探讨GEOPAK三维边坡设计中地质条件的处理方案

王小兵

(新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，新疆乌鲁木齐830000)

在传统的工程设计当中，通常在进行建筑基坑的开挖剖面和平面的绘制时，仅仅是在2D地形图中进行，使得绘制过程十分复杂而繁琐，并且无法达到较高的准确度。同时，在统计回填和开挖工程量时容易出现较大的误差。而GEOPAK三维设计软件由于其良好的模型，具有优良的可视化功能，而且在对模型进行修改时具有方便快捷的特点，能够实现成果的快速输出，使设计效率和质量得到显著提高，因而得到了越来越广泛的应用。

1 GEOPAK三维边坡设计软件的概述

GEOPAK三维边坡设计软件是将3DPDF文档、商业工具、GⅠS、映射以及建模CAD等集为一体的新型设计软件，能够自动完成一系列完整的设计成果，具有嵌入式项目管理功能，有助于用户准确掌握所有项目的组件和交付能力，与Bentley的紧密集成ProjectWise项目协作系统连接在一起，能够使不同项目团队之间的信息实现有效协同和共享，其道路库使项目内发生重复的任务得到简化，而且能够促进快速评价关键决策的设计方案。该软件具有可配置性、灵活性、项目多功能性以及设计复杂性等特点[1]。通常情况下，GEOPAK三维边坡设计软件往往被应用于公共工程项目、铁路、高速公路和公路以及工业、商业和环境土地的开发当中。在设计规范相同的条件下，GEOPAK三维边坡设计软件能够为用户提供更加全面的设计思路，用户能够在不同角度和多种视图下开展工作，具有比传统设计工具更加显著的优势。针对高速公路和道路，GEOPAK三维边坡设计软件的Bentley以其独特的道路设计，为完整的三维参数化设计交通道路提供了一个可视化和一体化的工具。这与其它较为成熟的功能在项目准确性和设计效率的领域当中发生了极大的改变，给人留下了深刻的印象[2]。近年来，GEOPAK三维边坡设计软件在场地模型设计中得到了越来越广泛的应用，但是，在实际应用GEOPAK三维边坡设计软件建立工程场地开挖模型时，在处理地质条件的过程中会存在一定的缺陷，需要不断探讨其处理方案。

2 GEOPAK三维边坡设计中地质条件的处理方案

首先，在使用GEOPAK三维边坡设计软件进行场地开挖和回填的模型设计时，应该充分利用DTM工具将原始的测绘资料转换成数字地面模型，主要包括高程点和高线等地形信息。并且应该在数字地面模型中使用site工具对工程场地进行开挖和回填以及放坡等相关的模型设计。完成了这些模型的设计之后，应该充分利用Analysis工具将设计好的场地模型生成2D开挖平面图和剖面图，然后对场地开挖工程量和回填工程量进行统计，最后输出成果。这一环节中的模型设计和成果输出均属于比较学习的部分，但是在实际使用过程中，往往在建立工程场地开挖模型时，GEOPAK三维边坡设计软件在处理地质条件的过程中会存在一定的缺陷，如果地层不同，开挖坡度也会有所不同，因而只能够手动指定一条等高线或直线当作场地开挖面的边坡线[3]。同时，GEOPAK三维边坡设计软件所设计出的开挖剖面出图无法将地层信息自动附加显示出来，而且所统计出来的开挖工程量仅仅只是开挖总量，无法对开挖量进行分层统计。目前，这些问题仍然还没有得到有效解决，笔者通过不断探索，试验出了一种能够将地质条件加入的场地模型建立方案，具体介绍如下:

在应用GEOPAK三维边坡设计软件进行地层数字模型的建立时，必须具备地形、地面以及各个地层分界面的三维数据。由于地质勘察工作所提供的数据并不是各个地层分界面的地形数据，而是各个离散钻孔点的数据[4]。因此，在实际操作过程中，在各钻孔所揭示的地层厚度相差比较大的情况下，各个地层厚度可以分区域进行确定，各个地层的分界面可以将地面地形往正下方方向平移相应地层厚度后得出;而在各钻孔所揭示的地层厚度相差比较小的情况下，地层厚度的取值可以为各个钻孔所揭示地层的平均厚度，各个地层的分界面可以将地面地形往正下方方向平移相应地层厚度后得出，再将每个地层分界的各个区域尽可能平滑地连接起来，使其形成一个非常完整的地层分界面。最后，分别将每张地层分界面保存起来，为网格数据文件备用。

