摘要：工程地質(zhì)學(xué)科目前正在經(jīng)歷著前所未有的挑戰(zhàn)，工程地質(zhì)專業(yè)處境尷尬，工程地質(zhì)勘察的市場競爭也有真假之別，工程地質(zhì)分析與研究的深度和廣度嚴重不足，工程地質(zhì)新技術(shù)新方法的應(yīng)用尚有較大差距，工程地質(zhì)在工程建設(shè)中留下的隱患具有長期性和隱伏性。工程地質(zhì)面臨的困境，向工程建設(shè)敲響了警鐘，也向地質(zhì)師們提出了更大的難題。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)巖土工程

1.工程地質(zhì)學(xué)科的爭議

教科書對工程地質(zhì)學(xué)的三種定義：①工程地質(zhì)學(xué)是研究與工程有關(guān)的地質(zhì)問題的科學(xué)；②工程地質(zhì)學(xué)是研究人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境相互作用的科學(xué)；③工程地質(zhì)學(xué)是研究人類工程建設(shè)活動與自然地質(zhì)環(huán)境相互作用和相互影響的一門地質(zhì)科學(xué)。

從以上三種定義的實質(zhì)中均不難看出，工程地質(zhì)學(xué)強調(diào)的工程和地質(zhì)的關(guān)系，研究的是人類工程活動與自然地質(zhì)環(huán)境的相互作用。但是，近年來工程地質(zhì)學(xué)科卻正在經(jīng)歷著前所未有的挑戰(zhàn)，工程地質(zhì)學(xué)被異名為巖土工程學(xué)，工程地質(zhì)勘察被稱之為巖土工程勘察。工程界有此呼聲，學(xué)術(shù)界有此呼應(yīng)，一些大專院校也紛紛效仿，甚至工程地質(zhì)這個專業(yè)在高校也被取消了。一時間，似乎工程地質(zhì)已經(jīng)成了守舊傳統(tǒng)，巖土工程才是先進時髦的，才是可以適應(yīng)市場經(jīng)濟并與國際接軌的。這是近年來分歧最大的爭議。

這些年來工程地質(zhì)勘察的不景氣以及市場競爭的不規(guī)范化，工程地質(zhì)勘察隊伍增加了巖土工程的業(yè)務(wù)是完全必要的，但將巖土工程作為工程地質(zhì)的救世主，則值得商榷了。

1前言

自2003年中國地質(zhì)學(xué)會工程地質(zhì)專業(yè)委員會發(fā)起建立“全國工程地質(zhì)專家?guī)臁币詠?，得到全國各界工程地質(zhì)（含巖土工程和地質(zhì)工程相關(guān)專業(yè)）行業(yè)高科技人員的積極響應(yīng)，已經(jīng)收到420余份反饋回來的專家登記表，均已錄入數(shù)據(jù)庫?！叭珖こ痰刭|(zhì)專家?guī)臁币殉蹙咭?guī)模，從針對服務(wù)的行業(yè)來說，包括水利電力、鐵路交通、礦山和工業(yè)民用建筑等；從專業(yè)領(lǐng)域來說，包括工程地質(zhì)勘察、巖土工程施工、地質(zhì)災(zāi)害研究等；從遍及的單位來說，包括高等院校、科研院所、各部委直屬勘測設(shè)計院和公司等一百多家；從職稱分布來說，包括工程院院士、勘察大師、教授級高級工程師、高級工程師、教授、副教授、研究員、副研究員等；從工作職務(wù)來說，包括院長、副院長、總工程師、副總工程師、經(jīng)理、校長、系主任等。

入庫的單位及其人數(shù)情況：北京國電華北電力工程有限公司14人；長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪工程學(xué)院11人；成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院12人；國家電力公司成都勘測設(shè)計研究院43人；國家電力公司貴陽勘測設(shè)計研究院15人；國家電力公司昆明勘測設(shè)計研究院39人；建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計院11人；水利部天津水利水電勘測設(shè)計研究院11人；中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所17人；中航勘察設(shè)計研究院39人（這里只列出了10人以上的單位）。

2軟件功能

2.1基本功能

①顯示工程地質(zhì)（地質(zhì)工程、巖土工程及相關(guān)專業(yè)）專家基本信息，包括姓名、性別、出生年月、技術(shù)職稱、工作職務(wù)、工作單位、單位性質(zhì)、聯(lián)系方式。②顯示專家專業(yè)特長，工作領(lǐng)域。③打印專家表。④按照入庫序號、姓名和工作單位排序，方便檢索。⑤可隨時登記入庫。

