基于3d地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控大壩灌漿工程分析控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于大壩基礎(chǔ)灌漿實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域，為確保整個(gè)灌漿過程處于受控狀態(tài)，從而保證灌漿工程的質(zhì)量，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控的大壩灌漿工程分析控制方法包括如下步驟：（1）建立包括裂隙三維網(wǎng)絡(luò)模型的三維地質(zhì)模型；（2）基于新增灌漿孔實(shí)測鉆孔錄像、巖芯照片資料動態(tài)更新三維地質(zhì)模型與裂隙模型；（3）建立實(shí)測灌漿孔的地質(zhì)條件(裂隙)，透水率以及單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系；（4）進(jìn)行灌漿孔單位注灰量動態(tài)預(yù)測；（5）灌漿施工過程灌漿壓力、流量、密度以及表觀呂容值四參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與單位注灰量報(bào)警控制分析。本發(fā)明主要應(yīng)用于土木工程灌漿場合。
【專利說明】基于3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控大壩灌漿工程分析控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大壩基礎(chǔ)灌漿實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域，涉及大壩基礎(chǔ)的三維地質(zhì)建模(裂隙模型)以及基于三維地質(zhì)模型(裂隙模型)的灌漿參數(shù)(單位注灰量)預(yù)測，并通過實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)對大壩灌漿工程施工過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控與報(bào)警分析。具體講，涉及基于3D (三維)地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控大壩灌漿工程分析控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著中國高壩建設(shè)的不斷發(fā)展，地質(zhì)條件良好的壩址已經(jīng)盡先開發(fā)，中國的水利水電將面臨越來越多的地質(zhì)條件復(fù)雜的工程建設(shè)(陳益峰等，2010)，因此有效的對壩基處理是保證大壩安全運(yùn)行的重要條件。灌漿作為壩基加固的一種手段，在近些年來得到廣泛的應(yīng)用，作為一種比較成熟的技術(shù)手段，其可以改善壩基的性能，提高壩基巖體的強(qiáng)度，降低壩基的滲透性，是解決地基沉降變形、滲透穩(wěn)定、深層抗滑穩(wěn)定等問題的重要工程措施。然而由于灌漿是地下隱蔽工程，我們無法直接觀察到漿液在裂隙中的流動，所以如何實(shí)現(xiàn)灌漿過程的實(shí)時(shí)分析控制是目前灌漿工程面臨的一個(gè)重要問題。基于這個(gè)問題國內(nèi)外學(xué)者開展了相關(guān)的研究。
[0003]在國內(nèi)，1985年中國水利水電基礎(chǔ)工程局科學(xué)研究所和天津大學(xué)電力及自動化工程系最早進(jìn)行灌漿自動化控制研究，與此同時(shí)針對灌漿過程的監(jiān)控系統(tǒng)也得到了不斷的發(fā)展。韓偉等(2001)開發(fā)出了智能灌漿監(jiān)控系統(tǒng)G2000，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了灌漿壓力、流量和密度等參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并成功將該系統(tǒng)應(yīng)用至小浪底灌漿工程中。鮑穎綱(2004)在其碩士論文提出基于分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)下的灌漿壓力、流量、密度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。饒小康(2013)提出基于B/S結(jié)構(gòu)的灌漿實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和編程技術(shù)，建立灌漿數(shù)字化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場灌漿施工的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)整編、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)分析。在國外，從七、八十年代，一些工程開始運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對灌漿參數(shù)進(jìn)行自動采集，從八十年代開始，灌漿記錄儀在國外的應(yīng)用逐漸普及，注漿參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)也在一直持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為數(shù)字信號、數(shù)據(jù)處理計(jì)算和數(shù)據(jù)顯示。