三維地質建模在巖土工程勘察中的應用分析

賴政勇

（廣東省地質局第三地質大隊，廣東 韶關 512026）

1 項目概述

華發悅澳灣廣場位于珠海市橫琴新區，用地性質為綜合用地，用地面積約26446.35平方米，總建筑面積約219000平方米，其中地上建筑面積約139300平方米，地下建筑面積約79700平方米，主要建設內容為寫字樓、配套會展功能、商務公寓及商業服務設施等。

本次勘探點測放依據甲方提供的《勘探點平面布置圖》確定，勘察報告提供的勘探點坐標和高程數據均進行實測，坐標采用珠海坐標系，高程采用1956年黃海高程[1]。

2 場地的地層巖性分析

經勘探，按地層成因類型和巖土層性質，場區內地層自上而下分為：第四系人工填土層、第四系海陸交互相沉積層、第四系殘積層、燕山期花崗巖風化帶，具體描述如下：

第一，第四系人工填土層。素填土，層厚5.5m～12m，平均厚度8.28m；頂板標高2.04m～4.42m，平均標高2.81m。實測標貫試驗N-2.0～7.0擊，平均擊數4.2擊（標貫次數=31）。

第二，第四系海陸交互相沉積層。①淤泥（高壓縮性土），層厚8.30m～26.8m，平均厚度13.65m；頂板標高-9.49m至-2m，平均標高-5.47m。②中砂（中壓縮性土），層厚1.1m～2.3m，平均厚度1.77m；頂板標高-24.52m至-16.75m，平均標高-19.61m。③粉質粘土（中壓縮性土），層厚1.5m～11.6m，平均厚度4.69m；頂板標高-26.82m至-13.20m，平均標高-17.98m。④中砂（中壓縮性土），層厚0.9m～8.7m，平均厚度2.53m；頂板標高-27.98m至-17.04m，平均標高-20.6m。⑤淤泥質土（高壓縮性土），層厚1.4m～17.1m，平均厚度8.61m米；頂板標高-33.92m至-16.05m，平均標高-22.48m。⑥粗砂（中壓縮性土），層厚1.8m～20.7m，平均厚度8.78m；頂板標高-39.4m至-23.15m，平均標高-30.89m。⑦粉質粘土（中壓縮性土），層厚2m～21.8m，平均厚度6.74m；頂板標高-46.55m至-28.02m，平均標高-36.79m。

第三，第四系殘積層。砂質粘性土（中壓縮性土），層厚0.9m～28.2m，平均厚度5.55m；頂板標高-58.85m至-26.32m，平均標高-40.07m。

第四，燕山期花崗巖風化帶。①全風化花崗巖（中壓縮性土），層厚0.5m～17.3m，平均厚度4.69m；頂板標高-63.73m至-30.4m，平均標高-45.34m。②強風化花崗巖，層厚1.1m～57.4m，平均厚度10.29m；頂板標高-81.03m至-32.78m，平均標高-49.95m。③破碎中風化花崗巖(較軟巖)，層厚0.5m～16.85m，平均厚度4.52m；頂板標高-112.6m至-35m，平均標高-61.02m。④中風化花崗巖(較硬巖)，層厚3.3m～11.37m，平均厚度7.89m；頂板標高-120.77m至-34.08m，平均標高64.62m。

3 巖土工程勘察中三維地質建模的具體應用探究

3.1 三維地質建模流程設計

以項目勘探鉆孔數據為基礎，使用GTP建模方法，自上而下的完成三維地質模型的搭建，以此完成對項目施工區域的地質條件、存在地質問題的分析。在三維地質模型的搭建過程中，主要工作流程如下所示：依托項目的鉆孔勘探數據，完成模型邊界得定義、提取數字高程點、分析土層沉積順序、建立起地層接觸面；綜合模型邊界與數字高程點完成數字高程模型的搭建，綜合土層沉積順序分析數據以及地層建筑面積的建立完成三維地質模型的建立；結合數字高程模型以及三維地質模型，實施平面剖切、折線剖切、柵欄剖切、預定義鉆孔剖切；根據所有剖切結構結果，實現三維模型的可視化以及分析。

在本項目的三維地質建模工作實踐中，結合上述三維地質模型的搭建流程，主要工作步驟為：第一，對項目鉆孔數據展開預處理。由于項目鉆孔數據普遍存在著地層數據丟失等異常情況，所以在實際搭建起三維地質模型前，必須要對相關數據展開預處理，對缺失的數據進行補充，或是修正錯誤的地層信息，為后續工作的展開提供更好支持。第二，數字高程模型的搭建。重點參考區域內的高程數據信息，實現數字高程模型的生成。第三，三維地質模型的搭建。根據差異性的土層類型，結合GTP建模方法的應用，構建起本項目施工區域的三維地質模型；鉆孔使用多棱柱擬合圓柱建模。

3.2 三維地質建模方法

3.2.1 項目鉆孔數據預處理

由于項目鉆孔數據普遍存在著地層數據丟失等異常情況，所以在實際搭建起三維地質模型前，必須要對相關數據展開預處理。若是不對鉆孔數據展開預處理，則在使用GTP建模方法搭建三維地質模型的過程中，極易產生邏輯性錯誤。基于這樣情況，需要依托預處理對地層中主層隨包含的亞層情況進行標準化，并及時、準確補充（虛擬補充）所缺失的亞層信息。實踐中，項目鉆孔數據的預處理步驟如下所示：提取主層數；對所有主層數中所包含的亞層最大數與相關信息展開搜索；判斷主層中其他鉆孔信息，對比在上一步驟中檢索到的信息，以此完成對缺失信息的虛擬補充，保證項目鉆孔信息的完成程度；重復展開第二步與第三步操作，對完成預處理的鉆孔信息進行保存。