1水文地質(zhì)類型區(qū)概述

在一些比較復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下,如果存在地下水,則其和普通的水資源具有很大的相似性,主要表現(xiàn)在整體性和系統(tǒng)性等方面,通常也會表現(xiàn)出再生性和可調(diào)節(jié)性?？梢酝ㄟ^對賦存環(huán)境進行系統(tǒng)勘查,劃出不同的單元系統(tǒng),水文地質(zhì)類型在劃分區(qū)域的時候,通常都是將賦存環(huán)境相類似的地下水地貌地質(zhì)歸為一類,這樣做可以更好地進行系統(tǒng)性的管理。

1.1水文地質(zhì)類型區(qū)的定義

所謂水文地質(zhì)類型區(qū),就是根據(jù)巖層下面地下水的分布形態(tài)、地貌特點以及含水層的成因相似性即其附近的巖石結(jié)構(gòu)條件等內(nèi)容對地下水進行不同區(qū)域的劃分,使其按照各自的特點形成獨立或相對獨立的地下水分布區(qū)域。

1.2水文地質(zhì)類型區(qū)的特征

在將地下水劃分為不同水文地質(zhì)類型區(qū)時,要使其形成一定的特色,即能夠與其他水文地質(zhì)類型區(qū)有著明顯的不同特征。一般來講,每個水文地質(zhì)類型區(qū)獨特的特征應(yīng)該從地下水的流域面積及水流流動特點開始分析,并對其周邊的地質(zhì)與水文地質(zhì)情況進行調(diào)查,指出其在自身空間范圍內(nèi)的地下水存儲與運動,以及其自我補給、徑流和排泄的方式和過程。

編者按：本論文主要從地下工程開挖引起的工程地質(zhì)問題；防治措施等進行講述，包括了地面沉降、洞室圍巖失穩(wěn)、斜坡破壞、地下水污染、開展詳盡的工程地質(zhì)勘察、做好開挖方案的優(yōu)化選擇、實行科學(xué)的降水設(shè)計、做好現(xiàn)場監(jiān)測，開展信息化施工技術(shù)、積極采用新技術(shù)、新方法等，具體資料請見：

摘要：隨著城市建設(shè)的大力發(fā)展，地下工程建設(shè)越來越多，由此引發(fā)的各類工程地質(zhì)問題也逐漸顯現(xiàn)出來，根據(jù)城市地下工程的特點，對地下工程開挖引起的工程地質(zhì)問題進行了分析并提出了預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：地下工程；工程地質(zhì)問題；預(yù)防

城市地下工程具有現(xiàn)場環(huán)境條件復(fù)雜、施工難度大、技術(shù)要求高、工期長、對環(huán)境影響控制要求高等特點，是一項相當(dāng)復(fù)雜的高風(fēng)險性系統(tǒng)工程。但是，地下工程建設(shè)一般都在市區(qū)內(nèi)，在其施工過程中常常會引起周圍地層的位移、變形、沉降與塌陷等環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)，對周圍地面建筑物及基礎(chǔ)、地下早期人防和其他構(gòu)筑物、公共地下管線和各種地下設(shè)施以及城市道路的路基、路面等都可能構(gòu)成不同程度的危害，已經(jīng)出現(xiàn)并且孕育諸多工程地質(zhì)問題。

1地下工程開挖引起的工程地質(zhì)問題

1.1地面沉降

第一篇

1直流電阻勘查技術(shù)