Dreese et al (2003)指出利用新的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和傳感器技術(shù)，目前灌漿工程師可以在任何地方實(shí)時(shí)獲取灌漿信息。F.B.Gularte et al(2012)指出通過動態(tài)處理實(shí)時(shí)的灌漿數(shù)據(jù)，為管理人員對灌漿工藝的調(diào)整提供了必要的支持。Kobay-ashi et al (2008)和Still et al (2009)通過耦合在線監(jiān)控技術(shù)與實(shí)時(shí)預(yù)測理論提出“灌漿的實(shí)時(shí)控制方法但是該方法沒有結(jié)合地質(zhì)條件對灌漿主要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
[0004]從近些年來國內(nèi)外學(xué)者研究中不難發(fā)現(xiàn)，目前對灌漿過程的控制分析主要表現(xiàn)在灌漿數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與整理分析，地質(zhì)條件作為影響灌漿工程質(zhì)量的重要條件，在這些研究中鮮有體現(xiàn)，所以本發(fā)明提出基于3D地質(zhì)模型的大壩灌漿工程實(shí)時(shí)分析控制方法，該方法在灌漿領(lǐng)域還未見報(bào)道。
[0005][I]陳益峰，周創(chuàng)兵，胡冉，李典慶，榮冠.大型水電工程滲流分析的若干關(guān)鍵問題研究.巖土工程學(xué)報(bào)，2010第32卷第9期1448-1454.[0006][2]韓偉，趙存厚.小浪底灌漿工程中開發(fā)和應(yīng)用的灌漿監(jiān)控系統(tǒng)，水利水電技術(shù)第32卷2011年第11期，33-34
[0007][3]鮑穎綱.智能灌漿數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)研究[D]，2004.[0008][4]饒小康，王暉.基于結(jié)構(gòu)的灌漿數(shù)字化系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用，2013，2月，第30卷第2期，79-82
[0009][5]Dreese, T.L., Wilson, D.B., Heenan, D.M., and Cockburn, J.(2003).“Stateof the Art in Computer Monitoring and Analysis of Grouting”，Grouting andTreatment, ASCE Geotechnical Sp ecial Publication N0.120.[0010][6]F.B.Gularte，D.A.Ringen, L.S.Shao (2012).，，Advances in Monitoringand Control Systems for High Mobility Grouting” ASCE, Grouting and DeepMixing2012, pp.1238-1247.[0011][7] Kobayashi S, Stille H, Gustaf son G, Stille B(2008)Real timegrouting control method:development and application using A " spo " HRL data.R-08-133, Swedish Nuclear Fueland Waste Management Company, Stockholm, Sweden
[0012][8]Stille B,Stille H, Gustafson G, Kobayashi S(2009)Experience withthe real time grouting control method.Geomech Tunn2 (5):447 - 459.do1:10.1002/geot.2009.00036)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，尤其目前對灌漿過程的控制分析主要表現(xiàn)在灌漿數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與整理分析，地質(zhì)條件作為影響灌漿工程質(zhì)量的重要條件，并沒有在目前的研究中體現(xiàn)。為確保整個(gè)灌漿過程處于受控狀態(tài)，從而保證灌漿工程的質(zhì)量，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控的大壩灌漿工程分析控制方法包括如下步驟:
[0014](I)建立包括裂隙三維網(wǎng)絡(luò)模型的三維地質(zhì)模型；
[0015](2)基于新增灌漿孔實(shí)測鉆孔錄像、巖芯照片資料動態(tài)更新三維地質(zhì)模型與裂隙模型；
[0016](3)建立實(shí)測灌漿孔的地質(zhì)條件(裂隙)，透水率以及單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系;
[0017](4)進(jìn)行灌漿孔單位注灰量動態(tài)預(yù)測；
[0018](5)灌漿施工過程灌漿壓力、流量、密度以及表觀呂容值四參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與單位注灰量報(bào)警控制分析。
[0019]建立包括裂隙三維網(wǎng)絡(luò)模型的三維地質(zhì)模型:
