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Leapfrog Works在某大坝项目中的应用介绍
2024-10-16 15:45:44
位于俄勒冈州加斯顿附近的亨利哈格湖的斯科金斯大坝为当地企业、农场和约40万人提供市政和灌溉用水。该大坝是一座联邦设施，由美国垦务局拥有和运营。目前，大坝正在进行安全改造评估，并且还计划增加水储存容量。这是垦务局和清洁水务公司（Clean Water Services）之间的联合项目。建筑、工程和咨询公司HDR受清洁水务公司的委托，提供一项可行性设计研究，旨在评估在现有大坝下游选址新建一座碾压混凝土（RCC）大坝的可能性。这个新选址不仅可以提供更大的储水容量，还可以显著降低由于最近才被理解的重大地震事件而导致的失效风险。HDR公司使用Seequent的动态地下建模解决方案Leapfrog Works来协助进行调查、编写岩土工程设计报告、估算成本，并制定初步设计图纸。HDR的岩土工程师安德鲁·利特尔（Andrew Little）评论道：“Leapfrog Works为地质学家提供了一种快速且用户友好的方式，直接开发3D模型，能够非常迅速地进行检查和审查。它还可以通过剖面布局和实时切割模型，快速、优雅地与团队成员和客户进行沟通。”斯科金斯大坝和水库位于俄勒冈州西北部沿海山脉的东坡上。沿海山脉的东侧是一条向东北倾斜的单斜构造，由第三纪时期的海洋火山岩和沉积岩组成。随着20世纪70年代和80年代板块构造知识的发展，人们对俯冲带机制及其引发的地震有了更深入的了解。俄勒冈州和华盛顿州海岸可能发生9级或以上的地震，这促使监管机构开始关注易受地震影响的基础设施。斯科金斯大坝是一座由易受地震循环荷载影响的材料建造的土石坝，可能在俯冲带地震中失去强度，因此需要进行改造以避免地震破坏。项目的目标是提供一个安全的储水设施和一个在俯冲带地震中不会失效的可靠水源供应。该项目正在进行中。HDR公司计划在2019年12月完成三个备选方案之一的可行性设计：新建一座碾压混凝土（RCC）大坝。垦务局正在研究另外两个方案：修复现有的大坝而不增加储水量，或修复并加高现有大坝以增加储水量。垦务局和清洁水务公司将共同决定三个方案中的哪一个进入最终设计阶段。安德鲁·利特尔评论道：“一个主要的挑战是如何在几乎没有露头验证地质结构的情况下，仅利用20个钻孔在约30英亩的广阔区域内建立地质模型。山谷两侧的岩层倾角存在显著差异，必须对此进行解释。此外，钻孔数据中显示了穿过场地的标志层，但其并非平面结构。最初的假设是场地中存在断层，但钻孔数据和地球物理资料都没有支持这一理论。”HDR公司选择使用Seequent的动态地下建模工具Leapfrog Works。该工具通过3D可视化帮助用户理解地质风险，并能够通过一系列共享和协作工具，更准确地与所有利益相关者进行沟通。安德鲁继续说道：“我们使用Leapfrog Works结合钻孔成像仪获取的结构数据，对标志层进行了建模，这提供了折叠标志层的3D可视化，并揭示了一个与区域构造压力一致的褶皱轴。这解释了山谷两侧岩层倾角的差异，而不是由拟建大坝场地的断层引起的。Leapfrog Works的3D模型展示了折叠标志层，如果仅依靠二维剖面图，这样的解释和沟通将非常困难。”为了对标志层的形状进行建模，HDR使用了钻孔中遇到的标志层单元内的平均岩层倾角结构数据，并将其应用于地层接触面，这一过程借助了Leapfrog Works的结构数据功能。此外，还使用了在少数露头处进行的地表测绘的额外结构数据，以确定标志层的形状和走向。 过去，HDR使用Civil 3D通过剖面图构建地质模型。然而，这个过程耗时且容易出错，最终只能通过分散在场地各处的少量剖面图，提供有限的地下信息窗口。安德鲁解释道：“可以在Civil 3D中开发曲面来进行剖面间的插值，但这一任务非常繁琐，要求CAD技术人员与软件协作，而地质学家则需要审查结果。”Leapfrog Works专为地质学家设计，拥有用户友好的界面和直观的工作流程及工具。地质学家可以自行开发3D模型，无需依赖技术人员，从而能够在3D场景中快速进行审查和分析。