直流電阻的勘測技術(shù)是針對工程項目不大的情況下而采用的，在電法測量的過程中要求的是點距小且密度高，所以采用常規(guī)的電法進行工程勘查會導(dǎo)致工作效率的降低且精度降低。當(dāng)前對巖土進行勘查的技術(shù)為電阻率法，其高密度的電阻率法可以進行二維斷面的勘查，同時兼有常規(guī)剖面勘查的功能，鋪設(shè)一次導(dǎo)線就可進行多個觀測點的勘查，獲得的信息量很大，施工效率很高;同時在采集數(shù)據(jù)后可以對數(shù)據(jù)進行智能化的處理，尤其是可以進行現(xiàn)場實時化的分析與計算，并繪制不同的效果圖進行輸出，這樣就大大提高了勘查的效率。這樣的勘查技術(shù)適應(yīng)對地下目的物的勘查，高密度的電阻勘測技術(shù)形式很多，總電極數(shù)和點距離可以按照場地的需求進行設(shè)置。一般固定的掃描斷面的測量可以將電阻率斷面看做是梯形剖面;變斷面連續(xù)滾動掃描則可以將電阻率斷面看做是四邊形。對高密度的斷面電阻率數(shù)據(jù)進行反演分析可以借助邊界單元法、有限元法、目標相關(guān)計算等，三種方式的分析優(yōu)勢不同，各有優(yōu)勢。通常是按照相關(guān)的工程而進行確定。高密度電阻率勘測技術(shù)的應(yīng)用可以提高以往的電法在野外勘察中的質(zhì)量和效率，同時可以極大地豐富數(shù)據(jù)資料，使得直流電阻的勘測技術(shù)應(yīng)用獲得較好的成效。在具體的工程中電阻率法的應(yīng)用案例如:在某個橋梁工程中，工程中對勘察采用了物探和鉆探技術(shù)，鉆孔四個獲得巖層的基本分布情況，是自上而下分別是砂卵層、含砂粘土、二疊系灰?guī)r。鉆探中發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)的砂卵層厚度的改變不大相對穩(wěn)定，但是灰?guī)r層的厚度改變較大，四個孔中灰?guī)r層厚度均不同，其中一個孔的鉆探至50m未見到基巖層，鉆孔中灰?guī)r的巖芯相對完整，沒有發(fā)現(xiàn)溶蝕和溶洞等情況。在橋梁的樁基施工前進行超前孔施工卻發(fā)現(xiàn)了巖層中差異較大且發(fā)現(xiàn)溶洞，在出現(xiàn)較大反差的情況下決定采用電阻率勘察與鉆探配合，勘察地下基巖層面情況，利用高密度電阻率測量，布置測線四條，點距控制在2m，通過已有的鉆探資料進行深度矯正，最終獲得了地下巖層的勘測圖，可以發(fā)現(xiàn)灰?guī)r電阻率的變化，灰?guī)r巖層所呈現(xiàn)的是石林形狀，整體呈現(xiàn)的左高右低的情況，溶洞反應(yīng)十分明顯，位置確定準確，在未見基巖側(cè)測得基巖深度65m，后用鉆孔勘測進行驗證，電阻率測量基本準確。

2地震波勘測技術(shù)

地震波的基本原理就是利用地震波對地下目的物進行勘測，利用回波來完成對地下目的物的描述，目前應(yīng)用的是一種類似與CT的成像技術(shù)，其走勢有明顯的人工激發(fā)特征，主要針對的對象內(nèi)部速度改變，以此測定地層的邊界情況，其獲得的是波速改變的圖形分布。地震波的技術(shù)是在上個世紀的中期發(fā)展起來的，地震波CT技術(shù)最初的應(yīng)用是在石油的勘測中，提高了對地質(zhì)描述的效果。隨著應(yīng)用地震波CT技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域也隨之拓展開來，經(jīng)過改進與豐富，地震波CT已經(jīng)成為一種重要的地球物理勘測方法，其在工程中的應(yīng)用可以幫助地層成像，以此獲得地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的準確結(jié)構(gòu)。如在水利工程中對船閘周圍的地層進行勘測，利用地震波進行掃描，其中地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布和波速分布的參數(shù)是有著明顯差異的，利用該項技術(shù)就可對邊坡的穩(wěn)定性進行預(yù)測和概念描述，以此利用有效的措施進行控制，保證邊坡穩(wěn)定。

3瑞雷波技術(shù)措施

1.工程地質(zhì)學(xué)科的爭議

教科書對工程地質(zhì)學(xué)的三種定義：①工程地質(zhì)學(xué)是研究與工程有關(guān)的地質(zhì)問題的科學(xué)；②工程地質(zhì)學(xué)是研究人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境相互作用的科學(xué)；③工程地質(zhì)學(xué)是研究人類工程建設(shè)活動與自然地質(zhì)環(huán)境相互作用和相互影響的一門地質(zhì)科學(xué)。

