水利水电工程地质-水工-施工三维协同分析理论方法及应用

针对水利水电工程三维设计分析中存在的关键科学技术问题，重点研究水利水电工程地质-水工-施工三维协同分析理论方法与关键技术。研究考虑地质结构历史构造的水利水电工程尺度-统计尺度的三维地质精细建模理论和耦合分析方法，建立三维地质精细建模与水工岩体数值模拟分析的耦合模式；以三维地质模型为核心，建立水利水电工程地质-水工-施工三维协同分析的总体结构，研究地质-大坝工程、地质-地下工程和地质-边坡工程三维可视化协同设计分析技术，实现水利水电工程地质-水工-施工三维一体化的协同作业；结合拟建或在建的国家重点水利水电工程，开展工程应用研究，为提高我国水利水电工程勘测设计分析的水平和效率提供理论基础与技术支持。

围绕水利水电工程三维设计分析中存在的关键科学技术问题，重点研究了水利水电工程地质-水工-施工三维协同分析理论方法与关键技术。针对工程地质多尺度精细建模和水工建筑物三维快速建模问题，进一步发展了水利水电工程地质三维多尺度建模与分析方法；基于水利水电工程岩体结构不同区域大小、不同尺度地质数据的分析，综合考虑地质构造、随机裂隙结构面、水工建筑物和它们之间复杂的相互交错关系，提出了耦合工程区域尺度-统计尺度的三维岩体结构多尺度建模与分析方法，实现了研究区域内工程尺度-统计尺度岩体结构以及工程结构的统一精细建模，为三维协同分析提供了模型基础。针对三维地质模型与水工岩体数值模拟分析的耦合问题，提出了基于三维地质模型的水工岩体结构精细数值建模方法。由于岩体结构数值模拟分析前处理工作中存在地质模型建立、空间单元划分等难点，在三维地质建模系统中建立精细的工程地质三维统一模型，通过单元网格几何模型的自动生成和模型数据的转换输入，快速、准确地为岩体结构数值模拟分析提供不同类别、信息丰富的精细三维网格剖分模型，不仅简化了数值计算分析的前处理工作，同时也丰富了三维地质模型的属性信息，为工程设计与优化提供直观便捷的信息平台。进而以三维地质模型为中心，建立了水利水电工程地质-水工-施工三维协同分析的总体结构；通过属性库、模型库、图像库和图形库进行相互关联，将地质勘探、地质解译、地质剖面出图、岩体质量可视化分级、水工建筑物三维建模、填挖方量分析、建筑物相关地质剖切分析、枢纽建筑物布置与优化设计、方案输出等涉及地质勘测分析、水工和施工专业的不同工作内容关联起来，形成一个完整的三维协同分析一体化结构。并分别提出了地质-大坝工程、地质-地下工程和地质-边坡工程三维可视化协同分析方法，实现了水利水电工程地质-水工-施工三维一体化的协同作业。研究成果在向家坝、三峡水库边坡、溧阳抽水蓄能电站和疏浚工程等多项工程中得到了应用，为工程设计与施工提供有力的理论基础与技术支持。部分成果获2011年度国家科技进步二等奖和2012年度教育部科技进步一等奖；发表、录用相关学术论文12篇，其中SCI/EI收录10篇；发明专利授权1项、申请1项；培养硕士2名、协助培养博士1名。