、计算机、打印机等组成的测试系统（如图1）。

（2）本仪器具有便于携带，分辨率高等特点，其最小分辨振动达到 0.0016cm/s，读数精度达到0.5%，能有效监测远离爆破源的振动信号，近年来在爆破振动监测中得到广泛的应用。其数据记录为三维振动同步记录，拾振器1、拾振器2、拾振器3分别测量振动速度的水平径向分量Vr、水平切向分量Vτ和垂直分量VZ（速度传感器指标见表1）。

表1速度传感器指标指标要求1 水平方向 1垂直方向速度灵敏度1 330mv/cm/s±5%1 310mv/cm/s±5%频率响度1 28Hz～1000Hz±10%1 4Hz～1000Hz±10%幅值线性度1 3%1 3%位移1 0.1μm～2200μm1 0.1μm～2200μm速度1 0.01μm～30cm/s1 0.01μm～30cm/s圈2测试获得的振动波形圈示例2.3测点布设。原则上监测点布置在位于隧洞拱顶上方及两侧的学校、居民房、道路及附属建筑物、企事业单位等的建构筑物所在地地表面。在本隧道爆破开挖过程中，由于具有溶洞等不良地质，存在地表水大量泄漏，部分地段地表出现沉降等现象，因此，为了减轻及控制爆破开挖对地表产生的不利影响，在测点的布设时按照“在隧道掌子面正上方作为监测主要观测点，对地表重要居民区个别建构筑和发生了地质灾害的不良地质区进行监测”的原则进行布点，隧道爆破施工时，对各个监测点同时进行监测，并进行现场采样记录（见图2），分析振动效应。

3. 数据采集与分析

3.1公式选用。依据《爆破安全规程》规定，爆破振动监测相关系数一般采用 M.A萨道夫斯基公式计算：

V=K31Q1Rα其中，R为爆破时观测点距爆源中心点的距离；Q为单响炸药用量；V为观测点振动速度；K、α为与爆破点地形、地质条件、爆破方式等有关的系数和衰减指数。

3.2数据采集分析。

（1）爆破形式、地质和场地等外部条件对爆破振动速度影响较大，结合工程地质勘察资料（双碑隧道所通过地层岩属中硬岩石），K及α取值范围分别为150～250、1.5～1.8。本文以M.A萨道夫斯基公式为基础，在试爆时对地表沉陷处、拱顶正上方等测点进行实地测量，以M.A萨道夫斯基公式对观测点振动速度最大值与最小值进行理论计算，即：

Vmax=250×311501R1.5；

Vmin=150×311501R1.8

作者：马维文　曾德荣　苏航

工程地质平切分析论文篇2：

关于工程地质勘探中水文地质问题的探讨

【摘要】在社会长足发展的今天，各类工程建设遍地兴起，使得工程地质勘探日益引起人们的重视，同时，对于地质勘探的标准和要求也更高更严。在实际的工程勘察中，相关的勘探人员要对水文地理研究充分重视，对与工程有关及需要的水文条件因素加以详细的研究，并制定出有关的防治措施和应对办法，是勘探的质量和水平切实提高。水文的地质问题，一直一来在勘探及施工中都是一个要引起足够重视的问题。所要兴建的工程，其耐久度及稳定性，是直接受工程周围的地质环境影响的，即蜡岩土体的工程特性，而蜡岩土体的工程特性又受地下水等水文地质的影响。尽管水文地质的问题十分重要，但是在实际的工作过程中還是经常造致人们的忽略，留下隐患。本文下面将就水文地质问题和工程地质勘探问题等方面做一些相关的探讨分析和研究。