從以上三種定義的實質(zhì)中均不難看出，工程地質(zhì)學(xué)強調(diào)的工程和地質(zhì)的關(guān)系，研究的是人類工程活動與自然地質(zhì)環(huán)境的相互作用。但是，近年來工程地質(zhì)學(xué)科卻正在經(jīng)歷著前所未有的挑戰(zhàn)，工程地質(zhì)學(xué)被異名為巖土工程學(xué)，工程地質(zhì)勘察被稱之為巖土工程勘察。工程界有此呼聲，學(xué)術(shù)界有此呼應(yīng)，一些大專院校也紛紛效仿，甚至工程地質(zhì)這個專業(yè)在高校也被取消了。一時間，似乎工程地質(zhì)已經(jīng)成了守舊傳統(tǒng)，巖土工程才是先進時髦的，才是可以適應(yīng)市場經(jīng)濟并與國際接軌的。這是近年來分歧最大的爭議。

這些年來工程地質(zhì)勘察的不景氣以及市場競爭的不規(guī)范化，工程地質(zhì)勘察隊伍增加了巖土工程的業(yè)務(wù)是完全必要的，但將巖土工程作為工程地質(zhì)的救世主，則值得商榷了。

根據(jù)筆者的理解，巖土工程是一項工程應(yīng)用技術(shù)，是針對地質(zhì)體的工程缺陷實施的工程措施而進行的一系列設(shè)計和施工過程的總稱。巖土工程的任務(wù)是“處理”地質(zhì)體的工程缺陷,使之滿足工程建筑物對地基的工程要求，因此又有“巖土工程處理技術(shù)”的別名，說明巖土工程的確是一項實實在在的工程技術(shù)。確立工程地質(zhì)學(xué)是一門獨立的學(xué)科，盡管也僅僅是本世紀初的事，并不象數(shù)學(xué)、物理學(xué)、天文學(xué)等等著名學(xué)科那樣歷史悠久，然而，之所以將工程地質(zhì)定義在“學(xué)科”這樣的高度上，是因為她具備學(xué)科的一些基本特性和基本理論，這就是地質(zhì)學(xué)的基本特性和基本理論，換句話說，工程地質(zhì)學(xué)的基本理論就是地質(zhì)學(xué)(當(dāng)然更包括數(shù)學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等等)，因此，又將工程地質(zhì)學(xué)界定為地質(zhì)學(xué)的一個分支學(xué)科或應(yīng)用學(xué)科，這是符合實際的。工程地質(zhì)學(xué)的最新定義也是較為全面的：研究人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境相互作用的科學(xué)。顯然，工程地質(zhì)與巖土工程盡管有相似之處，但也有天地之別。如果將巖土工程界定為工程地質(zhì)學(xué)科的一個分支，好象還說得過去；而反過來用巖土工程來代替工程地質(zhì)，則實在有些牽強附會。

1997年6月20-27日，國際工程地質(zhì)學(xué)會在希臘召開了一次學(xué)術(shù)討論會，會上決定將本學(xué)會名稱改為：國際工程地質(zhì)學(xué)與環(huán)境學(xué)會。我國組團15人參加，王思敬任團長。隨后國內(nèi)也有人提出工程地質(zhì)學(xué)會改名，以便與國際接軌，但一直未獲通過。在近幾年的中國地質(zhì)學(xué)會工程地質(zhì)專委會會議上，學(xué)科和學(xué)會更名問題的交鋒一直也沒有停止過。我國工程地質(zhì)界的前輩專家學(xué)者們多數(shù)也不同意更名，認為如此嚴肅的基礎(chǔ)性應(yīng)用性學(xué)科，沒有必要放棄自己的傳統(tǒng)風(fēng)格，我國的工程建設(shè)任務(wù)十分繁重，工程地質(zhì)學(xué)科的研究和發(fā)展前景仍然是艱巨和光明的。

1發(fā)展歷程

水利水電工程地質(zhì)計算機應(yīng)用工作的起點基本上與其它專業(yè)同步，初期發(fā)展也是有聲有色的，經(jīng)過十多年的努力，伴隨著改革開放的主旋律，度過了從起步到發(fā)展的初級階段，進入令人困惑的相持時期，最終還是拉開了檔次，走向兩極分化，從整體上講落后于其它專業(yè)。十多年的發(fā)展歷程，可以概括為起步階段、發(fā)展階段、相持階段和拉開檔次等四個階段。

