西南岩溶区深埋隧洞涌水条件分析及涌水量预测——以滇中引水工程大坡子隧洞为例

隧洞涌水预测是隧洞安全施工的重要保证,而分析涌水条件、识别涌水来源是涌水量预测的前提。本文以滇中引水工程大坡子隧洞为研究对象,通过分析研究区地层岩性、地质构造,结合地下水水化学特征、同位素结果,厘清了研究区地下水的水文地质条件,确定了隧洞涌水补给来源;在此基础上,利用解析法和数值法对隧洞最大单位涌水量和正常单位涌水量进行计算,并将预测涌水量与实测涌水量进行了对比。其中,基于FEFLOW构建的地下水流数值模型,耦合模拟区域宏观流场的同时,采用多时间序列与各类内边界综合赋值的方法刻画动态施工过程。结果表明：解析法可以在工程初勘设计阶段高效计算隧洞涌水量,但不能动态预测隧洞涌水变化且在地下水位较高区段预测精确度不如数值法;数值法能够精细刻画含水系统结构、参数分布以及隧洞施工工况,能较精确预报施工涌水量变化;故采用解析-数值方法可以显著提高涌水量预测效率和精度。本文采用的方法和模型对于大风险隧洞突涌水灾害防控具有重要意义。     

非结构化网格MODFLOW模拟方法与应用

传统的MODFLOW采用结构化网格进行剖分,但是对刻画形状复杂的边界等实际问题存在局限性。最新的非结构化网格MODFLOW(MODFLOW-USG)能够提供更加灵活的网格剖分方法,并能够刻画形状不规则的边界、非均质地质体和不连续层等实际问题,提高模型仿真度与计算结果精度。利用MODFLOW-USG方法对黑河中游盆地地下水流动模型进行了研究,针对形状复杂、尺度不一的河流边界进行了精细化剖分,提高了河流及附近重点关注区模拟结果的准确性。     

基于三维地质模型的地下洞室群地震动力响应分析

工程区域地质条件是影响地下洞室群稳定的重要因素,而通用数值分析软件在建立复杂地质模型时存在建模时间长、准确度低、不能真实反映复杂地质特征等困难。针对此问题,采用以非均匀有理B样条（NURBS)为主的混合数据结构,对复杂区域地质构造进行了三维建模,建立了西南某水电站大型地下洞室群的三维地质模型。并以此模型为基础,建立了包括空间曲面断层、地层等复杂地质因素的数值模型,结合ABAQUS的隐式和显式分析,对洞室开挖和地震作用下的动力时程响应进行了仿真分析。分析结果表明,该方法不仅较大程度地反映了实际地质情况,而且有利于数值仿真分析的网格剖分与计算,从而为分析地下洞室群地震反应提供了三维数值模型,为地震作用下洞室的安全性评价提供了重要的技术支持。     

北京市平原区地下水流动数值模型应用研究

以北京市平原区地下水系统作为研究对象,系统地收集整理了相关的地质和水文地质资料,通过对资料的综合分析,对边界条件、含水层结构等进行合理概化,建立了水文地质概念模型。在此基础上,运用MODFLOW软件建立了北京市平原区地下水流动的三维数值模型。模型垂向上剖分为10层,平面上每层剖分为499行×499列不规则矩形网格,有效单元共计1 103 000个,以刻画复杂的含水层结构和地下水三维流动特征。依据实测地下水位数据进行模型参数识别与校正,绝大多数计算水位与实测水位拟合较好,模拟流场与实测流场吻合,参数符合水文地质条件,表明本研究建立的数值模型能够较好地刻画北京平原区地下水流动特征。     

基于BIM技术的地铁基坑工程施工仿真模拟方法

如何在地铁基坑施工过程中充分利用复杂地质和工程结构的多源异构信息,实现施工数字化建造是地铁工程建设中的一个难题。通过提出建筑信息模型（BIM）定制化思路,有效集成工程结构体和岩土体模型,建立岩土体开挖与结构体施作同步进行的基坑施工仿真模拟方法,来解决这一难题。采用工业基础类（IFC）标准,分别针对地质体和工程结构进行扩展和定义,构建基于IFC标准的基坑工程基础数据体系。在Autodesk软件平台上,研发基坑结构构件库和参数化构件建模技术,创建自定义的基坑结构建模插件。构建基于钻孔数据的三维地质建模方法,建立面向施工过程的地质模型动态剖切方法,将地质模型离散划分不同开挖阶段的三维地质块体,形成基坑分阶段施工三维地质模型。在此基础上,研究地质体与结构体融合的拓扑重构算法,构建基坑多阶段开挖一体化集成BIM模型,动态加载施工进度信息,形成基于BIM技术的地铁基坑工程施工仿真模型和模拟方法。最后,通过工程实例展示所提出的仿真模拟方法的可行性与有效性。     

