基于钻孔数据的GSI三维地质模型精细化构建方法及系统与流程

本发明涉及岩土工程与地质勘探三维建模，具体涉及基于钻孔工程地质编录数据的用于边坡稳定性分析的地质强度指标（gsi）三维地质模型精细化构建方法及系统，构建完的三维地质模型可以直接导入其他三维软件中进行边坡稳定性论证。

背景技术：

1、在露天矿山开采过程中，边坡的稳定性始终是制约安全生产的关键因素。进行可靠的边坡稳定性分析与计算，前提是必须选取恰当的岩体力学参数。岩体作为经多次地质构造作用形成的非连续体，其力学特性受岩层结构面、整体结构以及围岩环境的综合影响，导致不同深度、不同部位的岩体参数呈现出显著的空间变异性。

2、目前，岩体力学参数的获取主要依赖于以地质岩组为基础的室内岩块试验，辅以现场工程地质调查，完成岩体质量评价后通过强度折减法进行估算。其中，地质强度指标（gsi）方法因其通用性而被广泛采用。但传统的gsi获取方式仍然依赖现场经验判断，难以在三维空间内实现连续、精细的分布描述。

3、尽管三维地质建模技术已发展数十年，并在矿体储量评估中得到成熟应用，但针对岩体强度指标的三维精细化建模仍显不足。矿山前期资源勘查及补充勘探所积累的大量钻孔工程地质资料（如 rqd、裂隙数量、充填特征等），为实现 gsi 的空间细化提供了潜在数据来源。如何将这些离散的钻孔观测值进行定量化处理，并推广到整个边坡体，实现gsi指标的空间精细化预测，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决有gsi指标获取方式主观性强、难以空间化、精细化程度不足的问题，本发明提出一种基于钻孔数据的gsi三维地质模型精细化构建方法及系统，能够实现岩体强度指标的定量化三维空间预测，为边坡稳定性分析提供更精确的力学参数。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一方面，一种基于钻孔数据的gsi三维地质模型精细化构建方法，包括：

4、获取目标矿区所有钻孔的逐回次工程地质编录数据，针对每一钻孔的每一回次，依据岩体地质力学分类rmr分类标准对该回次的各项指标进行分段量化评分，将各项指标的量化评分相加，得到该回次的岩体质量评分；

5、根据地质强度指标gsi与岩体质量评分的转换关系，计算该回次的gsi值，将该gsi值作为该回次对应深度区间内的岩体强度样品值，形成由钻孔号、回次起点深度、回次终点深度和gsi值构成的四元组数据；

6、对全部钻孔的所有回次四元组数据进行统计分布分析，确定全区的最佳组合样长；将每个钻孔的连续回次按照所述最佳组合样长进行等长组合，组合后每一新样段的gsi值为该样段内所包含的原始回次gsi值的长度加权平均值；提取每个组合样段的空间中点坐标及其gsi值，形成gsi样品散点集；

7、利用目标矿区的地表数字地形模型dtm面、地层界线及岩性分界面，构建封闭的三维地质实体模型；

8、在所述三维地质实体模型的空间范围内建立三维块体模型，所述三维块体模型包括将三维块体模型空间划分为标准立方体单元的标准块体、将每个标准块体在x、y、z三个方向上按等比例划分的次级块体以及将位于地质实体边界附近的次级块体在z方向上按等比例划分的三级块体；

9、在所述三维块体模型中建立gsi属性字段，以gsi样品散点集为数据源，采用距离幂次反比法作为空间插值算法，对每个块体的gsi属性进行赋值；

10、基于所有块体的gsi赋值，生成并输出目标矿区的gsi三维地质模型。

11、优选的，每一回次的工程地质编录数据至少包括该回次的起点深度、终点深度、岩石质量指标rqd、节理数目、节理充填物厚度、节理面粗糙程度、风化程度、完整岩石强度及地下水条件；所述岩体质量评分为rmr89值；所述指标包括五项，分别为完整岩石强度指标、岩石质量指标rqd、节理间距指标、节理状态指标和地下水指标，所述节理间距等于节理数目的倒数，所述节理状态至少包括节理充填物厚度、节理面粗糙程度和风化程度。