[0020](I)基于水電工程地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，將地質(zhì)數(shù)據(jù)分為確定性和統(tǒng)計(jì)性，依據(jù)不同數(shù)據(jù)類型，分別采用三維混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和蒙特.卡洛(Monte Carlo)技術(shù)的建模方法實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)模型的構(gòu)建；數(shù)據(jù)類型主要包括3類:1、字符型數(shù)據(jù)，包括:巖層的名稱及編號，軟弱夾層的級別和規(guī)模，斷層的代號，裂隙的編號；2、圖片型數(shù)據(jù)，包括:地質(zhì)橫軸面剖面、裂隙素描圖、灌漿孔的平面布置圖、大壩壩體 的剖面圖和廊道的平面布置圖；3、數(shù)值型數(shù)據(jù)，包括:巖層的產(chǎn)狀、裂隙的跡長和間距、灌漿孔的坐標(biāo)、長度、傾向和方位角；[0021](2)基于確定性地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用三維混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，地質(zhì)構(gòu)造曲面和地質(zhì)體的非均勻有理樣條(NURBS)構(gòu)造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巖層、斷層、風(fēng)化層、軟弱夾層的三維模型構(gòu)建；
[0022](3)基于統(tǒng)計(jì)型地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用蒙特?卡洛(Monte Carlo)技術(shù)對裂隙的幾何參數(shù)進(jìn)行模擬，通過裂隙的幾何參數(shù)對裂隙三維網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建；
[0023](4)基于布爾運(yùn)算分析模型之間的空間位置關(guān)系，對重疊的地質(zhì)體進(jìn)行布爾差運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)各類地質(zhì)模型在空間位置上的耦合。
[0024]基于灌漿孔新增實(shí)測鉆孔錄像、巖芯照片資料動態(tài)更新三維地質(zhì)模型與裂隙模型:
[0025](I)提取新增實(shí)測鉆孔錄像、巖芯照片的地質(zhì)信息，并建立對應(yīng)的地質(zhì)信息庫，包括實(shí)測二維地質(zhì)剖面線，實(shí)測裂隙幾何參數(shù)；
[0026](2)用實(shí)測二維地質(zhì)剖面線代替地質(zhì)模型中相同位置的模擬地質(zhì)剖面線，結(jié)合原有的確定性地質(zhì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)巖層、斷層、風(fēng)化層、軟弱夾層的三維模型的動態(tài)更新；
[0027](3)基于實(shí)測裂隙幾何參數(shù)，建立實(shí)測裂隙三維模型，并對Monte Carlo模擬得出的裂隙幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。進(jìn)而通過動態(tài)校核技術(shù)，動態(tài)校核裂隙三維網(wǎng)絡(luò)模型，確保實(shí)測區(qū)的裂隙空間分析與實(shí)際裂隙分布一致，從而實(shí)現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)裂隙模型的動態(tài)更新。
[0028]建立灌漿孔的實(shí)測地質(zhì)條件，透水率以及單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系:
[0029]( I)建立灌漿孔實(shí)測地質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集，灌漿孔透水率樣本數(shù)據(jù)集以及灌漿孔單位注灰量樣本數(shù)據(jù)集；
[0030](2)依據(jù)灌漿孔相交的裂隙數(shù)量，裂隙的隙寬以及巖體的屬性，將灌漿孔實(shí)測地質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類；
[0031](3)在地質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集分類的基礎(chǔ)上，依據(jù)透水率的分布區(qū)間，對各類地質(zhì)條件下的灌漿孔透水率樣本數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類；
[0032](4)通過線性回歸、多元統(tǒng)計(jì)分析方法，建立各類地質(zhì)條件，不同透水率區(qū)間下的，單位注灰量與透水率及地質(zhì)條件的函數(shù)關(guān)系，該函數(shù)關(guān)系隨著樣本的增加將被進(jìn)一步優(yōu)化。
[0033]進(jìn)行灌漿孔單位注灰量動態(tài)預(yù)測:
[0034]( I)依據(jù)灌漿孔的幾何數(shù)據(jù)，建立灌漿孔三維模型，通過布爾交集計(jì)算，確定與灌漿孔相交的地質(zhì)體和裂隙,通過腳本程序自動獲取與每個(gè)灌漿孔相交的地質(zhì)體的巖體屬性和裂隙的數(shù)量及寬度，從而實(shí)現(xiàn)對任意灌漿孔地質(zhì)條件的預(yù)測；
[0035](2)依據(jù)灌漿孔地質(zhì)條件預(yù)測值以及實(shí)時(shí)采集的透水率數(shù)據(jù)，通過已經(jīng)建立的灌漿孔地質(zhì)條件、透水率和單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對任意灌漿孔的單位注灰量的動態(tài)預(yù)測；