1.1起步階段

八十年代中期，PC-1500袖珍計算機使得最基層的地勘隊有幸成為計算機的擁有者。袖珍機用于工程地質(zhì)水文地質(zhì)的一些小型計算，物理力學(xué)試驗資料的分析整理，一些小型的簡單圖件的繪制等等。許多袖珍計算機的使用者們將自己的經(jīng)驗和成果無私奉獻出來，在各類專業(yè)技術(shù)刊物上登出了大量解決實際問題的源程序，自發(fā)地形成了自由軟件庫。單位和個人的應(yīng)用程序的交流也比較隨便和自由，這對提高系統(tǒng)內(nèi)計算機整體應(yīng)用水平起到了積極的作用。可以這樣說，八十年代中期水利水電系統(tǒng)的袖珍計算機熱，為系統(tǒng)內(nèi)的計算機應(yīng)用培養(yǎng)了人才，鍛煉了隊伍。

1.2發(fā)展階段

八十年代后期至九十年代初期，隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，PC系列微機大量涌入中國市場，國內(nèi)計算機處理漢字信息技術(shù)也進入了實用階段，中國人應(yīng)用計算機有了劃時代的突破，水利水電工程地質(zhì)的計算機應(yīng)用也進入了形勢大好的發(fā)展階段。系統(tǒng)內(nèi)一些領(lǐng)導(dǎo)比較重視的單位相繼組建了工程地質(zhì)專業(yè)的微機室或電算組，裝備了一定數(shù)量的臺式微機，部分地質(zhì)師轉(zhuǎn)而從事工程地質(zhì)計算機應(yīng)用工作，從此有了水利水電工程地質(zhì)計算機應(yīng)用的專業(yè)隊伍。在此期間，工程地質(zhì)專業(yè)計算機應(yīng)用軟件有了很大發(fā)展，繪制鉆孔柱狀圖、地質(zhì)剖面圖、等值線圖、節(jié)理統(tǒng)計圖等地質(zhì)圖件亦可達到計算機出圖的實用水平；數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用方面，有了一些初步實踐和應(yīng)用規(guī)劃；在工程地質(zhì)數(shù)值計算方面，將當(dāng)年在袖珍機上應(yīng)用較為成熟的一些工程地質(zhì)計算程序搬到了微機上，并繼續(xù)開發(fā)了一些新的計算程序?？傊@些成果反映出工程地質(zhì)的計算機應(yīng)用逐漸進入了實用階段。

1998年全國流域性的特大洪水，損失是慘重的。大洪水給人們以大警示，因而在汛后的很短時間內(nèi)，國家投入了大量人力物力進行堤防工程建設(shè)。堤防工程建設(shè)的主要內(nèi)容是對那些達不到防洪標準和汛期出現(xiàn)險情的堤防進行整險加固。堤防出險主要是堤基滲透破壞、江河水流沖刷產(chǎn)生崩岸、堤基軟弱產(chǎn)生沉降變形破壞、堤身散浸或脫皮滑坡等；一些堤防的防洪標準不夠，出現(xiàn)子堤擋水或漫堤潰堤等險情。1998年汛期的堤防工程，可謂是八方告急呼救，到處險象環(huán)生。所有出險問題中，與地質(zhì)有直接關(guān)系且隱蔽性最強、危險性最大的是堤基的滲透破壞，牽動全國的九江潰口就是堤基滲透破壞引起的。針對這些情況，在進行工程設(shè)計時，采取的主要措施是提高堤防的防洪標準，對已出險的堤段進行必要的加固，例如對易崩岸部位進行拋石護坡，標準不夠的進行加高加固，對堤身滲漏采取錐探灌漿，而對堤基的滲透破壞則除了采取加長加厚鋪蓋外，比較普遍的是對堤基采取垂直防滲措施。堤防工程建設(shè)與地質(zhì)環(huán)境有著十分密切的關(guān)系，地質(zhì)環(huán)境可以影響堤防建設(shè)，堤防工程也會反作用于地質(zhì)環(huán)境，帶來新的環(huán)境地質(zhì)問題。

1堤防工程與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系

堤防工程是為了抵御洪、潮水給人類正?；顒右约吧姝h(huán)境帶來的自然災(zāi)害而修建的水利防護工程的總稱。堤防工程的主體是眾所周知的各類擋水堤、墻，而堤上的各類閘、涵、洞、管等穿堤建筑物以及堤防維護、搶險所需的交通和通訊設(shè)施等等，則應(yīng)歸為堤防工程的附屬工程或附屬建筑物。

