探討GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)中地質(zhì)條件的處理方案

王小兵

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院地質(zhì)勘察研究所，新疆烏魯木齊830000)

在傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，通常在進(jìn)行建筑基坑的開挖剖面和平面的繪制時(shí)，僅僅是在2D地形圖中進(jìn)行，使得繪制過程十分復(fù)雜而繁瑣，并且無法達(dá)到較高的準(zhǔn)確度。同時(shí)，在統(tǒng)計(jì)回填和開挖工程量時(shí)容易出現(xiàn)較大的誤差。而GEOPAK三維設(shè)計(jì)軟件由于其良好的模型，具有優(yōu)良的可視化功能，而且在對模型進(jìn)行修改時(shí)具有方便快捷的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)成果的快速輸出，使設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量得到顯著提高，因而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

1 GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件的概述

GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件是將3DPDF文檔、商業(yè)工具、GⅠS、映射以及建模CAD等集為一體的新型設(shè)計(jì)軟件，能夠自動(dòng)完成一系列完整的設(shè)計(jì)成果，具有嵌入式項(xiàng)目管理功能，有助于用戶準(zhǔn)確掌握所有項(xiàng)目的組件和交付能力，與Bentley的緊密集成ProjectWise項(xiàng)目協(xié)作系統(tǒng)連接在一起，能夠使不同項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)之間的信息實(shí)現(xiàn)有效協(xié)同和共享，其道路庫使項(xiàng)目內(nèi)發(fā)生重復(fù)的任務(wù)得到簡化，而且能夠促進(jìn)快速評價(jià)關(guān)鍵決策的設(shè)計(jì)方案。該軟件具有可配置性、靈活性、項(xiàng)目多功能性以及設(shè)計(jì)復(fù)雜性等特點(diǎn)[1]。通常情況下，GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件往往被應(yīng)用于公共工程項(xiàng)目、鐵路、高速公路和公路以及工業(yè)、商業(yè)和環(huán)境土地的開發(fā)當(dāng)中。在設(shè)計(jì)規(guī)范相同的條件下，GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件能夠?yàn)橛脩籼峁└尤娴脑O(shè)計(jì)思路，用戶能夠在不同角度和多種視圖下開展工作，具有比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工具更加顯著的優(yōu)勢。針對高速公路和道路，GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件的Bentley以其獨(dú)特的道路設(shè)計(jì)，為完整的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)交通道路提供了一個(gè)可視化和一體化的工具。這與其它較為成熟的功能在項(xiàng)目準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)效率的領(lǐng)域當(dāng)中發(fā)生了極大的改變，給人留下了深刻的印象[2]。近年來，GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件在場地模型設(shè)計(jì)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但是，在實(shí)際應(yīng)用GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件建立工程場地開挖模型時(shí)，在處理地質(zhì)條件的過程中會存在一定的缺陷，需要不斷探討其處理方案。

2 GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)中地質(zhì)條件的處理方案

首先，在使用GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行場地開挖和回填的模型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分利用DTM工具將原始的測繪資料轉(zhuǎn)換成數(shù)字地面模型，主要包括高程點(diǎn)和高線等地形信息。并且應(yīng)該在數(shù)字地面模型中使用site工具對工程場地進(jìn)行開挖和回填以及放坡等相關(guān)的模型設(shè)計(jì)。完成了這些模型的設(shè)計(jì)之后，應(yīng)該充分利用Analysis工具將設(shè)計(jì)好的場地模型生成2D開挖平面圖和剖面圖，然后對場地開挖工程量和回填工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最后輸出成果。這一環(huán)節(jié)中的模型設(shè)計(jì)和成果輸出均屬于比較學(xué)習(xí)的部分，但是在實(shí)際使用過程中，往往在建立工程場地開挖模型時(shí)，GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件在處理地質(zhì)條件的過程中會存在一定的缺陷，如果地層不同，開挖坡度也會有所不同，因而只能夠手動(dòng)指定一條等高線或直線當(dāng)作場地開挖面的邊坡線[3]。同時(shí)，GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件所設(shè)計(jì)出的開挖剖面出圖無法將地層信息自動(dòng)附加顯示出來，而且所統(tǒng)計(jì)出來的開挖工程量僅僅只是開挖總量，無法對開挖量進(jìn)行分層統(tǒng)計(jì)。目前，這些問題仍然還沒有得到有效解決，筆者通過不斷探索，試驗(yàn)出了一種能夠?qū)⒌刭|(zhì)條件加入的場地模型建立方案，具體介紹如下:

在應(yīng)用GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行地層數(shù)字模型的建立時(shí)，必須具備地形、地面以及各個(gè)地層分界面的三維數(shù)據(jù)。由于地質(zhì)勘察工作所提供的數(shù)據(jù)并不是各個(gè)地層分界面的地形數(shù)據(jù)，而是各個(gè)離散鉆孔點(diǎn)的數(shù)據(jù)[4]。因此，在實(shí)際操作過程中，在各鉆孔所揭示的地層厚度相差比較大的情況下，各個(gè)地層厚度可以分區(qū)域進(jìn)行確定，各個(gè)地層的分界面可以將地面地形往正下方方向平移相應(yīng)地層厚度后得出;而在各鉆孔所揭示的地層厚度相差比較小的情況下，地層厚度的取值可以為各個(gè)鉆孔所揭示地層的平均厚度，各個(gè)地層的分界面可以將地面地形往正下方方向平移相應(yīng)地層厚度后得出，再將每個(gè)地層分界的各個(gè)區(qū)域盡可能平滑地連接起來，使其形成一個(gè)非常完整的地層分界面。最后，分別將每張地層分界面保存起來，為網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件備用。