安德鲁评论道：“当我学习Leapfrog Works时，我注意到它与其他软件的兼容性更好，并且更加直观。如果你不每天使用Civil 3D，你需要重新学习自己。使用一个从一开始就直观的软件真的很不错。”Leapfrog Works被用于创建项目场地的综合3D地下模型，包括一个大型滑坡，并通过添加假设数据场景来分析断层的可能性。可行性设计工作中的一个重要方面是了解并准确建模拟建RCC大坝右坝肩上方斜坡的滑坡情况，以便为设计决策提供依据，帮助减轻滑坡对拟建大坝的风险。Leapfrog Works软件在基于实地数据和模型直接提取的剖面图建模滑坡范围和地下滑动面方面非常有帮助，并使用GeoStudios的Slope/W软件进行边坡稳定性分析。 Leapfrog模型还用于评估场地内存在断层的可能性，因为该场地位于一个大型、复杂、活跃的断层带中。在模型中创建了一个假设的穿过山谷的垂直断层，以根据模型断层两侧收集的实地数据评估错动的可能性及规模。模型显示了明显的左行位移，并且其可能的规模被用于为设计中的减缓措施提供依据。 体积计算被用于验证Civil 3D的计算结果，开挖和设计模型也被导入到Leapfrog Works中，以3D方式可视化场地可能发生的变化。Leapfrog Works专为行业设计，与行业标准的地质调查数据格式具有互操作性。地质模型可以轻松与工程设计、建筑信息模型（BIM）工作流程以及地下水流模型相结合，从而简化工作流程并提高效率。能够将开挖表面直接导入到Leapfrog Works中尤为实用。安德鲁解释道：“我们发现，在Leapfrog Works的实体模型中查看需要修正的错误要比在Civil 3D中通过等高线或三角面查看表面容易得多。”借助Seequent的解决方案，HDR公司在节省时间和提高沟通效率方面获得了显著优势。使用Leapfrog Works建立基础模型仅需几天时间，而在Civil 3D中则需要数周。不仅在创建Leapfrog Works模型时节省了大量时间，最终的产品也更易于快速传达地下结构的各个方面。安德鲁评论道：“使用Leapfrog Works可以做得更多。如果仅在一维或二维中查看，某些数据特征可能不会显现。3D模型在理解地质特征方面确实增加了价值。”在2020年夏天垦务局和清洁水务委员会做出大坝改造的最终决策之前，还需要经过几个月的咨询步骤。一个关键的里程碑是对所有三个方案的风险评估，这将于2019年晚些时候进行。由于3D模型的便捷性，它们将在这一阶段用于传达HDR设计的关键方面。安德鲁评论道：“我们已经向垦务局展示了模型，这非常有用。” 此外，还可以使用免费的Leapfrog Viewer软件，该软件允许查看从Leapfrog模型导出的场景文件，这是在公众和利益相关者会议中分享3D模型视图、实现更清晰沟通的绝佳方式。Leapfrog Works提供了多种输出和沟通工具，从渲染的模型图像到新的在线网页工具View，这些工具还允许在网站中嵌入模型视图，在与公众团体进行咨询时非常有用。展望未来，HDR公司丹佛办公室的地质学家将在所有未来项目中使用Leapfrog Works。安德鲁评论道：“我已经在与我们西海岸的办公室接触，让他们熟悉Leapfrog Works的功能。我们对其在本项目中的应用印象深刻，希望围绕其使用开发最佳实践建模。” Seequent公司的土木与环境产品经理Pat McLarin评论道：“Leapfrog Works是唯一专为满足土木工程和环境行业需求的解决方案。它直观、易学且具有成本效益，用户可以快速提升技能，而不需要依赖CAD专业知识。理解和传达地下条件是项目成功的关键。借助Leapfrog Works，地质、环境和工程数据可以轻松在3D中可视化和共享，从而实现更好的决策并降低风险。”张经理：17621192152【上海、浙江、广东、广西、海南、江西、福建、云南】丰经理：17521145176【北京、河北、天津、山东、山西、安徽、江苏、河南、黑龙江、辽宁、吉林、内蒙古】许经理：18971301365【湖北、四川、重庆、宁夏、贵州、陕西、甘肃、新疆、青海、湖南】地 址：上海市松江区九新公路1005号临港松江科技城中仿大厦(201615)