3.2.2 三維地質模型構建

主要選用GTP建模方法完成三維地質模型的構建，實踐中，將某一地層與相鄰地層的巖性接觸面設定為該層的上表面與下表面，并結合項目區域內地層分布規律、地層之間的巖性接觸面的應用，搭建起三維地層實體模型。

3.3 三維地質建模可視化分析

3.3.1 區域地質構造分析

本地區在地質構造上處于五桂山隆起的南麓，地質構造較為復雜，自侏羅紀以來，經多次構造運動，中生代巖漿活動強烈，酸性巖漿巖侵入遍布全區，新生代以小規模的基性巖漿侵入。珠海地區區域斷裂主要為北西及北東向兩組，其次為北北東向及北東東向。根據區域地質資料，延伸上百公里的北東向斷裂、北西向斷裂以及南海北部的北東向斷裂是本區域產生地震的主要地質構造。在珠海三角洲地區，歷史上發生過10次4至5級地震，最大震級為5級，于1905年發生在磨刀門海域。

本項目施工區域及周邊區域的主要斷裂如下所示：

第一，五桂山南麓斷裂。西自斗門向北東延伸，經五桂山南麓而入海，長約45公里，走向50°～60°，傾向南東，傾角40°～70°，沿斷裂帶角礫巖發育，普遍見強烈硅化、片理化，屬平移正斷層。

第二，西江斷裂。自磨刀門口沿西江分布，向北延伸至三水，南向海區延伸，是珠海主干斷裂，走向325°，傾向50°～60°，傾角大于70°，本斷裂形成較新，前期為張扭性，近期顯壓扭性。

第三，南屏斷裂。自本市南西延至南屏以西，長18公里，走向60°，傾向北西，傾角40°～70°，屬平移正斷層。

第四，南屏-唐家斷裂。南起南屏經翠微至唐家進入官塘環，長28公里，走向30°，傾向南東，傾角60°～80°，屬平移正斷層。

第五，白藤山-白蓮洞斷裂。位于吉大、南屏、均昌圍，過西江，再經白藤山至小林，長30公里，走向30°，產狀NE60-75°NW∠70°，屬于晚第四紀斷裂。

綜合來看，南屏-唐家斷裂離本場地較近。根據鉆探結果，在鉆探深度范圍內未遇見斷裂構造。場地及附近亦未見到崩塌、滑坡及泥石流等其它不良地質現象。

3.3.2 水文地質分析

擬建場地地下水類型主要為第四系孔隙潛水、粗砂中的承壓水及基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存于填土層，淤泥、粉質粘土、淤泥質土、殘積土層及全風化層屬于相對弱透水性土層。地下水主要受大氣降水補給。地下水位隨季節變化，雨季時，大氣降水充沛，地下水位上升；而在枯水期時，因降水減少，地下水位隨之下降。地下水的排泄主要是大氣蒸發。

本次勘察，揭露有砂層分布，其地下水類型主要為承壓水，砂層屬于透水性土層。承壓含水層因受上部隔水層的影響，與大氣圈、地表水圈的聯系較差，不易受水文、氣象等因素的影響或影響相對較小，水循環緩慢，水資源不易恢復補充。本次勘察，承壓水的頂板隔水性較好，其滲流方式，主要是通過含水層出露于地表的補給區接受補給，在承壓區也可以接受潛水的越流補給。此外，在適宜的地形和地質構造條件下，承壓水之間還可以互相補給。承壓水徑流條件決定于地形、含水層透水性和地質構造，以及補給區與排泄區的承壓水位差。本次勘察，采用套管止水的方法，測得場地承壓水水位埋深變化幅度平均約4.80m，水位標高平均約-2.01m。

基巖裂隙水賦存于花崗巖強、中風化帶中，其分布受賦存巖體裂隙發育程度的影響較大，具明顯的各向異性特點，屬非均質滲流場，在節理較發育的地段，裂隙水賦存較豐富，且透水性較強。

根據本次勘察揭露，擬建場地地下水位變化較大，勘察期間測得場地地下水混合水位埋深0.20m～4.9m，平均埋深1.83m，地下水位標高-2.15m～3.62m，平均標高0.99m，場地地下水年變化幅度在2m～3m左右。

另外，場地地下水主要為中砂、粗砂中的孔隙潛水，其富水性較好，具中等～強透水性。樁基施工時，應做好防護和加固措施，防止地下水與土體相互作用，使樁基周邊土體的強度和穩定性降低，引發潛蝕等問題。

4 總結

綜上，通過在巖土工程勘察中應用三維地質模型，能夠達到維護分析結果可視化的效果，值得重點探究與推廣。實踐中，以項目勘探鉆孔數據為基礎，使用GTP建模方法，自上而下的完成三維地質模型的搭建，能夠更好的完成對項目施工區域的地質條件、存在地質問題的可視化分析，為項目使用的展開提供全面的地質信息支持。