12、优选的，所述分段量化评分利用excel的if函数实现自动化批量处理。

13、优选的，所述地质强度指标gsi与岩体质量评分的转换关系为：

14、gsi = （岩体质量评分） -  5。

15、优选的，所述最佳组合样长的确定方式如下：

16、对所有钻孔原始回次长度进行频数统计，取频数最高的回次长度作为最佳组合样长；或者，

17、取勘探网度的1/10~1/5作为最佳组合样长。

18、优选的，所述标准块体的尺寸设置为d=30m，次级块体的尺寸设置为d=d/4=7.5m，三级块体的尺寸设置为t=d/2=3.75m。

19、优选的，所述距离幂次反比插值的过程如下：

20、以搜索椭球体为范围，挑选满足最少/最多样品点数的已知点；

21、计算待估点与每个样品点之间的距离，以距离的幂次取倒数作为权重；

22、对所有权重进行归一化后，对样品点的gsi值进行加权平均，得到待估块体的gsi值。

23、优选的，对于三级块体的赋值，搜索椭球体内必须至少包含同一钻孔中上、下各至少一个相邻回次的样品点，以保证垂向连续性和回次尺度细节。

24、优选的，所述的基于钻孔数据的gsi三维地质模型精细化构建方法，还包括：

25、将gsi三维地质模型输出的精细化gsi三维数据，代入hoek-brown强度准则，计算得到空间变异的岩体力学参数。

26、另一方面，一种基于钻孔数据的gsi三维地质模型精细化构建系统，包括：

27、岩体质量评分获取模块，用于获取目标矿区所有钻孔的逐回次工程地质编录数据，针对每一钻孔的每一回次，依据岩体地质力学分类rmr分类标准对该回次的各项指标进行分段量化评分，将各项指标的量化评分相加，得到该回次的岩体质量评分；

28、gsi值计算模块，用于根据地质强度指标gsi与岩体质量评分的转换关系，计算该回次的gsi值，将该gsi值作为该回次对应深度区间内的岩体强度样品值，形成由钻孔号、回次起点深度、回次终点深度和gsi值构成的四元组数据；

29、gsi样品散点集生成模块，用于对全部钻孔的所有回次四元组数据进行统计分布分析，确定全区的最佳组合样长；将每个钻孔的连续回次按照所述最佳组合样长进行等长组合，组合后每一新样段的gsi值为该样段内所包含的原始回次gsi值的长度加权平均值；提取每个组合样段的空间中点坐标及其gsi值，形成gsi样品散点集；

30、三维地质实体模型构建模块，用于利用目标矿区的地表数字地形模型dtm面、地层界线及岩性分界面，构建封闭的三维地质实体模型；

31、三维块体模型构建模块，用于在所述三维地质实体模型的空间范围内建立三维块体模型，所述三维块体模型包括将三维块体模型空间划分为标准立方体单元的标准块体、将每个标准块体在x、y、z三个方向上按等比例划分的次级块体以及将位于地质实体边界附近的次级块体在z方向上按等比例划分的三级块体；

32、块体gsi赋值，用于在所述三维块体模型中建立gsi属性字段，以gsi样品散点集为数据源，采用距离幂次反比法作为空间插值算法，对每个块体的gsi属性进行赋值；

33、gsi三维地质模型生成模块，用于基于所有块体的gsi赋值，生成并输出目标矿区的gsi三维地质模型。

34、本发明具有如下有益效果：

35、（1）本发明直接利用钻孔原始逐回次编录数据，通过回次级别的gsi赋值和三级块体垂向细分，首次实现了gsi三维模型在深度方向上的回次级分辨率（可精细至2~3米），克服了传统大段组合导致的信息损失；

36、（2）本发明建立了包括“标准块体-次级块体-三级块体”三维块体模型，结合差异化的搜索策略，既能保证模型整体的区域趋势正确，又能保留局部细节和垂向精细变化，显著提高了gsi模型在边坡稳定性分析中的适用性；

37、（3）本发明构建的三维地质模型可直观显示gsi低值异常区或高变异区，为补勘钻孔布设提供定量依据，且新钻孔数据可方便地循环输入更新模型；

38、（4）本发明无需额外高昂的现场试验，仅利用现有钻孔编录数据即可构建高精度gsi模型，经济性好。

39、为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。