利用GIS分析巖溶地區(qū)磷石膏渣場(chǎng)節(jié)理裂隙特征

汪志鵬，董 寅

(景德鎮(zhèn)市地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急中心，江西 景德鎮(zhèn) 333000)

0 引 言

作為當(dāng)今發(fā)展較快的科學(xué)技術(shù)之一，GIS是以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用于空間地理相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、提取、檢索、分析、顯示、制圖，實(shí)現(xiàn)綜合分析應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。隨著時(shí)代的發(fā)展，巖土工程的范疇已不再局限在傳統(tǒng)意義上，而是更廣泛地與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合。將GIS技術(shù)引入巖土工程領(lǐng)域，可以大大提高工作效率，提高巖土工程勘察設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。本文通過(guò)對(duì)磷石膏堆填體的位置形態(tài)、渣場(chǎng)的面積、體積、任意點(diǎn)磷石膏厚度等進(jìn)行節(jié)理裂隙分析；根據(jù)節(jié)理裂隙分析的結(jié)果進(jìn)行三維建模，分析巖體結(jié)構(gòu)面的空間形態(tài)、組合關(guān)系、分布和延展規(guī)律等，從而分析地下水在結(jié)構(gòu)面中的運(yùn)動(dòng)方向。

1 工程概況

渣場(chǎng)位于白頭村雞窩坡，磷石膏堆積體高程1 246～1 275 m，堆積體位于溝谷地段，東南和西北兩側(cè)為山，溝谷從西南往北通過(guò)，磷石膏直接與兩側(cè)基巖接觸，底部直接與紅黏土接觸。磷石膏堆填體平面上呈逗號(hào)形狀，沿東西方向，最寬處約230 m，沿南北方向最寬處約360 m；堆填體中部相對(duì)較低，與周邊堆填體高差3～8 m，為開(kāi)挖外運(yùn)所致，受場(chǎng)地地形控制，靠山兩側(cè)出露白云巖，磷石膏直接與兩側(cè)基巖接觸，基巖可見(jiàn)節(jié)理裂隙發(fā)育，部分接觸基巖面經(jīng)過(guò)爆破；底部為紅黏土，磷石膏直接與紅黏土接觸，覆蓋在紅黏土之上。

2 污染情況

2.1 地表水污染

場(chǎng)區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育，基巖中賦存巖溶裂隙水，與地表水存在水力聯(lián)系。地下水受到磷石膏渣場(chǎng)的污染后，在其出水口(泉點(diǎn)、水井等)將受到污染的地下水排入地表水系，使地表水間接受到磷石膏渣場(chǎng)的污染。

2.2 地下水污染

場(chǎng)區(qū)屬巖溶地貌，巖體直接出露地表，磷石膏渣場(chǎng)堆填高度較大，堆填體兩側(cè)與巖體直接接觸，磷石膏滲瀝液可直接通過(guò)節(jié)理裂隙進(jìn)入地下水系，使地下水污染。場(chǎng)區(qū)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，磷石膏滲瀝液、懸濁液進(jìn)入基巖，引起周邊地下水環(huán)境發(fā)生變化，造成基巖含水層污染。

3 巖體節(jié)理裂隙調(diào)查

對(duì)磷石膏渣場(chǎng)附近出露基巖選取具有代表性的12個(gè)點(diǎn)進(jìn)行樣方調(diào)查，現(xiàn)場(chǎng)繪制素描圖，測(cè)量各節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀并進(jìn)行分組，對(duì)節(jié)理裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出發(fā)育規(guī)律、數(shù)量、方向等，為水環(huán)境分析提供依據(jù)。

樣方統(tǒng)計(jì)以單位面積為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)，以樣方3為例，并以素描圖和照片記錄其原始狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)其產(chǎn)狀、間距、寬度、長(zhǎng)度。見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 樣方3工作面