【关键字】工程地质；水理性质；危害

1、工程地质概述

所谓工程地质，是对人类活动同所在的工程建筑在地质方面有关的问题进行研究、调查及解决办法的科学。工程地质的目的是通过对工程场区及场区周围的地质条件及各种有关的地质问题，分析和预测地质条件在工程建筑的作用之下，出现或发生有可能的作用及变化，以此为依据来挑选最佳场地，对相关的不良地质问题提出对应的解决策略和相关措施，为工程的设计合理、顺利施工及正常使用提供可靠和科学的依据。它的研究层面包括：对岩土的成分进行确认，对岩土组织的自然属性对建筑工程的稳定的影响进行分析确认，并能对岩土的改良提供建设性措施。而工程地质勘察，它的基本任务是对工程方面的地质问题给予力学和地质学上面的专业回答，其目的是通过对工程地质的调查，来掌握工程地质的问题，通过相应措施和解决办法，使工程安全、正常的运行。

2、岩土的水理性质

2.1软化性

是指岩石浸水饱和的情况下和风干情况下的两种极限的抗压强度的比，用软化系数来予以表示。它用来表述耐水浸、耐分化的指标，也通常用以表达岩石水浸后力学强度下降的特性。

2.2透水性

即岩土在水浸情况下水能透过岩石强弱的特性。透水性能揭示岩土的空隙大小、空隙度多少等很多方面的特性。

2.3崩解性

指的是岩土水浸软化后，土粒连接的破坏或削弱导致土体解体、崩散的特性。它的主要指标包括：崩解方式、崩解量以及崩解时间等内容。

2.4给水性

是指浸水饱和的岩土中的水分，在重力的作用下，能从岩土裂隙、孔隙中一定时间内自由流出的水量的特性，为给水度。给水度在实际生活当中，影响到场地的疏干时间及基坑涌水量的大小，是一个重要的水文地质参数。通常采取实验室测定形式。

2.5胀缩性

是指岩土失水体积减小、吸水体积增大的特性。主要由岩土表面失去水膜和结合水膜而引起。它也是引起和导致基坑隆起、有地裂缝的重要原因。对土坡稳定、地基变形有很大影响。它的反映指标有收缩系数、自由膨胀率、膨胀率、体缩率等等。

3、水文地质问题对岩土工程施工的危害

3.1地下水位变化对岩土工程施工的危害

对于地下水位的升降，是有一定度量的，一旦超过这个度量，就容易引发对岩土工程施工的危害。对于目前地下水位存在和导致的问题，主要有以下几个方面：（1）人为的引起地下水位升降的问题。如对地下水的大量抽取、修建水库、采矿、上游筑坝以及其他一些有关现象等，对水位的降低造成了严重影响，而使水文地质的问题发生。地下水位的下降，会带来裂缝地面沉降、地面塌陷以及地下水源面临枯竭等问题，同时，也造成环境恶化和当地水质变坏的问题，并对建筑物的破坏和人类的正常生活带来威胁。（2）当今对环境的污染和破坏，使沼泽化和盐渍化，这又导致地下水腐蚀性增强，这样地下水的升降就会引起岩土的膨胀和收缩，并能不断往复持续的使岩土收缩、扩展率增加，造成裂纹甚至更为严重的破坏和损失，影响建筑工程及人类安全。（3）另外，地下水位的频繁的升降，能导致岩土中的铝、铁等成分的流失，引起岩土土质疏松，增加岩土含水空隙，使土层的承载力、压缩规模大大减小，是工程设施建设的处理和选择困难多多。（4）还有就是，地下水位的升降变化，因为岩土膨胀性区别不同，从而导致膨缩不一致的变形情况，进而还能导致地质水文的发布情况，不断的不一致膨缩变形，还能对建筑设施造成破坏，给人们生活带来隐患。通过以上种种，可以看见地下水位的轻易变幻对岩土的工程设施危害很大。

3.2地下水动水压力对岩土工程施工构成的危害

随着如今人类活动的增多和对自然环境的日益破坏，以前不具备多少威胁作用微弱的地下水的水动压力，如今也能时常出现对工程设施造成破坏和影响，这是因为人类对环境的日益破坏，以及打破了地下水动力条件的平衡，水文地质的状态被破坏，因此，基坑突涌、流砂、管涌等等事故。水文地质的问题，也还能由岩土的崩塌、滑移等现象引起。这是因为直接影响到岩土的膨胀和收缩率的不同，从而影响地下水压的平衡被打破，从而导致问题和引发事故。例如许多地区发生过的建筑物开裂和基础下沉等质量事件。由此可以看见，在我们的实际的工程建设施工过程中，要重视水文地质方面的问题，尤其是高层建筑，要加大对基坑的投入，避免基坑地板被冲毁而造成的突涌现象。地下水动水压力对岩土工程施工构成的危害，我们要设法避免。