松辽盆地北部薄互层复杂构造的精细刻画方法与应用

随着勘探开发的深入, 小断块、小砂体及其隐蔽圈闭所形成的油气藏越来越具有商业价值.松辽盆地北部薄互层复杂构造发育, 幅度5~10m的小幅度构造、断距3~5m的小断层、1~2m厚的薄砂体都可能对油气富集起到重要作用, 其精细刻画需要一系列新的技术方法.根据研究区的地质条件和地震资料的情况, 研究了高精度合成地震记录制作方法、三维相干数据体技术及相干切片断层多边形提取方法以及二维叠偏成图精确空间归位方法等.通过这些方法实现了地震地质层位精细标定、断层的精细解释和二维叠偏成图.这些方法在松辽盆地北部的应用表明, 在断层的延伸位置、破碎带宽度等方面, 解释精度比常规方法有很大提高, 并能识别出断距仅为3~5m的小断层, 在二维工区获得了高精度的成图结果, 不仅提高了构造的解释精度, 而且提高了解释的效率.松辽盆地北部薄互层复杂构造的精细刻画是油藏描述和建立精细地质模型的基础.      

鄂尔多斯盆地白垩系三维地质建模研究

鄂尔多斯白垩系盆地三维地质建模是三维地下水数值模拟的基础。对于大尺度复杂区域的地质建模,选择了新一代三维地质建模软件GOCAD。以现有的钻孔、物探和地质基岩图等数据为基础,建立了以ArcGIS为平台的含水层地下水信息系统,以数字高程模型(DEM)作为地表模型,用离散光滑插值方法建立白垩系各含水岩组地质模型和地质体模型。经过误差分析,所建立的地质模型能满足当前的精度要求,同时也验证了建模思路的可行性。     

基于地质剖面构建三维地质模型的方法研究

地质剖面是三维地质建模的重要数据源,运用地质剖面构建三维地质模型的方法应用较为广泛。在模型构建之前,统一确定模数据的坐标系和比例足,建立原始资料数据库。构建三维地质模型的关键是不同地质界面。本文详细介绍了模型边界面、断层面、地层界面、岩体界面等4种主要地质界面的构建流程与方法,尤其对褶皱构造、地层界面的断层效应、复杂岩体界面等的构建进行了重点阐述按模型边界面(模型的底界面和四周边界面)、DEM面、断层面、其他地质界面的顺序依次构建地质界面,构建断层面和其他地质界面时严格按先新后老的顺序。运用已构建好的地质界面按先新后老的顺序逐个、依次建立单个地质体,再将所有地质体的面模型组合成整个模型的面模型。通过对面模型进行网格(实体)填充和对网格赋予相应的属性值,最终构建三维地质模型。     

海相砂岩油田高含水期精细油藏描述及剩余油分布研究

海上油田高含水期剩余油分布复杂,优势渗流通道砂体与隔夹层分布特征决定了剩余油分布,是剩余油主控地质因素。如何准确刻画与表征储层内部的优势渗流通道砂体及隔夹层,明确剩余油分布特征,认清油田调整挖潜的剩余潜力,是油藏描述面临的主要问题。针对南海珠江口盆地西江油田（XJ油田）高含水期面临的优势渗流通道砂体认识不清以及隔夹层分布难以刻画的地质问题,探讨形成海相砂岩油田高含水期精细油藏描述的关键技术。基于“差异放大”理念的精细地层细分与对比技术,解决了精细地层格架建立困难的问题;“波形与属性结合”的优势砂体刻画技术明确了储层砂体的分布范围与空间叠置关系,为识别优势渗流通道砂体与认识渗流特征提供依据;“非均质性分级表征”的三维地质建模技术将储层内部控制剩余油分布的优势渗流通道砂体、隔夹层、储层渗流差异表征在地质模型中。在精细地质模型及数值模拟的基础上定量表征剩余油空间分布特征,为剩余油挖潜和调整方案的实施提供地质依据。     