[0036]灌漿施工過程灌漿壓力、流量、密度以及表觀呂容值四參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與單位注灰量報(bào)警控制分析:
[0037]針對正在施工的灌漿孔，實(shí)時(shí)監(jiān)控其對應(yīng)的灌漿壓力、流量、密度和表觀呂容值四參數(shù)，并將每個(gè)灌漿孔實(shí)時(shí)采集到的單位注灰量值與其對應(yīng)的單位注灰量預(yù)測值進(jìn)行動態(tài)比較，如果實(shí)測值小于預(yù)測值，那么繼續(xù)灌漿，并判斷該孔是否滿足灌漿結(jié)束條件，若滿足則結(jié)束灌漿，否則比較下一條實(shí)測灌漿數(shù)據(jù)與預(yù)測值的關(guān)系，直至滿足灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)束該孔灌漿施工。如果實(shí)測值大于等于預(yù)測值，則發(fā)生報(bào)警，通過報(bào)警裝置提示現(xiàn)場工作人員，接到報(bào)警信息后，現(xiàn)場人員立即停止該孔的施工，并查找發(fā)生報(bào)警的具體原因，依據(jù)原因管理人員提出新的灌漿措施并開始重新灌漿。
[0038]本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及效果:
[0039](I)與已有的技術(shù)相比，本發(fā)明是依據(jù)3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，對大壩灌漿工程進(jìn)行監(jiān)控和分析，建立了包含三維裂隙模型的地質(zhì)模型以及模型的動態(tài)更新方法。通過建立地質(zhì)條件，透水率以及單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了灌漿孔的單位注灰量的預(yù)測。進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了灌漿施工過程單位注灰量的實(shí)時(shí)監(jiān)控與報(bào)警控制分析；
[0040](2)實(shí)現(xiàn)了任意灌漿孔的地質(zhì)條件和單位注灰量的預(yù)測，使得施工人員在灌漿施工之前，對任意灌漿孔的地質(zhì)條件以及注灰量有了明確的認(rèn)識；
[0041](3)確保了整個(gè)灌漿過程處于受控狀態(tài)，為管理人員調(diào)整施工工藝提供了必要的支持，從而保證了整個(gè)灌漿工程的施工質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1總體技術(shù)流程。
[0043]圖2確定性三維地質(zhì)模型模擬流程。
[0044]圖3裂隙動態(tài)校核流程。
[0045]圖4灌漿施工監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
【具體實(shí)施方式】
[0046]本發(fā)明目的在于:1、建立滿足工程實(shí)際要求的三維地質(zhì)模型(裂隙模型)；2、建立灌漿孔的地質(zhì)條件(裂隙)，透水率以及單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系3、實(shí)現(xiàn)灌漿孔單位注灰量的預(yù)測分析；4、實(shí)時(shí)監(jiān)控灌漿孔灌漿過程(灌漿壓力、流量、密度以及表觀呂容值四參數(shù))，對單位注灰量異常孔段進(jìn)行報(bào)警；5、確保整個(gè)灌漿過程處于受控狀態(tài)，從而保證灌漿工程的質(zhì)量。
[0047]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控的大壩灌漿工程分析控制方法，包括如下步驟:
[0048]建立包括裂隙三維網(wǎng)絡(luò)模型的三維地質(zhì)模型；
[0049](I)基于新增灌漿孔實(shí)測鉆孔錄像、巖芯照片資料動態(tài)更新三維地質(zhì)模型與裂隙模型；
[0050](2)建立實(shí)測灌漿孔的地質(zhì)條件(裂隙)，透水率以及單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系;
[0051](3)進(jìn)行灌漿孔單位注灰量動態(tài)預(yù)測；
[0052](4)灌漿施工過程灌漿壓力、流量、密度以及表觀呂容值四參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與單位注灰量報(bào)警控制分析；
[0053]1.建立包括裂隙三維網(wǎng)絡(luò)模型的三維地質(zhì)模型
[0054](I)基于水電工程地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，將地質(zhì)數(shù)據(jù)分為確定性和統(tǒng)計(jì)性，依據(jù)不同數(shù)據(jù)類型，采用不同的建模方法實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)模型的構(gòu)建；
