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1、华中科技大学硕士学位论文三维地质可视化关键技术研究姓名：张瑾玉申请学位级别：硕士专业：系统分析与集成指导教师：周建中20050509I 摘 要 地质体是经历长期复杂的地质作用形成的要完全真实的再现地质体是众多学科领域共同面临的研究内容随着数字地球概念的提出和现代空间信息技术的飞速发展使得地质体信息的可视化已成为当今地质研究的一个热点研究课题通过地质数据生成三维地质体模仿真实环境并在此基础上进行地理信息显示与空间分析是地理信息系统的一个重要发展和研究内容也是建立数字地球的重要组成部分三维地质体可视化有着广阔的应用背景近年来越来越受人们的关注 本文首先讨论了地质体三维可视化在桩基工程中对基桩设计的
2、辅助决策作用以及对勘察报告数字化和信息化的影响再介绍了当前的技术如三维地理信息系统科学计算可视化和虚拟现实以及地质体建模的方法最后针对桩基工程的勘察报告主要以地形图剖面图以及柱状图等二维图件描述为主这也是获取地质体数据主要来源然后对获得的勘测的离散钻孔数据进行预处理即插值转化为 DEM 数据源构成单岩土层面 DEM再由地质体空间拓扑关系进行叠加并缝合相邻层面的界面构成三维地质实体在此基础上进行多角度多手段观察和操作建立的模型为工程地质条件的分析评价提供可视化的手段同时建立相应的地质信息数据库将三维地质模型与数据库信息链接起来实现工程地质信息的可视化管理与查询 同时本文也介绍了三维可视化图形接口
3、OpenGL知识以及OpenGL在MFC下的应用和多窗口的实现 关键词可视化 桩基工程, 地质体 数字高程模型 II Abstract Geological objects are effected by long-term and complicated force, so it is hard to rebuild geological objects, which is a research content faced by numerous scientific domain. With the concept of “Digital Earth” put forward and th
4、e development of modern space technology of information, visualization of the information of geological model has been a significant content now and a focus of research of geology. Through geological data to rebuild 3D-geological objects and simulate the real environment to set up a basis to display
5、 and spatially analyze geological information is an important content of Geographic information system and component of “Digital Earth”. The 3D- visualization of geological objects has wide application backgrounds and been concerned by people recently. This paper first of all has discusses the effec
6、t to make Aid-decisions of design the parameters of piles in the pile foundation project and the influence of digital and information-based reconnaissance report to build 3D geological model. And it has introduced current technology, such as 3D-GIS, Visualization in Scientific Computing and Virtual
7、Reality and methods of modeling of geological model. Finally, Aimed at 2D graph of topographic map, profile and block diagram, etc. made up of reconnaissance report, we can gain borehole data, the data of geological objects. Then pretreatment of these scatter data, namely interpolation, so we get da
8、ta source of DEM, to build every DEM of stratums of rock or soil, lastly due to spacial topology of geological model, stack these DEMs and sew up the interfaces between the stratums to develop the system of multi-stratum model to display geological model. On the basis, observing and operating the mo
9、del from different angle and methods to provide means of visualization for analyzing and evaluating geological condition of engineering. At the same time, setting up relevant database of geological information, to link 3D geological model to information in database for visual management and inquiry.