基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法

FLAC3D平台下前处理阶段复杂地质体三维数值计算模型的建立一直是岩土工程数值模拟工作者面临的难题,而三维激光扫描技术在获取复杂物体的精细空间数据的方面具有独特的优势。因此,本文提出以逆向工程为过渡平台实现复杂三维地质体FLAC3D数值模型的构建。利用三维激光扫描技术精细几何数据的获取功能,对复杂三维地质体空间形状几何信息进行提取;利用Geomagic Studio良好的点云数据处理及曲面建模功能,准确地重构了复杂地质体的CAD曲面模型;利用Hypermesh强大的几何处理能力及网格划分能力,将复杂地质体的CAD曲面模型进行实体化和网格化;最后由FLAC3D软件内嵌的Fish语言编制的文件转换为FLAC3D能够识别的文件格式,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的高效、精准的建立。结合工程实例,对该方法的可行性与仿真效果进行了检验。结果表明该方法具有方便、快捷、合理且实用性强的优点。     

大武水源地岩溶地下水开采动态数值模拟分析

综合考虑大武水源地复杂的水文地质条件,运用三维数值模拟技术,采用断层带状剖分方法,在大武水源地建立了地下水流动的三维数值模型。模型采用任意多边形网格有限差分法求解,把断层带作为单独的水文地质参数分区参与模型运算,较好地刻画了断层的性质,模拟计算水位结果与观测水位资料拟合检验效果良好。为了保证大武水源地岩溶地下水能够合理的持续开发利用,在此模型基础上和在不考虑上游太河水库放水条件下,模拟计算得出了平水段和枯水段水源地地下水的允许最大可开采量分别为39. 7万m3 /d和26. 2万m3 /d      

基于FEFLOW的岩溶管道模型构建方法探讨

岩溶管道流模型的刻画一直是岩溶区开展地下水数值模拟研究中的难点所在,基于此,文章以贵州六枝特区某项目为例进行地下水数值模拟研究,探索了在FEFLOW离散特性功能模块下岩溶管道流模型的刻画方式与方法。在详细分析研究区地质及水文地质条件的基础上,对研究区范围、边界、含水层结构等概化,建立了研究区的水文地质概念模型;以ArcGIS软件为辅助,基于有限元法的FEFLOW软件为操作平台,利用区内钻孔资料及野外测算结果,通过软件公式编辑、插值等功能分别获得各层顶底板高程属性,将数据输入FEFLOW后,对模拟区平面三角剖分进而空间离散构建了研究区的三维地质模型;并利用FEFLOW软件的离散特性功能模块,将研究区灰场南部岩溶洼地与岩脚泉间划定为特定区域,建立缓冲区并给予其高特异性,耦合哈根-泊肃叶流体流动公式,在模型中刻画了岩溶管道流模型;最后探讨了特殊地质构造与岩溶管道模型的刻画方式与方法刻画出了符合案例区的三维向斜褶皱地质模型和岩溶管道流模型。      

带断层地震数据的Delaunay三角剖分算法

数据网格化是三维地质建模的常用方法。断层是普遍的地质现象,带断层的海量数据三角剖分在建模中较为复杂。提出了一种简单的可以解决带断层地震数据Delaunay三角剖分的有效算法。该算法首先对数据边界进行初始Delaunay三角剖分,然后将其变尺度加密,生成较均匀三角网,最后将断层边界强行嵌入三角网,实现了三角网格化。      

三维地质建模技术及其在煤田构造中的应用

煤炭地质勘查的研究对象、勘探方法、数据资料在空间上都是三维的,适合于采用三维地质建模技术进行管理。根据三维地质建模与煤炭地质勘查是否同时,可将煤炭地质勘探三维地质建模分为两类,一类为勘探工作中,主要以钻孔数据为主,用于制作三维地质模型的原型,生成煤层底板等高线、剖面图草图,供地质工程师进一步加工,构建精细的三维地质模型;另一类为勘探工作后,即以已经做好的煤层底板等高线图、剖面图为主要数据源,构建精细的三维地质模型。精细的三维地质模型可用于煤矿设计、数字矿山建设。三维地质建模技术的应用有利于煤炭地质构造的研究,主要表现在:第一,可对地面、钻探、物探、化探多种手段获得的探测资料进行集成与同化处理,提高信息空间的一致性;第二,地质构造要素表达具有直观性与三维立体性,如断层的表达,其在三维环境中不仅可表达为一个面,并且能清晰反映断层与地层、以及断层与断层之间的相互切割关系,弥补了平、剖面图上仅表现为一条断层线的不足;第三,可平、剖面三维联动编辑,很好地保证平面图与剖面图的空间一致性;第四,可以在剖面上以画草图的方式确定剖面上煤层对比与断层切割方案。     

