上海人民广场地区三维地质建模研究
(一)数据收集和整理
1.基础地理数据
地理底图数据为地质钻探提供位置，同时在建立三维模型时为三维模型提供位置参考。由于采集的底图数据使用的坐标系不同，需要对原始地理数据进行登记，将底图数据统一到上海本地坐标系中。
本次3D建模研究中收集的基础地理数据包括:
(1)人民广场矢量数据，包括水系、居民区等18层；
(2)分辨率为2.5m和253M的人民广场SPOT5卫星胶片(如图5-73所示)。
图5-73地理底图和遥感影像数据
2.工程地质数据
工程地质数据是这种三维建模的基础数据，而钻孔是这些基础数据的核心。研究中对收集的原始钻孔资料进行了标准化和分层，绘制了工程地质剖面图5-74、等值线图、工程地质区划图和工程地质地貌区划图。这些手动修改的地图可以作为修改三维模型的基础数据。本次三维建模涉及的工程地质数据包括:
(1)工程地质钻孔属性数据，包括人民广场及其附近15工程地质钻孔的分层数据和测试数据；
(2)人民广场及其附近区域10工程地质剖面图；
(3)各工程地质级别人民广场埋深等值线图；
(4)工程地质区划图；
(5)工程地质地貌区划图。
图5-74工程地质图
(2)地质模型的建立
利用研究区钻孔数据建立三维地质模型，利用软件提供的三维显示和分析功能对模型进行可视化，主要包括(图5-75为三维模型可视化结果截图):
图5-75上海人民广场三维地质模型截图。
1.场景窗口变换
对生成的三维地质模型进行放大、缩小和漫游；
2.3D属性查询
利用鼠标点击或三维交互定位，获取当前点的空间位置，查询该位置的钻孔、地层、采样点等实体的基本信息、地层分层信息、样本信息等属性信息；
3.三维切割
针对三维地质模型，提供平面垂直剖切、水平剖切、倾斜剖切、折线剖切和组合剖切，使用户更好地了解土层的空间特征和地质特征参数的空间分布特征；
4.隧道模拟
基于三维地质结构模型和属性模型的隧道开挖模拟可用于隧道内的飞行漫游，也可提取隧道模型单独显示。
(3)模型分析和验证
结合人民广场区域的三维地质模型，对实验区的工程地质条件进行了划分和评价。
1.分析和评估原则
1)根据地基土的土结构类型，按照工程建设规划的要求，以经济合理性和技术可能性作为分区的指导思想。
2)根据地基土建筑物的适宜性，以工程地质条件作为工程地质区的划分标准。
2.工程地质区的划分及特征
试验场地地表以下75米的浅层地基土中有9个工程地质层。在划分其结构类型时，不考虑普遍分布的棕色表土(②层)和第三砂层(⑨层)。由于第一、第二软土层连续沉积，合并为一个地层组，主要考虑以下四个地基土层(如图5-76所示):
图5-76上海人民广场地基土层分布图
(1)第一、二软土层(即③、④、⑤层)；
(2)第二硬土层(即第六层)；
(3)第二砂层(即⑦层)；(4)第三软土层(即第八层)。
试验区埋深75m，为浅层地基土。由于沉积环境的差异，岩性和岩相在平面和垂向上变化较大，导致平面上存在和不存在某些工程地质层。这样，在不同的地区，就有不同的工程地质层，即不同的土壤结构类型。不同的构造类型反映了工程地质条件的优劣，因此将本区划分为五个工程地质区。
(1)工程地质条件最好的区域(A区)。它由表土、第一软土、第二软土、第二硬土、第二砂层和第三砂层组成。分布范围较小，第二硬土层和第二砂层(桩基的两个理想持力层)同时存在并连续沉积。由于该地区缺乏第三软土层，第二砂层与第三砂层相通，导致第二硬土层以下的砂层厚度达到40m以上。由于该地区桩基的两个理想持力层在该地区埋藏较浅，第二硬土层可用于中型建筑的桩基，第二砂层可作为大型-特大型建筑中长桩桩基的良好持力层(图5-77)。
图77A区的土层分布
(2)工程地质条件较好的区域(B区)。它由表土、第一软土、第二软土、第二硬土、第二砂层、第三软土层和第三砂层组成。该区域是分布最广、范围最大的试验场地，工程地质条件与a区相似，但由于该区域存在第三软土层，当第二砂层厚度较小时(< 10m)，可能无法满足超大型建筑物的变形要求，因此有必要采用第三砂层(⑨层)作为超长桩基的持力层(图5-78
(3)中等工程地质条件(C区)。它由表土、第一软土层、第二软土层、第二砂层和第三砂层组成。该区域在试验场地分布较小，缺失第二硬土层和第三软土层。第二砂层可作为桩基的良好持力层，顶板起伏大，厚度变化大，工程地质条件复杂(图5-79)。
(4)工程地质条件差的地区(D区)。它由表土、第一软土层、第二软土层、第二硬土层、第三软土层和第三砂层组成。该区域广泛分布于考点区域。由于缺少第二砂层，又有第三软土层分布，可能无法满足大型建筑物的变形要求，因此有必要采用第三砂层作为超长桩基的持力层(图5-80)。
(5)工程地质条件最差的地区(E区)。它由表土、第一软土层、第二软土层、第三软土层和第三砂层组成。该区域在试验场区分布范围较小。由于缺乏第二硬土层和第二砂层，第三砂层中没有理想的桩基持力层。由于第三砂层埋深较大，需要超长桩(图5-81)。
图5-5-78b区的土层分布
图5-5-79c区的土层分布
图5-5-80d区的土层分布
图5-81E区域土层分布
3.河流侵蚀对模型影响的验证
图5-82 (c)是(a)中的模型只显示部分地层时的效果图；(d)是切割图5-82中的模型后生成的网格图。可以看出，考虑河流侵蚀后生成的三维地层模型((b)、(c)、(d))在形式上更加自然，尤其是尖灭和缺失地层的处理结果更加合理。该模型的准确性也得到了实际工程的验证。(e)将遥感图像、地表地形、地层模型、钻孔和切割叠加显示后的模型效果图。
图5-82河流侵蚀对模型的影响
图5-83临港新城交通位置图