10、 Furthermore the paper introduce knowledge of OpenGL, 3D visual graph API, which how to apply in MFC and realization in multi-window. Key words: Visualization, Pile Foundation Project, Geological Mode, DEM 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知除文中已经标明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研
11、究做出贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密在_年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 指导教师签名 日期 年 月 日 日期 年 月 日1 1 绪 论 1.1 本课题研究的背景 随着我国国民经
12、济建设的迅速发展基础设施工程项目日益增多如建筑地质水利路桥土建电力环境等桩基工程是属于岩土工程的一部分它质量要求高且施工技术复杂并要求在一定时间内必须连续不间断完成的地下隐蔽工程且受多种因素影响如当地水文工程地质情况施工场地周围环境以及设备和动力状况施工人员素质灌注材料技术要求等等因而在整个工程施工过程中难度最大耗时最长消耗人力物力财力最多施工工艺独特1近年来构筑物日益增多规模越来越大对基础工程的要求变得越来越高由于桩可将上部承台的荷载传递给地基深部岩土层且桩基适用于陆地和水上环境的任何岩层土质尤其是当上部荷载大工程建设施工地基土质基础较差且承载力和变形不能满足要求时可利用桩进入岩土层以提高桩
13、端承载力和控制沉降从而提高构筑物安全性桩基具有施工方便承载力高沉降量小抗震性好等优点故在高层建筑桥梁港口高速公路重型厂房等得到了广泛的应用 各项工程建设在设计和施工之前包括桩基工程必须进行岩土工程地质勘察并形成相关的岩土工程勘察报告一般来说岩土工程勘察报告的文字报告部分必须包含地基岩土分层及其物理力学性质地下水简述和结论与建议其中地基岩土分层及其物理力学性质是着重论述的问题它是整篇岩土工程勘察报告的立论基点图件部分有勘探点钻孔平面位置图工程地质剖面图钻孔柱状图等报告必须真实地反映勘察场地的地形地貌地质构造地层地下水岩土性质不良地质现象并且正确反映工程地质条件和岩土工程特点在勘察结果的基础上进行
14、工程结构问题分析和评价是工程勘察报告的精髓和关键部分岩土工程勘察报告是工程地质勘察的最终成果是工程基础设计和施工的重要的地质依据也是结构设计的重要工程技术资料为工程设计和施工提供合理适用的建议所以岩土工程2 勘察报告的质量直接影响到结构设计的质量关系到工程设计和建筑施工能否安全可靠措施得当经济合理 承担桩基建设项目的单位和设计人员对施工场地的地质条件认识不足将会出现各种各样的工程技术问题如不能及时发现和整治很容易给整体工程埋下致命的隐患另外桩基工程也会导致地质环境的干扰破坏如桩基施工和基坑开挖会引发邻近建构筑物产生裂缝地下管线和管道破裂边坡失稳等将严重影响人们的正常生活事实表明建筑工程的质量问
15、题和重大质量事故多与基础工程质量有关其中有不少是由于桩基工程的质量问题直接危及主体结构的正常使用与安全因其事故后的处理较困难会给国家和个人造成不可挽回的巨大损失后果较严重因此如何确保桩基工程的质量和安全受到建设勘察设计施工监理及建设行政主管部门的特别关注2 由于地质体形成环境条件和所受的风化程度等因素不同各种岩土的岩性或者土性也就不同则它们的工程力学性质存在很大的差异因而设计人员应根据地质条件地下水和地面荷载情况来设计基桩包括成桩工艺桩端持力层及其桩型桩径桩深度扩孔直径和高度等基本参数可见勘察人员应充分掌握和了解地质体有针对性地进行岩土测试和分析评价提交一份高质量的岩土工程勘察报告以便岩土工程
16、结构工程师对某些工程地质问题做出更符合实际的判断和设计人员能正确设计基桩参数来保证桩基工程质量和安全以提高工程效益 各单位的岩土工程勘察报告千差万别有的写得繁琐有的写的简单明了各单位有各单位的格式致使监理设计质检部门对勘察报告的含义理解不同同时勘察报告只是一些文字描述和静态二维的平面图堆砌起来且对钻孔资料以文本或图表管理都无法充分体现出工程信息的价值传统的工程勘察报告越来越不能满足人们的需求数字三维桩基工程勘察报告不仅能以三维可视化形式提供形式直观的岩土工程勘察成果更可根据用户需要对其进行全方位动态的分析和利用是对传统勘察成果的巨大革新而桩基工程经过多年的发展已积累了相当丰富的数据和经验作为百年大计的岩土工程为了资源利用更有效设计更合理结构更安全桩基工程的管理检测分析数字化信息化可视化已迫在眉睫三维3 工程地质模型及其三维可视化技术是实现数字三维桩基工程勘察报告的核心与基础 1.2 本课题研究的目的和意义 桩基是基础设施工程如高