4、结语

综上所述，水文地质的问题多方面影响甚至破坏我国的工程施工建设。要避免水文地质对工程设施基础的破坏，保证工程设施的质量和安全，我们就要做到切实的抓好和做好水文地质方面的工作，对水文地质问题做详细的分析和思考，对水文地质的勘察工作做到充分重视。实际上，随着我国建筑施工项目的增多，水文地质及地质勘探也日益发展和引起人们的关注。这是因为对水文地质问题的研究作用和意义重大，便于我们能更好的勘探和分析出建筑物与地下水对岩土之间的情况做出准确的判断，能制定并及时采取预防措施，以及能够将水文地质资料提供到施工和升级的过程中去。这样就能极大保证施工进度的顺利和质量的提高。

作者：姜海灏　陈兴源

工程地质平切分析论文篇3：

三维地质建模在大型引调水工程中的应用

摘要：华北平原大型引调水工程具有跨越地层单元广、工程数量多、工期集中等特点。本文结合GeoStation软件的自动建模、半自动建模及分区块建模功能，建立了一套大型线型水利工程的建模流程方法;将工程划分为独立单元进行分区建模，解决了建模操作面单一的困难，兼顾了模型质量与建模效率的平衡;介绍了建模过程中的实际经验和模型应用情况，为大型线型水利工程的三维建模和模型应用提供了参考。

关键词：引调水工程;三维地质建模;GeoStation

我国是水资源短缺的国家。特别对于华北平原而言，水资源时空分布不均、水环境恶化、生活工业用水供需紧张已经成为制约当地社会经济快速发展的关键因素[1]。兴建大型跨区域引调水工程在加强可利用水资源管理、保障居民生活用水质量、促进受水区社会经济发展方面有难以替代的作用，是提升区域水资源承载力的有效途径[2]。仅河南省已投入运行及在建的大型平原区引调水项目有：南水北调中线及其配套工程、引江济淮（河南段）工程、赵口灌区工程、小浪底北岸灌区工程、西霞院水利枢纽灌区工程等。

随着地学信息化的发展，数学地质正向“数字地质”发展[3-4]，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）为岩土数字化工作带来了契机与挑战[5]。相对于工业民用建筑行业已日趋成熟的BIM技术水平，水利水电行业以涉及专业多、建设周期长、建设内容繁杂等特点在BIM领域仍处于初级发展阶段。尤其是在大型线型引调水工程上，目前处于起步探索阶段，缺乏针对该类项目的一套完整作业流程及标准。

当前，发达国家主流的三维地质建模软件有法国达索公司的CATIA、英国Data Mine公司的Data Mine Studio、美国PST油藏技术公司的GOCAD和Autodesk公司的Revit、澳大利亚Micromine公司的Micromine软件等[6-7]。从国内来看，深圳秉睦科技有限公司的BM_GeoModeler、南京库伦公司的EVS和华东勘测设计研究院的GeoStation等近年都在岩土建模领域取得了良好的应用效果[8-9]。本文以華东勘测设计研究院依托MicroStation软件平台开发的地质三维勘察设计系统GeoStation为例，介绍平原区大型引调水工程的建模经验。

1 Geostation建模流程

GeoStation是华东勘测设计研究院依托Bentley公司的MicroStation软件平台开发的地质三维勘察设计系统。主要建模流程为地形面建模—数据入库—地质界面建模—地质体建模，如图1所示。

1.1 地形面建模

在实际建模工作中，地形数据主要来源于两方面：一是基于测绘专业的DEM数字高程模型生成的TIN三角网格（下称方式一）;二是基于dwg格式地形图中的等高线及高程点生成的地形mesh面（下称方式二）。在Smooth（光滑）显示模式和Wireframe（网格）显示模式下，同一场地基于DEM和等高线两种不同数据生成的地形面对比如图2所示。由此可以看出，方式一生成的地形面在精细度和准确度方面相较方式二具有明显优势，但其成本较高;方式二基于dwg格式等高线生成地形面，具备操作简单、数据量小、修改灵活等优点。