[0055](2)基于確定性地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用三維混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，地質(zhì)構(gòu)造曲面和地質(zhì)體的非均勻有理樣條(NURBS)構(gòu)造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巖層、斷層、風(fēng)化層、軟弱夾層的三維模型構(gòu)建；[0056](3)基于統(tǒng)計(jì)型地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用Monte Carlo技術(shù)對裂隙的幾何參數(shù)進(jìn)行模擬，通過裂隙的幾何參數(shù)對裂隙三維網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建；
[0057](4)基于布爾運(yùn)算分析模型之間的空間位置關(guān)系，對重疊的地質(zhì)體進(jìn)行布爾差運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)各類地質(zhì)模型在空間位置上的耦合；
[0058]2.基于灌漿孔新增實(shí)測鉆孔錄像、巖芯照片資料動態(tài)更新三維地質(zhì)模型與裂隙模型
[0059](I)提取新增實(shí)測鉆孔錄像、巖芯照片的地質(zhì)信息，并建立對應(yīng)的地質(zhì)信息庫，包括實(shí)測二維地質(zhì)剖面線，實(shí)測裂隙幾何參數(shù)；
[0060](2)用實(shí)測二維地質(zhì)剖面線代替地質(zhì)模型中相同位置的模擬地質(zhì)剖面線，結(jié)合原有的確定性地質(zhì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)巖層、斷層、風(fēng)化層、軟弱夾層的三維模型的動態(tài)更新；
[0061](3)基于實(shí)測裂隙幾何參數(shù)，建立實(shí)測裂隙三維模型，并對Monte Carlo模擬得出的裂隙幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。進(jìn)而通過動態(tài)校核技術(shù)，動態(tài)校核裂隙三維網(wǎng)絡(luò)模型，確保實(shí)測區(qū)的裂隙空間分析與實(shí)際裂隙分布一致，從而實(shí)現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)裂隙模型的動態(tài)更新。
[0062]3.建立灌漿孔的實(shí)測地質(zhì)條件(裂隙)，透水率以及單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系
[0063]( I)建立灌漿孔實(shí)測地質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集，灌漿孔透水率樣本數(shù)據(jù)集以及灌漿孔單位注灰量樣本數(shù)據(jù)集；
[0064](2)依據(jù)灌漿孔相交的裂隙數(shù)量，裂隙的隙寬以及巖體的屬性，將灌漿孔實(shí)測地質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類；
[0065](3)在地質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集分類的基礎(chǔ)上，依據(jù)透水率的分布區(qū)間，對各類地質(zhì)條件下的灌漿孔透水率樣本數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類；
[0066](4)通過線性回歸、多元統(tǒng)計(jì)分析方法，建立各類地質(zhì)條件，不同透水率區(qū)間下的，單位注灰量與透水率及地質(zhì)條件的函數(shù)關(guān)系，該函數(shù)關(guān)系隨著樣本的增加將被進(jìn)一步優(yōu)化。
[0067]4.進(jìn)行灌漿孔單位注灰量動態(tài)預(yù)測
[0068]( I)依據(jù)灌漿孔的幾何數(shù)據(jù)，建立灌漿孔三維模型，通過布爾交集計(jì)算，確定與灌漿孔相交的地質(zhì)體和裂隙,通過腳本程序自動獲取與每個(gè)灌漿孔相交的地質(zhì)體的巖體屬性和裂隙的數(shù)量及寬度，從而實(shí)現(xiàn)對任意灌漿孔地質(zhì)條件的預(yù)測；
[0069](2)依據(jù)灌漿孔地質(zhì)條件預(yù)測值以及實(shí)時(shí)采集的透水率數(shù)據(jù)，通過已經(jīng)建立的灌漿孔地質(zhì)條件、透水率和單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對任意灌漿孔的單位注灰量的動態(tài)預(yù)測；
[0070]5.灌漿施工過程灌漿壓力、流量、密度以及表觀呂容值四參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與單位注灰量報(bào)警控制分析；
[0071]針對正在施工的灌漿孔，實(shí)時(shí)監(jiān)控其對應(yīng)的灌漿壓力、流量、密度和表觀呂容值四參數(shù)，并將每個(gè)灌漿孔實(shí)時(shí)采集到的單位注灰量值(數(shù)據(jù)間隔為5s)與其對應(yīng)的單位注灰量預(yù)測值進(jìn)行動態(tài)比較，如果實(shí)測值小于預(yù)測值，那么繼續(xù)灌漿，并判斷該孔是否滿足灌漿結(jié)束條件，若滿足則結(jié)束灌漿，否則比較下一條實(shí)測灌漿數(shù)據(jù)與預(yù)測值的關(guān)系，直至滿足灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)束該孔灌漿施工。如果實(shí)測值大于等于預(yù)測值，則發(fā)生報(bào)警，通過報(bào)警裝置提示現(xiàn)場工作人員，接到報(bào)警信息后，現(xiàn)場人員立即停止該孔的施工，并查找發(fā)生報(bào)警的具體原因，依據(jù)原因管理人員提出新的灌漿措施并開始重新灌漿(復(fù)灌)。
