楊云峰

（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，北京100195）

隨著城市地質(zhì)工作研究由地表向縱深領(lǐng)域的極速發(fā)展，三維地質(zhì)模型的研究也越來越受到地質(zhì)工程師的重視[1-2]。三維地質(zhì)模型具有在三維尺度上表達(dá)地質(zhì)信息的特點(diǎn)。同時(shí)，三維地質(zhì)模型如果同上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，可以很好滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)要求。本文筆者利用EVS 進(jìn)行整圖幅三維地質(zhì)模型的建立，證明了該種方法在三維尺度上進(jìn)行1：5 萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)研究的可行性。

1 EVS 的概念及其應(yīng)用范圍

C Tech 公司是美國的一件軟件公司，其家族包括EVS for Arc View、EVS Standard 等產(chǎn)品。最經(jīng)典軟件產(chǎn)品是Earth Volumetric Studio。它包括了EVS 和MVS 所有功能，同時(shí)還增加了高級(jí)功能。這就給工程師研究提供了更多研究方法選擇。

2 幾款三維地質(zhì)建模軟件比較

三維地質(zhì)建模概念最初由學(xué)者Yfantis 在1988 提出，歷經(jīng)三十年的發(fā)展，形成了幾款我們常用的、技術(shù)較成熟三維地質(zhì)建模軟件，例如GOCAD、Petrel、EVS 等[3]。國內(nèi)近些年也研發(fā)了一些優(yōu)秀的三維地質(zhì)建模軟件，比如理正巖土勘察三維地質(zhì)建模、MapGIS、TITAN 等。下面介紹了幾款主要的三維地質(zhì)建模軟件。

表1 幾款三維地質(zhì)建模軟件比較

上表中，EVS 等軟件主要還是針對(duì)地質(zhì)領(lǐng)域研究，專業(yè)性更強(qiáng)；在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)協(xié)同方面，BIM、理正勘察三維建模軟件、EVS 具有一定的優(yōu)勢[3]。

3 基于EVS 三維地質(zhì)建模實(shí)例

3.1 項(xiàng)目概況

本文基于EVS 三維地質(zhì)建模實(shí)例以某1:5 萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目為例。該項(xiàng)目調(diào)查面積400km2。

3.2 模型創(chuàng)建

（1）地層層序劃分

依據(jù)為沉積規(guī)律、沉積環(huán)境、巖土體特性對(duì)工程地質(zhì)層劃分。50m 以淺共劃分為8 個(gè)工程地質(zhì)大層，大層下面劃分工程地質(zhì)亞層。

（2）數(shù)據(jù)的預(yù)處理

將鉆孔的數(shù)據(jù)在EXCEL 里按照表3 格式處理生成鉆孔*.xlsx 文件，然后利用C Tech Data Exporter 軟件對(duì)*.xlsx 處理生成*.goe 格式文件。

表2 數(shù)據(jù)處理格式表

其中第1 列為鉆孔編號(hào)，第2 和第3 列為X、Y 的坐標(biāo)值，第4 列為孔口高程，第5 列及其右面為每層的層底標(biāo)高。數(shù)據(jù)中地層尖滅用pinch 表示,鉆孔未達(dá)到該地層用short 表示[5-6]。

（3）模塊運(yùn)行流程

本次三維地質(zhì)建模選取EVS 中的MVS 軟件。依據(jù)本次三維地質(zhì)建模的需求，選取的模塊及運(yùn)行流程圖如圖：

圖1 模塊及運(yùn)行流程圖

（4）三維地質(zhì)模型的生成

通過以上模塊的運(yùn)行，最終生成三維地質(zhì)體模型，如圖2所示。

圖2 地層體模型

3.3 模型應(yīng)用與評(píng)價(jià)

（1）模型剖切

利用EVS 的CUP 模塊功能，按北偏西45°及局部矩形剖切得到圖3、圖4。

圖3 北偏西45°剖切

圖4 局部矩形剖切

通過對(duì)剖切的地質(zhì)體觀察，我們可以得知該地質(zhì)體地層較平緩，地層沉積序列正常。

（2）樁端持力層

根據(jù)土工力學(xué)參數(shù)表，我們可以選定樁基樁端持力層，通過三維地質(zhì)體模型可以更直觀的看到樁端持力層的空間分布。

圖5 第一樁端持力層

圖6 第二樁端持力層

本項(xiàng)目砂層大多較密實(shí)，第一主要持力層選定③3粉細(xì)砂層，第二持力層選定⑧3中細(xì)層。持力層總體較均勻，局部起伏較大。

（3）液化土體的展示

液化土體是規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)要考慮的重要問題。液化土體的直觀展示能讓設(shè)計(jì)師和決策者更好對(duì)場地的了解。

圖7 液化地層體

本項(xiàng)目的液化地層體主要為③2粉土。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》液化判別條款，液化等級(jí)為輕微- 中等。

（4）斷裂

根據(jù)已有的資料，將圖幅內(nèi)的斷裂投影在三維模型上。我們可以清晰的看到斷裂的空間展布。

圖8 斷裂分布圖

3.4 模型評(píng)價(jià)

基于EMS 軟件建立的整圖幅三維地質(zhì)模型，三維地質(zhì)模型的整體性非常直觀。模型可進(jìn)行任意剖面的剖切，并展示某一不良巖土層。同時(shí)，可以導(dǎo)入斷裂，并進(jìn)行相關(guān)研究。

當(dāng)然，利用EMS 軟件建立的整圖幅三維地質(zhì)模型存在由于鉆孔的數(shù)量較少，模型的精度較低。如果收集到足夠多的鉆孔數(shù)據(jù)，也需要地層的統(tǒng)一概化。

4 結(jié)論

基于EMS 軟件的整幅圖三維地質(zhì)建模研究及應(yīng)用展示，能夠?yàn)?：5 萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查研究在三維尺度上研究提供幫助。能夠查清不良土體分布，能夠展示斷裂分布。這為地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評(píng)價(jià)研究提供了更多選擇。