（a） Smooth模式下地形面对比

（b） Wireframe模式下地形面对比

在处理地形数据时，为了避免其与后期工程数据不匹配，人们应注意以下两点：使用dwg文件转入GeoStation生成地形面之前，要将图形单位设置为米（m）;前期地形数据和后期地质要素、建筑物位置信息应统一在相同的坐标系中。

1.2 数据入库

建模人员可通过数据管理系统（GeoData Manage）对项目各种属性数据进行录入，包括项目阶段、区域、地质测绘、勘探、试验和物探数据等，也可以在建模软件中对绘制元素进行属性定义，再导入数据库。

1.3 地质界面建模

地质界面元素的建模工作按几何特征要素可分为两类：即规则面元素建模和不规则面元素建模。规则面元素适用于产状稳定的地质要素，如沉积岩岩性界面和简单构造。地质人员仅指定面产状和出露点即可完成面元素的建模，简洁高效，后续剪切亦不易报错。不规则面元素建模适用于无明显展布规律的地质要素，如覆盖层、变质岩岩性界面、大型褶皱等复杂构造。建模人员需要绘制必要的辅助线网格，对面元素的几何形状进行控制。

1.4 地质体建模

地质体主要建模方式有拉伸成体再剪切和围合成体等。建模人员可将面元素拉伸至指定高程或厚度成体，再用面截切体得到符合要求的几何体形状。此建模方式逻辑简单直白，困难在于面剪切体过程中软件运行时间长，报错率高。

围合成体需要定义地质体的顶、底面，围合范围为顶、底面在垂直方向上的最小相交面积。实际操作中，此建模方式软件运行成功率高，但围合前需要对斜面进行多次剪切围合，避免地质体之间存在空腔。

值得注意的是，地质体建模阶段，各种点、线、面、体元素交错，空间位置相互堆叠，有必要及时对新生成的面和体模型进行属性定义，方便对各元素的模块化管理。

2 工程区单元划分

大型引调水工程一般由取水枢纽、输水建筑物、控制建筑物、交叉建筑物、调蓄水库以及末端配套工程组成，空间上一般分为调出区、输水线路区和受水区。其具有跨越地层单元广、单项工程数量多、工期集中等特点。为了兼顾建模效率及模型质量，有必要提前对项目进行分区块切割，依据在空间、功能、复杂程度等方面的不同将工程划分为多个独立单元，针对各单元特征采取与之相适应的建模方法。

地质三维勘察设计系统GeoStation按照行业领域分为多个软件产品，包括水利水电工程地质三维系统（GeoStation for Geology）和城市岩土工程地质三维系统（GeoStation for City）等。虽然二者的产品遵循各自的行业标准，但其所生成的dgn模型可以相互通用，为引调水工程模型的单元切割和整合提供了便利。下面以河南省某大型灌区为例，简要介绍工程区单元划分的经验与体会。

一是对于位于地势平坦区域、地层结构简单的节制闸等控制建筑物、中小型末端配套建筑物等，可类比普通工业民用建筑物建模方法，利用GeoStation for City中的自动建模技术。地质人员只需要录入钻孔数据，设定网格间距，程序便可自动实现地层划分。软件自动建模可以显著提升建模效率，满足简单建筑物“量多”的需求。

二是对于倒虹吸、穿河隧洞、渡槽等大型交叉建筑物或局部地质条件复杂的工程单元，可采用半自动建模技术。地质人员需要划定建模边界，设置参数生成初始地质体，然后对局部重要地块进行修正。半自动建模方法在保障模型重点区域准确的同时缩短了建模周期，在一定程度上达成了模型质量和建模效率的平衡。