以某水库取水口的基坑开挖为例，假如建筑物所处的场地在进行开挖时对地层的影响从地面向下一共分为1、2、3层，建筑物基础位于地层的第3层，如图1所示。首先，在进行场地开挖模型的建立时，应该将建筑物和每个地层都重新建立为单独的Object，并分别用数字1、2、3对地层进行命名。除了第1层作为现状地面地形，将其类型设置为Existing-Ground之外，第2层和第3层以及建筑物的类型都应该设置为Building。同时，应该将各个回填边坡和Object的默认开挖类型都设置为noslopes，最大限度避免各个地层之间由默认边坡产生交叉现象，造成边坡杂乱。

图1 某水库进水口开挖边坡模型网格图

在场地模型设计中，首先应该充分应用Ⅰmport工具将以上处理之后的各个地层分界面的数据导入相对应的Object地层，形成模型的基础数据。然后对建筑物基础底面的开挖轮廓线进行定义，将其定义为建筑物ObjectD的元素，并且赋予其高程等相关属性，当作是进行基础开挖的底坡线[5]。这时，由于所有的Object边坡类型均被设置为无，因此，模型不会发生人任何变化。与通常情况下放坡不同的是，在进行开挖边坡的设计时，由从建筑物的底部开挖轮廓线以原来的向地面放坡转变为向所在地层放坡，即第3层，选择toobject(3层)作为放坡类型，坡比的取值为第3层允许开挖坡比，完成放坡之后，可以得到一条开外坡与第2地层和第3地层分界面的交线，紧接着再将此交线当作第2层地层内开挖边坡的坡底线，并向第2层地层继续放坡，选择toobject(2层)为放坡类型，坡度值的取值为第2层地层所允许的开挖边坡，从而可以得到第2层地层内开挖坡的坡顶线，以此类推，最后，便可以得到场地地面处开挖破的坡顶线，从而完成整个开挖边坡，在图1中展示了某水库进水口开挖边坡的网格模型，能够明显看出因地层而不断变化的边坡。

当完成三维场地开挖模型的建立之后，相关人员便可以充分利用Analysis工具来实现开挖模型的开挖平面和开挖剖面的生成。在生成开挖剖面的过程当中，应该全部选择建筑物与所有地层的Object进行剖切，只有通过这样的方式，最后所生成的开挖剖面才会将开挖剖面图的全部线条要素包含在内，从而需要必要的标注添加上去便可以出图[6]。同时，在对场地开挖工程量进行统计时，可以首先应用ObjecttoObject工具将Object建筑物与各个Object地层之间的开挖量统计出来，这样便可以高效快速得完成统计，而且操作十分便捷。

3 结语

综上所述，通过以上方式，在应用GEOPAK三维边坡设计软件进行场地模型的建立时，可以非常简单地模拟出实际的地质分层条件。这样一来，针对不同的地层，便能够对开挖边坡的坡比进行精确地控制，并且可以对各个地层的开挖工程量进行精确地统计。在岩质基础、开挖量大一级开挖深度大的工程设计过程当中，便可以非常准确地掌握所有开挖信息，从而可以预先对工程征地、工程施工以及工程投资进行有效控制，有效避免了因设计原因而导致大范围影响工程的实施，推动了工程的顺利开展。

[1]张海阳.GEOPAK三维边坡设计中地质条件处理探讨[J].建筑工程技术与设计.2014，62(11):169-170.

[2]龙万学，彭小平.边坡稳定性分析方法及其应用[J].采矿技术.2010，89(07):1533-1535.

[3]童亮，胡卸文，汪雪瑞.GOCAD在某桥基边坡三维地质建模中的应用研究[J].地质灾害与环境保护.2011，86(11):176-179.

[4]苏立海，李婉，李宁.反倾层状岩质边坡破坏机制研究——以锦屏一级水电站左岸边坡为例[J].四川建筑科学研究.2012，77(01):179-180.

[5]钟卫，周德培，杨涛.顺层岩石高边坡在卸荷条件下失稳长度的确定[J].四川建筑科学研究.2012，89(05):186-188.

[6]肖盛燮，冯五一，张元才.滑坡灾害链式演化阶段及规律研究[J].四川建筑科学研究.2010，89(06):1177-1179.