1.1堤防工程的特點

(1)線路長，分布范圍廣。據(jù)統(tǒng)計，我國已建堤防總長20余萬公里，尚有若干堤防工程正在規(guī)劃和建設(shè)之中，主要分布在各大江大河的干、支流上和各湖泊周圍及沿海一帶。

(2)堤防工程的主體主要是線性水工建筑物，其它附屬建筑物則另當(dāng)別論。

1工程地質(zhì)勘查中的水文地質(zhì)評價

任何一項工程地質(zhì)勘察工作都需要對水文地質(zhì)的勘察結(jié)果進行評估，可是，在長期的工作過程中，我們都沒有重視地下水對巖土層的不良作用，并且在評價時也沒有考慮施工現(xiàn)場地下水活動會帶來的各種影響。如果繼續(xù)沿襲這樣的工作方式，就可能對建筑工程的穩(wěn)定性產(chǎn)生極大的威脅，導(dǎo)致許多施工工程問題的產(chǎn)生，可能威脅使用者的人身安全。所以，我們在深入的分析探究了這些問題后，對評價工作的重點進行了調(diào)整和更新。主要有下列幾個方面：第一，進行工程地質(zhì)勘查工作時，水文地質(zhì)勘查的評價過程中，傳統(tǒng)的評價報告中往往會忽略地下水對巖土層的影響，同時也沒有結(jié)合具體的施工現(xiàn)場地下水的特性。因此在這樣的一種情況下，就會讓地下水對建筑工程造成很大的危害，各種各樣的施工質(zhì)量問題就會出現(xiàn)，甚至?xí)斐珊艽蟮陌踩鹿省Ｎ覀冊诳偨Y(jié)了以往經(jīng)驗與教訓(xùn)之后，可以事先制定一套防護方案，以保證勘測工作的有效性。第二，要深入探究地下水的運動情況，并探究地下的巖土狀況，并且要將與之有關(guān)的眾多水文地質(zhì)文件找出來作為借鑒，只有為工作奠實基礎(chǔ)，才能得出最準確的結(jié)論。第三，要深入分析地下水可能對工程施工造成的不良影響，并針對巖土結(jié)構(gòu)的差異分別進行討論。

2巖土水理的性質(zhì)

巖土由于受到地下水的影響，就可能出現(xiàn)各種各樣的性質(zhì)，這就是巖土的水理性質(zhì)。我們在進行工程地質(zhì)勘察工作時，一定要將巖土水理性質(zhì)的勘察作為關(guān)鍵工作，這樣才能掌握最真實的巖土地質(zhì)狀況。

2.1地下水的儲存形式

我們平時生產(chǎn)、生活中所使用的地下水，都是以三種狀態(tài)儲存在巖土層中的，也就是重力水、結(jié)合水和毛細管水。地下水之所以能以這種狀態(tài)儲存在巖土深處，其實就是因為地下水有著賦存的特征。

現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)(GIS)都主要表達二維的地表地物的圖形和屬性信息，要擴展到真三維包含地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地質(zhì)信息系統(tǒng)還有差距。一個大型地質(zhì)工程項目從可行性研究階段、初步設(shè)計階段到詳細設(shè)計階段，乃至到工程施工與運行階段，往往積累了大量的地質(zhì)資料，用三維模型圖形圖像來表達和解釋如此龐大的資料，比光靠數(shù)據(jù)庫和圖表圖紙等傳統(tǒng)手段來得有效的多。建立工程地質(zhì)體的三維模型，處理巖層界面與結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系，逼真反映地下主要地質(zhì)結(jié)構(gòu)全貌，將為工程地質(zhì)工作者分析研究工程地質(zhì)現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)掌握巖土體結(jié)構(gòu)規(guī)律，提供一種嶄新的研究手段和研究方法。