[0072]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0073]基于3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控的大壩灌漿工程分析控制方法的總體技術(shù)流程見圖1，該方法具體包括:
[0074](I)建立大壩基礎(chǔ)包含裂隙網(wǎng)絡(luò)模型的三維地質(zhì)模型；
[0075](2)動態(tài)更新三維地質(zhì)模型與裂隙模型；
[0076](3)擬合實(shí)測灌漿孔的地質(zhì)條件(裂隙)，透水率以及單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系;
[0077](4)大壩灌漿工程灌漿孔單位注灰量動態(tài)預(yù)測；
[0078](5)灌漿施工過程灌漿壓力、流量、密度以及表觀呂容值四參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與單位注灰量報(bào)警控制分析；
[0079]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0080](一)建立大壩基礎(chǔ)包含裂隙網(wǎng)絡(luò)模型的三維地質(zhì)模型
[0081](I)基于水電工程地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，將地質(zhì)數(shù)據(jù)分為確定性和統(tǒng)計(jì)性兩類數(shù)據(jù)，確定性數(shù)據(jù)用于構(gòu)建空間位置確定、分布范圍廣的結(jié)構(gòu)面，主要包括巖層、斷層、風(fēng)化層、軟弱夾層。統(tǒng)計(jì)性數(shù)據(jù)用于構(gòu)建具有分布數(shù)量多、分布形式多呈現(xiàn)隨機(jī)性的裂隙模型。
[0082](2)圖2為基于確定性地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用三維混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，地質(zhì)構(gòu)造曲面和地質(zhì)體的NURBS構(gòu)造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巖層、斷層、風(fēng)化層、軟弱夾層的三維模型構(gòu)建的流程；
[0083](3)裂隙三維網(wǎng)絡(luò)的模擬主要包括一下7個(gè)步驟:1)確定采樣區(qū)域，根據(jù)實(shí)際采樣區(qū)域內(nèi)裂隙的產(chǎn)狀進(jìn)行有效的分組；2)確定每組裂隙的數(shù)量和密度；3)確定每組裂隙跡長、間距、產(chǎn)狀等幾何參數(shù)所服從的概率模型；4)利用Monte Carlo方法生成一系列模擬參數(shù)，并驗(yàn)證生成的結(jié)果滿足預(yù)期的概率模型；5)生成每組裂隙的三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型；6)剖切裂隙模型，對每組裂隙跡長、間距的參數(shù)進(jìn)行校核，保證其與預(yù)設(shè)值向一致；7)生成初步三維網(wǎng)絡(luò)模型；
[0084](4)基于布爾運(yùn)算分析地質(zhì)模型與裂隙模型之間的空間位置關(guān)系，對重疊的地質(zhì)體進(jìn)行布爾差運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)各類地質(zhì)模型在空間位置上的耦合；
[0085](二)動態(tài)更新三維地質(zhì)模型與裂隙模型；
[0086](I)由于新增的鉆孔錄像和巖芯圖片為圖片格式，為了保證這些信息能夠用來更新地質(zhì)模型和裂隙模型，需要對這些信息進(jìn)行數(shù)字化處理。首先提取鉆孔錄像和巖芯圖片揭露的裂隙和巖性分布，包括裂隙的分布高程、走向、傾向、傾角、隙寬，巖層、斷層、風(fēng)化層、軟弱夾層的分布高程。其次將上述信息建立對應(yīng)的地質(zhì)信息庫。最終將數(shù)據(jù)庫中的信息表現(xiàn)為實(shí)測的二維地質(zhì)剖面線以及裂隙的幾何參數(shù)。
[0087](2)用實(shí)測二維地質(zhì)剖面線代替地質(zhì)模型(步驟I地質(zhì)模型)中相同位置的模擬地質(zhì)剖面線，結(jié)合原有的確定性地質(zhì)數(shù)據(jù)，包括地形等高線、地質(zhì)點(diǎn)資料、遙感圖像、鉆孔、平硐及物探信息，采用三維混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，地質(zhì)構(gòu)造曲面和地質(zhì)體的NURBS構(gòu)造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巖層、斷層、風(fēng)化層、軟弱夾層的三維模型的動態(tài)更新；
[0088](3)將實(shí)測裂隙幾何參數(shù)作為Monte Carlo模擬的新增樣本數(shù)據(jù)，結(jié)合原有的樣本，采用步驟1- (3)的方法，再次模擬裂隙的三維網(wǎng)絡(luò)；