以某水庫取水口的基坑開挖為例，假如建筑物所處的場地在進(jìn)行開挖時(shí)對地層的影響從地面向下一共分為1、2、3層，建筑物基礎(chǔ)位于地層的第3層，如圖1所示。首先，在進(jìn)行場地開挖模型的建立時(shí)，應(yīng)該將建筑物和每個(gè)地層都重新建立為單獨(dú)的Object，并分別用數(shù)字1、2、3對地層進(jìn)行命名。除了第1層作為現(xiàn)狀地面地形，將其類型設(shè)置為Existing-Ground之外，第2層和第3層以及建筑物的類型都應(yīng)該設(shè)置為Building。同時(shí)，應(yīng)該將各個(gè)回填邊坡和Object的默認(rèn)開挖類型都設(shè)置為noslopes，最大限度避免各個(gè)地層之間由默認(rèn)邊坡產(chǎn)生交叉現(xiàn)象，造成邊坡雜亂。

圖1 某水庫進(jìn)水口開挖邊坡模型網(wǎng)格圖

在場地模型設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)該充分應(yīng)用Ⅰmport工具將以上處理之后的各個(gè)地層分界面的數(shù)據(jù)導(dǎo)入相對應(yīng)的Object地層，形成模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。然后對建筑物基礎(chǔ)底面的開挖輪廓線進(jìn)行定義，將其定義為建筑物ObjectD的元素，并且賦予其高程等相關(guān)屬性，當(dāng)作是進(jìn)行基礎(chǔ)開挖的底坡線[5]。這時(shí)，由于所有的Object邊坡類型均被設(shè)置為無，因此，模型不會發(fā)生人任何變化。與通常情況下放坡不同的是，在進(jìn)行開挖邊坡的設(shè)計(jì)時(shí)，由從建筑物的底部開挖輪廓線以原來的向地面放坡轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛩诘貙臃牌?，即?層，選擇toobject(3層)作為放坡類型，坡比的取值為第3層允許開挖坡比，完成放坡之后，可以得到一條開外坡與第2地層和第3地層分界面的交線，緊接著再將此交線當(dāng)作第2層地層內(nèi)開挖邊坡的坡底線，并向第2層地層繼續(xù)放坡，選擇toobject(2層)為放坡類型，坡度值的取值為第2層地層所允許的開挖邊坡，從而可以得到第2層地層內(nèi)開挖坡的坡頂線，以此類推，最后，便可以得到場地地面處開挖破的坡頂線，從而完成整個(gè)開挖邊坡，在圖1中展示了某水庫進(jìn)水口開挖邊坡的網(wǎng)格模型，能夠明顯看出因地層而不斷變化的邊坡。

當(dāng)完成三維場地開挖模型的建立之后，相關(guān)人員便可以充分利用Analysis工具來實(shí)現(xiàn)開挖模型的開挖平面和開挖剖面的生成。在生成開挖剖面的過程當(dāng)中，應(yīng)該全部選擇建筑物與所有地層的Object進(jìn)行剖切，只有通過這樣的方式，最后所生成的開挖剖面才會將開挖剖面圖的全部線條要素包含在內(nèi)，從而需要必要的標(biāo)注添加上去便可以出圖[6]。同時(shí)，在對場地開挖工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)，可以首先應(yīng)用ObjecttoObject工具將Object建筑物與各個(gè)Object地層之間的開挖量統(tǒng)計(jì)出來，這樣便可以高效快速得完成統(tǒng)計(jì)，而且操作十分便捷。

3 結(jié)語

綜上所述，通過以上方式，在應(yīng)用GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行場地模型的建立時(shí)，可以非常簡單地模擬出實(shí)際的地質(zhì)分層條件。這樣一來，針對不同的地層，便能夠?qū)﹂_挖邊坡的坡比進(jìn)行精確地控制，并且可以對各個(gè)地層的開挖工程量進(jìn)行精確地統(tǒng)計(jì)。在巖質(zhì)基礎(chǔ)、開挖量大一級開挖深度大的工程設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，便可以非常準(zhǔn)確地掌握所有開挖信息，從而可以預(yù)先對工程征地、工程施工以及工程投資進(jìn)行有效控制，有效避免了因設(shè)計(jì)原因而導(dǎo)致大范圍影響工程的實(shí)施，推動(dòng)了工程的順利開展。

[1]張海陽.GEOPAK三維邊坡設(shè)計(jì)中地質(zhì)條件處理探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì).2014，62(11):169-170.

[2]龍萬學(xué)，彭小平.邊坡穩(wěn)定性分析方法及其應(yīng)用[J].采礦技術(shù).2010，89(07):1533-1535.

[3]童亮，胡卸文，汪雪瑞.GOCAD在某橋基邊坡三維地質(zhì)建模中的應(yīng)用研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù).2011，86(11):176-179.

[4]蘇立海，李婉，李寧.反傾層狀巖質(zhì)邊坡破壞機(jī)制研究——以錦屏一級水電站左岸邊坡為例[J].四川建筑科學(xué)研究.2012，77(01):179-180.

[5]鐘衛(wèi)，周德培，楊濤.順層巖石高邊坡在卸荷條件下失穩(wěn)長度的確定[J].四川建筑科學(xué)研究.2012，89(05):186-188.

[6]肖盛燮，馮五一，張?jiān)?滑坡災(zāi)害鏈?zhǔn)窖莼A段及規(guī)律研究[J].四川建筑科學(xué)研究.2010，89(06):1177-1179.