三是对于丘陵、峡谷区地貌的取水枢纽、调蓄水库等大型建筑物，涉及断层、褶皱、透镜体等复杂地質要素的工程单元，应建立大量虚拟钻孔和垂直辅助剖面，根据项目进度对模型进行多期次、逐步精细化的修正，地质人员需要根据自己丰富的专业经验绘制辅助线网来达到精准控制地质要素的目的。

3 模型应用

三维地质模型是BIM三维模型的重要组成部分，其根本应用是数字化交付，以协同上、下游专业的信息交互，保障项目成果的连续性和累积性，解决信息孤岛，为项目全生命周期的建设运行提供高效率、高质量的基础条件。现阶段，三维地质模型在地质专业中还有批量出图、开挖量估算、可视化分析及成果验证、数值分析等应用。

3.1 批量绘制图表

三维地质模型完成后，专业人员可以对模型进行任意剖切，设置相关出图细节，计算机会依据数据库信息、模型属性等批量打印各种表格，绘制剖面图、平切图、钻孔柱状图等。在遇到设计变更时，应用三维地质模型批量绘制图表，能有效缓解工作量烦琐、重复劳动多、校核难度大等困难。

3.2 开挖方量估算

三维地质模型可以清晰地展示各地层的空间展布情况，并根据施工开挖参数进行动态虚拟开挖设计，方便、快捷得到各岩性层的开挖方量和回填方量（见图3），为土石方工程造价预算提供参考，从而达到降低人力预算及物资消耗的目的。

3.3 可视化分析及成果验证

大型引调水工程线路长，勘察期次多，地质条件复杂。对于穿越复杂地质条件区域的线型项目，传统二维图件难以完整、直观地传递工程区内的地下空间构造和地层分布变化。三维地质模型有助于地质人员从多维度、多视角丰富空间想象，及时捕捉二维空间中不易获取的信息，提高对工程区内地学规律的认识和判断水平，为勘测设计提供更充分的解释和验证。

大型引调水工程勘察过程中会出现多期次成果不整合、各钻孔内地层划分不一致等现象，直接导致后期人员校核数据和修改图件费时费力。三维地质建模的过程会倒逼地质人员对所有钻孔数据进行梳理、概化，在校核原始数据的同时，便于地质建模人员更深刻地思考、认识区域内的地质成因及规律。此外，展布于同一三维空间中的试验、物探、钻探等数据组成了一幅立体的数据云图像，既能分析、印证各种地质资料间的相互关系，又易于向非专业人员展示勘测成果。

3.4 数值计算

随着计算机运算能力的普遍提升，数值分析计算冗繁的问题显著缓解，而在求解复杂问题时以其广泛的适用性受到越来越多专业人员的青睐。鉴于FLAC3D、Abaqus、Modflow等数值计算软件在前处理功能上的缺憾，将三维地质模型转化为可计算网格开展数值分析的需求日趋强烈。许多学者都发掘了各样基于三维地质模型生成可计算网格模型的途径，以补足数值软件在构建不规则三维地质体时的短板，这些尝试为三维地质模型在工程项目中的应用带来了欣欣向荣的生命力。

4 结论

大型引调水工程是解决我国华北平原水资源紧张的有效途径。建立一套完整的三维模型作业流程及标准可为完善大型引调水工程BIM建设体系、缓解地区用水矛盾、促进生态和谐提供技术支撑。针对大型引调水工程空间分布、建筑类别、地质条件等特征，将其划分为不同独立单元，并结合GeoStation软件的自动及半自动建模功能，可实现建模效率与模型质量的平衡，有效降低工程跨越地层单元广、建筑物数量多、工期集中等因素带来的建模困难。现阶段，三维地质模型的主要应用集中于可视化、开挖量估算、地质构造定性分析等，模型整体利用率还存在很大的挖掘空间。将三维地质模型与数值模型相结合进行定量分析，将极大地拓宽三维地质建模在水利水电工程中的应用市场。

参考文献：

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[3]趙鹏大.数字地质与矿产资源评价[J].地质学刊，2012（3）：5-8.

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[9]王国光，李成翔，陈健.GeoStation地质三维系统图件自动编绘方法研究[J].水力发电，2014（8）：69-72.

作者：曹泰瑞左霖骆桂英

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