圖2 節(jié)理網(wǎng)絡(luò)模擬軟件

根據(jù)節(jié)理裂隙調(diào)查，場(chǎng)地周?chē)?jié)理裂隙發(fā)育，共11組，寬度0～15 cm不等。其中主要發(fā)育四組，產(chǎn)狀分別為：第一組2°∠81°，第二組345°∠52°，第三組(平行層面)278°∠58°，第四組169°∠50°。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)通過(guò)節(jié)理網(wǎng)絡(luò)模擬軟件進(jìn)行模擬，得到樣方3的成果，見(jiàn)圖3。

圖3 樣方3節(jié)理網(wǎng)絡(luò)模擬成果

巖土勘察和量測(cè)獲得的巖土信息是一些離散的數(shù)據(jù)，面對(duì)這些巖土信息，圖形圖像是最直觀的數(shù)據(jù)解釋。因此，空間地質(zhì)模型及可視化系統(tǒng)的研究和應(yīng)用是巖土工程勘察評(píng)價(jià)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)應(yīng)用的必然趨勢(shì)。

4 磷石膏渣場(chǎng)GIS分析

在前期工作的基礎(chǔ)上，采用SuperMap軟件對(duì)相關(guān)圖件和數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化輸入，進(jìn)行三維建模，得出磷石膏堆填體的三維圖像，對(duì)磷石膏堆填體的位置形態(tài)、渣場(chǎng)的面積、體積、任意點(diǎn)磷石膏厚度、剖面形態(tài)等進(jìn)行分析；根據(jù)節(jié)理裂隙分析的結(jié)果進(jìn)行三維建模，分析巖體結(jié)構(gòu)面的空間形態(tài)、組合關(guān)系、分布和延展規(guī)律等。

4.1 GIS形態(tài)分析

通過(guò)對(duì)場(chǎng)地原狀地形圖和現(xiàn)狀地形圖進(jìn)行矢量化后疊加，提取數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維建模，對(duì)磷石膏渣場(chǎng)進(jìn)行形態(tài)分析。運(yùn)用提取的渣場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)疊加后的圖形切剖面，得出渣場(chǎng)與地面接觸界線。

4.2 空間形態(tài)分析

通過(guò)對(duì)礦渣堆積前后分別建模疊加，得出磷石膏堆填體體積、堆填體任一點(diǎn)厚度等空間特征數(shù)據(jù)和空間特征數(shù)據(jù)。見(jiàn)圖4和圖5。

圖4 體積分析

圖5 厚度采集點(diǎn)

4.3 三維建模

根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，到11組結(jié)構(gòu)面。根據(jù)節(jié)理裂隙發(fā)育次序，結(jié)合對(duì)滲流影響較大的寬度、密度等參數(shù)，確定4組結(jié)構(gòu)面，分別為第1、6、7、10組，得出結(jié)構(gòu)面在單位面積和體積內(nèi)的結(jié)構(gòu)模型。見(jiàn)圖6-圖9。

圖6 1 m2面積內(nèi)節(jié)理裂隙的分布

圖7 1 m3體積內(nèi)節(jié)理裂隙的分布

圖8 三維結(jié)構(gòu)面示意圖

圖9 空間模型示意圖

5 結(jié) 語(yǔ)

磷石膏堆積體本身含水，降雨時(shí)含水量增大，形成滲瀝液、懸濁液，向外流淌污染周邊環(huán)境。在結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，建立結(jié)構(gòu)面模型，基于GIS技術(shù)的三維建模模擬，可以再現(xiàn)結(jié)構(gòu)面在空間的存在形態(tài)，便于判斷結(jié)構(gòu)面節(jié)理裂隙的發(fā)展趨勢(shì)，以此來(lái)分析地下水在結(jié)構(gòu)面中的運(yùn)動(dòng)方向，判斷磷石膏渣場(chǎng)在基巖中的流向，從而為治理地下水提供科學(xué)依據(jù)。