[0089](4)基于實(shí)測裂隙幾何參數(shù)，建立實(shí)測裂隙三維模型，通過動態(tài)校核技術(shù)，將實(shí)測裂隙與模擬裂隙模型進(jìn)行動態(tài)校核，在校核過程中采用分組方式，每組裂隙采用最近原則，即用同組裂隙中，模擬裂隙用與之中心點(diǎn)距離最近的實(shí)測裂隙代替，在同組實(shí)測裂隙與模擬裂隙動態(tài)校核時(shí)可能有三種情況:1)實(shí)測裂隙多余模擬裂隙；2)實(shí)測裂隙等于模擬裂隙；3)實(shí)測裂隙小于模擬裂隙；第一種情況保留剩余實(shí)測裂隙，第二種情況則耦合完畢，第三種情況，通過調(diào)整裂隙的幾何位置保證模擬裂隙不在揭露面揭示即可，圖3為裂隙動態(tài)校核流程圖。
[0090](三)擬合實(shí)測灌漿孔的地質(zhì)條件(裂隙)，透水率以及單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系
[0091 ] ( I)建立灌漿孔實(shí)測地質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集G，灌漿孔透水率樣本數(shù)據(jù)集P以及灌漿孔單位注灰量樣本數(shù)據(jù)集C ;
[0092](2)依據(jù)與灌漿孔相交的裂隙數(shù)量，裂隙的隙寬以及巖體的屬性，將灌漿孔實(shí)測地
質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分別記作gi，g2......S1^g1代表第一類地質(zhì)條件，gn代
表第m類地質(zhì)條件。
[0093](3)依據(jù)透水率的分布區(qū)間，對灌漿孔透水率樣本數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分別記作Pl，P2……pn，P1R表灌漿孔透水率在第I區(qū)間，PnR表灌漿孔透水率在第η區(qū)間，結(jié)合地質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集分類，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)條件和透水率數(shù)據(jù)二元控制變量下的灌漿孔數(shù)據(jù)分類，如下表所示，表中g(shù)pmn表示第m類地質(zhì)條件對應(yīng)的透水率分布在第η區(qū)間的灌漿孔。
[0094]表1
[0095]
【權(quán)利要求】
1.一種基于3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控的大壩灌漿工程分析控制方法，其特征是，包括如下步驟: (1)建立包括裂隙三維網(wǎng)絡(luò)模型的三維地質(zhì)模型； (2)基于新增灌漿孔實(shí)測鉆孔錄像、巖芯照片資料動態(tài)更新三維地質(zhì)模型與裂隙模型； (3)建立實(shí)測灌漿孔的地質(zhì)條件(裂隙)，透水率以及單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系; (4)進(jìn)行灌漿孔單位注灰量動態(tài)預(yù)測； (5)灌漿施工過程灌漿壓力、流量、密度以及表觀呂容值四參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與單位注灰量報(bào)警控制分析。
2.如權(quán)利要求1所述的基于3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控的大壩灌漿工程分析控制方法，其特征是，建立包括裂隙三維網(wǎng)絡(luò)模型的三維地質(zhì)模型具體為: (1)基于水電工程地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，分別采用三維混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和蒙特.卡洛(MonteCarlo)技術(shù)的建模方法實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)模型的構(gòu)建；數(shù)據(jù)類型主要包括3類:①、字符型數(shù)據(jù)，包括:巖層的名稱及編號，軟弱夾層的級別和規(guī)模，斷層的代號，裂隙的編號、圖片型數(shù)據(jù)，包括:地質(zhì)橫軸面剖面、裂隙素描圖、灌漿孔的平面布置圖、大壩壩體的剖面圖和廊道的平面布置圖、數(shù)值型數(shù)據(jù)，包括:巖層的產(chǎn)狀、裂隙的跡長和間距、灌漿孔的坐標(biāo)、長度、傾向和方位角；` (2)基于確定性地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用三維混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，地質(zhì)構(gòu)造曲面和地質(zhì)體的非均勻有理樣條(NURBS)構(gòu)造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巖層、斷層、風(fēng)化層、軟弱夾層的三維模型構(gòu)建； (3)基于統(tǒng)計(jì)型地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用蒙特?卡洛(MonteCarlo)技術(shù)對裂隙的幾何參數(shù)進(jìn)行模擬，通過裂隙的幾何參數(shù)對裂隙三維網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建； (4)基于布爾運(yùn)算分析模型之間的空間位置關(guān)系，對重疊的地質(zhì)體進(jìn)行布爾差運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)各類地質(zhì)模型在空間位置上的耦合。