國外三維地質(zhì)建模和可視化研究發(fā)展較快。加拿大阿波羅科技集團公司推出的三維建模與分析軟件MicroLYNX，通過對離散點采樣、鉆探采樣和探槽采樣等空間數(shù)據(jù)的處理，產(chǎn)生剖面、塊和面等模型，確定礦藏分布和等級變化并計算礦藏儲量。加拿大GemcomSoftwareInternationalInc.公司開發(fā)的Gemcom軟件通過鉆孔、點、多邊形等數(shù)據(jù)，利用實用的圖形編輯和生成工具，顯示鉆孔孔位分布，運用不規(guī)則三角網(wǎng)建立表面和實體模型，運用多義線圈閉巖層和礦體邊界進行儲量和品位分析，提供了交互操作功能并允許用戶根據(jù)自己的經(jīng)驗和專家知識勾畫地質(zhì)模型，實現(xiàn)任意剖面切割任意角度觀察和實體與實體或?qū)嶓w與表面的交切與布爾運算等。國外軟件主要是瞄準采礦工程，能夠較好地滿足采礦工程活動中的礦產(chǎn)資源勘探和評價、地下礦井和露天礦坑設(shè)計和規(guī)劃、礦產(chǎn)資源管理和采礦生產(chǎn)管理等需求。美國Kinetix公司開發(fā)的3DStudioMAX，Alias/Wavefront公司開發(fā)的Maya和微軟公司開發(fā)的Softimage等大眾化的三維建模軟件，在構(gòu)建工業(yè)和建筑模型與動畫制作方面有其獨到之處，但交互查詢的功能較弱，與工程勘測數(shù)據(jù)庫結(jié)合并應(yīng)用于工程地質(zhì)三維建模方面還有較大距離。

張菊明等對風(fēng)化帶分布、多層地層等地質(zhì)信息的可視化和斷層錯斷巖層的表達和顯示的算法[1,2]進行了較為深入的研究，為工程地質(zhì)三維可視化軟件的開發(fā)準備了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并借助AutoCAD平臺實現(xiàn)了復(fù)雜三維地質(zhì)圖形的顯示。國內(nèi)的靈圖VRMap地理信息系統(tǒng)軟件有較強的地形模擬和地表地物的查詢功能，但不是真三維的地質(zhì)建模工具。北京東方泰坦科技有限公司開發(fā)TITAN三維建模軟件，基于框架建模的思想，利用平行或基本平行的剖面數(shù)據(jù)，建立起三維空間復(fù)雜形狀物體的真三維實體模型，但目前只是初步的三維建模與圖形處理的引擎，在面向具體專業(yè)時，需要添加或擴充專業(yè)模塊，比如工程地質(zhì)專業(yè)模塊等。

縱觀國內(nèi)外幾種軟件的研究與開發(fā)現(xiàn)狀，它們?yōu)楣こ痰刭|(zhì)三維建模與可視化打下了很好的技術(shù)基礎(chǔ)，提供了很寶貴的開發(fā)經(jīng)驗。但是，對于工程地質(zhì)專業(yè)的地質(zhì)體建模與可視化分析的針對性不強，不能夠很好地滿足工程地質(zhì)生產(chǎn)與研究的專業(yè)功能需要。因此本文將從分析工程地質(zhì)的三維建模和可視化的關(guān)鍵技術(shù)問題入手，簡單描述作者在工程地質(zhì)三維建模和可視化方面的初步開發(fā)研究成果。

2關(guān)鍵技術(shù)問題分析2.1離散數(shù)據(jù)的插值與擬合

工程地質(zhì)復(fù)雜地質(zhì)體中的各種地質(zhì)信息，包括地表地形、地下水位、地層界面、斷層、節(jié)理、風(fēng)化帶分布、侵入體及各種地球物理、地球化學(xué)、巖土體的物理力學(xué)參數(shù)或數(shù)據(jù)的等值面(線)等，都可以看作是三維空間中的函數(shù)，它們的擬合函數(shù)要根據(jù)實際勘測數(shù)據(jù)建立，實測數(shù)據(jù)越豐富，越能夠真實描繪出這些信息的空間分布規(guī)律。地表地形測量數(shù)據(jù)、地下水位埋深測量信息等的單值曲面圖形生成可歸結(jié)為雙自變量離散數(shù)據(jù)的插值和擬合，多值曲面如倒轉(zhuǎn)褶皺和空間等值面等，則應(yīng)采用多參變量插值等其他一些較復(fù)雜的方法?？臻g曲面插值函數(shù)有以下構(gòu)造方法，如與距離成反比的加權(quán)方法(Shepard方法)，徑向基函數(shù)插值法(Multiquadric方法)[3]，平面彈性理論插值法[1,2]等，它們同樣適用于單個連續(xù)地層界面、地球物理勘探數(shù)據(jù)、地球化學(xué)勘探數(shù)據(jù)以及巖土體物理力學(xué)參數(shù)在地質(zhì)體空間的分布。