三维地质建模在岩土工程勘察中的应用分析

赖政勇

（广东省地质局第三地质大队，广东 韶关 512026）

1 项目概述

华发悦澳湾广场位于珠海市横琴新区，用地性质为综合用地，用地面积约26446.35平方米，总建筑面积约219000平方米，其中地上建筑面积约139300平方米，地下建筑面积约79700平方米，主要建设内容为写字楼、配套会展功能、商务公寓及商业服务设施等。

本次勘探点测放依据甲方提供的《勘探点平面布置图》确定，勘察报告提供的勘探点坐标和高程数据均进行实测，坐标采用珠海坐标系，高程采用1956年黄海高程[1]。

2 场地的地层岩性分析

经勘探，按地层成因类型和岩土层性质，场区内地层自上而下分为：第四系人工填土层、第四系海陆交互相沉积层、第四系残积层、燕山期花岗岩风化带，具体描述如下：

第一，第四系人工填土层。素填土，层厚5.5m～12m，平均厚度8.28m；顶板标高2.04m～4.42m，平均标高2.81m。实测标贯试验N-2.0～7.0击，平均击数4.2击（标贯次数=31）。

第二，第四系海陆交互相沉积层。①淤泥（高压缩性土），层厚8.30m～26.8m，平均厚度13.65m；顶板标高-9.49m至-2m，平均标高-5.47m。②中砂（中压缩性土），层厚1.1m～2.3m，平均厚度1.77m；顶板标高-24.52m至-16.75m，平均标高-19.61m。③粉质粘土（中压缩性土），层厚1.5m～11.6m，平均厚度4.69m；顶板标高-26.82m至-13.20m，平均标高-17.98m。④中砂（中压缩性土），层厚0.9m～8.7m，平均厚度2.53m；顶板标高-27.98m至-17.04m，平均标高-20.6m。⑤淤泥质土（高压缩性土），层厚1.4m～17.1m，平均厚度8.61m米；顶板标高-33.92m至-16.05m，平均标高-22.48m。⑥粗砂（中压缩性土），层厚1.8m～20.7m，平均厚度8.78m；顶板标高-39.4m至-23.15m，平均标高-30.89m。⑦粉质粘土（中压缩性土），层厚2m～21.8m，平均厚度6.74m；顶板标高-46.55m至-28.02m，平均标高-36.79m。

第三，第四系残积层。砂质粘性土（中压缩性土），层厚0.9m～28.2m，平均厚度5.55m；顶板标高-58.85m至-26.32m，平均标高-40.07m。

第四，燕山期花岗岩风化带。①全风化花岗岩（中压缩性土），层厚0.5m～17.3m，平均厚度4.69m；顶板标高-63.73m至-30.4m，平均标高-45.34m。②强风化花岗岩，层厚1.1m～57.4m，平均厚度10.29m；顶板标高-81.03m至-32.78m，平均标高-49.95m。③破碎中风化花岗岩(较软岩)，层厚0.5m～16.85m，平均厚度4.52m；顶板标高-112.6m至-35m，平均标高-61.02m。④中风化花岗岩(较硬岩)，层厚3.3m～11.37m，平均厚度7.89m；顶板标高-120.77m至-34.08m，平均标高64.62m。

3 岩土工程勘察中三维地质建模的具体应用探究

3.1 三维地质建模流程设计

以项目勘探钻孔数据为基础，使用GTP建模方法，自上而下的完成三维地质模型的搭建，以此完成对项目施工区域的地质条件、存在地质问题的分析。在三维地质模型的搭建过程中，主要工作流程如下所示：依托项目的钻孔勘探数据，完成模型边界得定义、提取数字高程点、分析土层沉积顺序、建立起地层接触面；综合模型边界与数字高程点完成数字高程模型的搭建，综合土层沉积顺序分析数据以及地层建筑面积的建立完成三维地质模型的建立；结合数字高程模型以及三维地质模型，实施平面剖切、折线剖切、栅栏剖切、预定义钻孔剖切；根据所有剖切结构结果，实现三维模型的可视化以及分析。

在本项目的三维地质建模工作实践中，结合上述三维地质模型的搭建流程，主要工作步骤为：第一，对项目钻孔数据展开预处理。由于项目钻孔数据普遍存在着地层数据丢失等异常情况，所以在实际搭建起三维地质模型前，必须要对相关数据展开预处理，对缺失的数据进行补充，或是修正错误的地层信息，为后续工作的展开提供更好支持。第二，数字高程模型的搭建。重点参考区域内的高程数据信息，实现数字高程模型的生成。第三，三维地质模型的搭建。根据差异性的土层类型，结合GTP建模方法的应用，构建起本项目施工区域的三维地质模型；钻孔使用多棱柱拟合圆柱建模。