3.如權(quán)利要求1所述的基于3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控的大壩灌漿工程分析控制方法，其特征是，基于灌漿孔新增實(shí)測鉆孔錄像、巖芯照片資料動態(tài)更新三維地質(zhì)模型與裂隙模型具體是: (1)提取新增實(shí)測鉆孔錄像、巖芯照片的地質(zhì)信息，并建立對應(yīng)的地質(zhì)信息庫，包括實(shí)測二維地質(zhì)剖面線，實(shí)測裂隙幾何參數(shù)； (2)用實(shí)測二維地質(zhì)剖面線代替地質(zhì)模型中相同位置的模擬地質(zhì)剖面線，結(jié)合原有的確定性地質(zhì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)巖層、斷層、風(fēng)化層、軟弱夾層的三維模型的動態(tài)更新； (3)基于實(shí)測裂隙幾何參數(shù)，建立實(shí)測裂隙三維模型，并對MonteCarlo模擬得出的裂隙幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。進(jìn)而通過動態(tài)校核技術(shù)，動態(tài)校核裂隙三維網(wǎng)絡(luò)模型，確保實(shí)測區(qū)的裂隙空間分析與實(shí)際裂隙分布一致，從而實(shí)現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)裂隙模型的動態(tài)更新。
4.如權(quán)利要求1所述的基于3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控的大壩灌漿工程分析控制方法，其特征是，建立灌漿孔的實(shí)測地質(zhì)條件，透水率以及單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系具體是: (I)建立灌漿孔實(shí)測地質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集，灌漿孔透水率樣本數(shù)據(jù)集以及灌漿孔單位注灰量樣本數(shù)據(jù)集；(2)依據(jù)灌漿孔相交的裂隙數(shù)量，裂隙的隙寬以及巖體的屬性，將灌漿孔實(shí)測地質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類； (3)在地質(zhì)條件樣本數(shù)據(jù)集分類的基礎(chǔ)上，依據(jù)透水率的分布區(qū)間，對各類地質(zhì)條件下的灌漿孔透水率樣本數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類； (4)通過線性回歸、多元統(tǒng)計(jì)分析方法，建立各類地質(zhì)條件，不同透水率區(qū)間下的，單位注灰量與透水率及地質(zhì)條件的函數(shù)關(guān)系，該函數(shù)關(guān)系隨著樣本的增加將被進(jìn)一步優(yōu)化。
5.如權(quán)利要求1所述的基于3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控的大壩灌漿工程分析控制方法，其特征是，進(jìn)行灌漿孔單位注灰量動態(tài)預(yù)測具體是: (1)依據(jù)灌漿孔的幾何數(shù)據(jù)，建立灌漿孔三維模型，通過布爾交集計(jì)算，確定與灌漿孔相交的地質(zhì)體和裂隙,通過腳本程序自動獲取與每個(gè)灌漿孔相交的地質(zhì)體的巖體屬性和裂隙的數(shù)量及寬度，從而實(shí)現(xiàn)對任意灌漿孔地質(zhì)條件的預(yù)測； (2)依據(jù)灌漿孔地質(zhì)條件預(yù)測值以及實(shí)時(shí)采集的透水率數(shù)據(jù)，通過已經(jīng)建立的灌漿孔地質(zhì)條件、透水率和單位注灰量三者之間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對任意灌漿孔的單位注灰量的動態(tài)預(yù)測。
6.如權(quán)利要求1所述的基于3D地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)監(jiān)控的大壩灌漿工程分析控制方法，其特征是，灌漿施工過程灌漿壓力、流量、密度以及表觀呂容值四參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與單位注灰量報(bào)警控制分析具體是: 針對正在施工的灌漿孔，實(shí)時(shí)監(jiān)控其對應(yīng)的灌漿壓力、流量、密度和表觀呂容值四參數(shù)，并將每個(gè)灌漿孔實(shí)時(shí)采集到的單位注灰量值與其對應(yīng)的單位注灰量預(yù)測值進(jìn)行動態(tài)比較，如果實(shí)測值小于預(yù)測值，那么繼續(xù)灌漿，并判斷該孔是否滿足灌漿結(jié)束條件，若滿足則結(jié)束灌漿，否則比較下一條實(shí)測灌漿數(shù)據(jù)與預(yù)測值的關(guān)系，直至滿足灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)束該孔灌漿施工。如果實(shí)測值大于等于預(yù)測值，則發(fā)生報(bào)警，通過報(bào)警裝置提示現(xiàn)場工作人員，接到報(bào)警信息后，現(xiàn)場人員立即停止該孔的施工，并查找發(fā)生報(bào)警的具體原因，依據(jù)原因管理人員提出新的灌漿措施并開始重`新灌漿。
【文檔編號】E02D15/00GK103866769SQ201410085272
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】鐘登華, 任炳昱, 崔博, 閆福根 申請人:天津大學(xué)