一种基于TIN-CPG混合空间数据模型的精细三维地质模型构建方法

精细三维地质模型的构建是实现地质体真三维可视化分析的难题之一。提出一种基于不规则三角网(TIN)和角点网格(CPG)的混合空间数据模型来构建三维精细地质模型的方法。首先建立基于TIN的构造-地层格架三维地质模型,然后进行TIN面元模型到CPG体元模型的转换,将基于TIN的构造-地层格架模型转换为基于CPG的精细网格体元地质模型,从而实现"表达上"精细三维地质模型的构建。在转换过程中首先要进行地层序列的定义,然后对空间格网进行划分,在此基础上计算格网中各个单元格的空间坐标和各个网格的有效性,并将计算结果存储为GRDECL格式文件,最后通过QuantyView3D系统读取该文件实现精细地质属性模型的展示。利用该方法对沿海某城市一个重点区域进行精细水文地质模型的构建,验证了其方法的可行性。     

火山岩体围岩隧道断层带涌水量计算方法综合研究:以青云山隧道为例

以某火山岩体围岩隧道为研究对象,分析了隧道区蓄水构造类型与隧道涌水特征,运用多种解析方法和数值模拟方法对隧道区典型断层带涌水量进行了计算,并与实测数据进行了对比,总结出各种方法的适用性。研究结果表明:火山岩体围岩隧道涌水表现为断层带控水的分段涌水特征;传统的地下水动力学法较降雨入渗法和氚同位素法更适合于用于此类隧道的隧道涌水量计算,而数值模拟法在计算隧道涌水量上有一定的优越性。此外,隧道断层带水文地质调查的程度与参数刻画的准确度对计算结果精度影响很大。     

陕西引红济石工程高外水压力隧洞中地下水三维渗流计算

深埋隧洞在现代工程建设中日益增多,但长距离深埋隧洞工程较少,而引红济石工程不但属长距离深埋隧洞,而且所处地质环境复杂,其中最为突出的地质问题是施工期隧洞涌水量较难预测。对其计算预测,将直接影响该工程的工程造价、施工安全、处理方案。就“引红济石工程”中隧洞水文地质条件,采用三维渗流理论计算作了介绍,对今后类似工程有重要的借鉴意义。     

基于Delaunay三角剖分的二维交互建模研究

准确合理的地质模型是地震正演模拟的基础.简单的层状结构建模方法无法描述复杂的地质模型的拓扑结构,基于块体的地质建模方法可以描述断层、尖灭、透镜体等多种复杂地质结构,但建模方法实现比较难.这里提出了一种解决方案,该方法基于Delaunay的地质建模方法,采用带约束的Delaunay三角剖分对复杂模型三角化,在此基础上,以...     

岩体结构三维无缝建模与四面体优化剖分

复杂地质特征给数值模拟的建模工作带来很大困难,针对该问题,提出并实现了岩体结构三维无缝建模方法。将直接法拓展到四面体网格剖分中,实现了基于岩体结构无缝模型的四面体优化剖分方法,从而为数值模拟提供既符合地质实际,又有较高网格质量的计算模型。利用该方法建立了某拱坝坝肩岩体三维地质模型,并进行四面体优化剖分。     

云际铀矿床三维地质模型构建及分析

云际铀矿床位于相山矿田的东北部,为南北向、北东东向断裂和火山塌陷构造复合部位,矿区范围内断裂构造十分发育,云际主断层是本矿床的主要含矿构造。云际铀矿床的矿体严格受云际主断层的控制,主要矿体均赋存在该断层上盘附近。文章采用SKUA-GOCAD软件进行地形地貌模型、钻孔模型、构造-地层模型、岩体模型和矿体模型等地质体三维地质模型的构建。利用三维地质模型可以直观查看地质体之间关系,结合地质背景和成矿规律对矿床的成矿远景进行了预测。