3.2 三维地质建模方法

3.2.1 项目钻孔数据预处理

由于项目钻孔数据普遍存在着地层数据丢失等异常情况，所以在实际搭建起三维地质模型前，必须要对相关数据展开预处理。若是不对钻孔数据展开预处理，则在使用GTP建模方法搭建三维地质模型的过程中，极易产生逻辑性错误。基于这样情况，需要依托预处理对地层中主层随包含的亚层情况进行标准化，并及时、准确补充（虚拟补充）所缺失的亚层信息。实践中，项目钻孔数据的预处理步骤如下所示：提取主层数；对所有主层数中所包含的亚层最大数与相关信息展开搜索；判断主层中其他钻孔信息，对比在上一步骤中检索到的信息，以此完成对缺失信息的虚拟补充，保证项目钻孔信息的完成程度；重复展开第二步与第三步操作，对完成预处理的钻孔信息进行保存。

3.2.2 三维地质模型构建

主要选用GTP建模方法完成三维地质模型的构建，实践中，将某一地层与相邻地层的岩性接触面设定为该层的上表面与下表面，并结合项目区域内地层分布规律、地层之间的岩性接触面的应用，搭建起三维地层实体模型。

3.3 三维地质建模可视化分析

3.3.1 区域地质构造分析

本地区在地质构造上处于五桂山隆起的南麓，地质构造较为复杂，自侏罗纪以来，经多次构造运动，中生代岩浆活动强烈，酸性岩浆岩侵入遍布全区，新生代以小规模的基性岩浆侵入。珠海地区区域断裂主要为北西及北东向两组，其次为北北东向及北东东向。根据区域地质资料，延伸上百公里的北东向断裂、北西向断裂以及南海北部的北东向断裂是本区域产生地震的主要地质构造。在珠海三角洲地区，历史上发生过10次4至5级地震，最大震级为5级，于1905年发生在磨刀门海域。

本项目施工区域及周边区域的主要断裂如下所示：

第一，五桂山南麓断裂。西自斗门向北东延伸，经五桂山南麓而入海，长约45公里，走向50°～60°，倾向南东，倾角40°～70°，沿断裂带角砾岩发育，普遍见强烈硅化、片理化，属平移正断层。

第二，西江断裂。自磨刀门口沿西江分布，向北延伸至三水，南向海区延伸，是珠海主干断裂，走向325°，倾向50°～60°，倾角大于70°，本断裂形成较新，前期为张扭性，近期显压扭性。

第三，南屏断裂。自本市南西延至南屏以西，长18公里，走向60°，倾向北西，倾角40°～70°，属平移正断层。

第四，南屏-唐家断裂。南起南屏经翠微至唐家进入官塘环，长28公里，走向30°，倾向南东，倾角60°～80°，属平移正断层。

第五，白藤山-白莲洞断裂。位于吉大、南屏、均昌围，过西江，再经白藤山至小林，长30公里，走向30°，产状NE60-75°NW∠70°，属于晚第四纪断裂。

综合来看，南屏-唐家断裂离本场地较近。根据钻探结果，在钻探深度范围内未遇见断裂构造。场地及附近亦未见到崩塌、滑坡及泥石流等其它不良地质现象。

3.3.2 水文地质分析

拟建场地地下水类型主要为第四系孔隙潜水、粗砂中的承压水及基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于填土层，淤泥、粉质粘土、淤泥质土、残积土层及全风化层属于相对弱透水性土层。地下水主要受大气降水补给。地下水位随季节变化，雨季时，大气降水充沛，地下水位上升；而在枯水期时，因降水减少，地下水位随之下降。地下水的排泄主要是大气蒸发。

本次勘察，揭露有砂层分布，其地下水类型主要为承压水，砂层属于透水性土层。承压含水层因受上部隔水层的影响，与大气圈、地表水圈的联系较差，不易受水文、气象等因素的影响或影响相对较小，水循环缓慢，水资源不易恢复补充。本次勘察，承压水的顶板隔水性较好，其渗流方式，主要是通过含水层出露于地表的补给区接受补给，在承压区也可以接受潜水的越流补给。此外，在适宜的地形和地质构造条件下，承压水之间还可以互相补给。承压水径流条件决定于地形、含水层透水性和地质构造，以及补给区与排泄区的承压水位差。本次勘察，采用套管止水的方法，测得场地承压水水位埋深变化幅度平均约4.80m，水位标高平均约-2.01m。

基岩裂隙水赋存于花岗岩强、中风化带中，其分布受赋存岩体裂隙发育程度的影响较大，具明显的各向异性特点，属非均质渗流场，在节理较发育的地段，裂隙水赋存较丰富，且透水性较强。

根据本次勘察揭露，拟建场地地下水位变化较大，勘察期间测得场地地下水混合水位埋深0.20m～4.9m，平均埋深1.83m，地下水位标高-2.15m～3.62m，平均标高0.99m，场地地下水年变化幅度在2m～3m左右。

另外，场地地下水主要为中砂、粗砂中的孔隙潜水，其富水性较好，具中等～强透水性。桩基施工时，应做好防护和加固措施，防止地下水与土体相互作用，使桩基周边土体的强度和稳定性降低，引发潜蚀等问题。

4 总结

综上，通过在岩土工程勘察中应用三维地质模型，能够达到维护分析结果可视化的效果，值得重点探究与推广。实践中，以项目勘探钻孔数据为基础，使用GTP建模方法，自上而下的完成三维地质模型的搭建，能够更好的完成对项目施工区域的地质条件、存在地质问题的可视化分析，为项目使用的展开提供全面的地质信息支持。