一种分层计算土石方量的方法与流程

1.本发明涉及地下土石方量计算领域，尤其涉及一种分层计算土石方量的方法，可应用于岩土工程：计算某地层土体的体积；环境工程：计算污染土壤的体积；采矿工程：计算矿石储量。


背景技术：

2.任何建筑施工都需要对地下土石进行开挖，传统土方开挖前，由于在土方开挖前难以估算被开挖范围内岩石的存量，所以一般都是直接将土石全部废弃，造成资源浪费。
3.但现有商业土方计算方法只能对岩土总方量进行计算，无法计算其中的土石方量，亦无法考虑地层缺失(“地层缺失”可分为“缺”与“失”两种情况，“缺”是指地层在地质历史中，某一时期地层未发生沉积，沉积产生间断；“失”是指某一时期地层沉积后，由于构造运动，造成地层抬升，暴露出来的地层遭到剥蚀)的情形，因此导致无法估算被开挖土方中可以利用的土石方量。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：如何/怎样，以。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
6.一种分层计算土石方量的方法，包括：
7.s1、将待估算范围划分为若干三角形网格；
8.s2、在各三角形网格的顶点处钻勘探孔；
9.s3、获取目标地层在各勘探孔中的分布情况；
10.s4、三个勘探孔和目标地层界线的交点在空间上组成待计算的三棱柱；
11.s5、将待计算的三棱柱分解为3个相邻的四面体，其中一个四面体包括待计算的三棱柱的第一棱边和三个顶边，第二个四面体包括待计算的三棱柱的第二棱边和三个底边，剩余部分组成第三个四面体；
12.s6、根据三个勘探孔中目标地层的有无，确定待计算的三棱柱中目标地层的体积，即，若勘探孔中包含目标地层，则包含此勘探孔对应棱边的四面体记为目标地层块；
13.s7、重复步骤s3-s6，直至遍历所有三角形网格，累计求和可得整个区域内目标地层的总体积。
14.与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
15.可以将中风化、微风化和未风化岩石可以作为岩石资源进行开发利用。土石方开挖前准确计算可以利用的其中一种地层储量(比如矿层)，对准确估算工作量非常重要。
16.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
17.优选地，所述分布情况包括目标地层的有无、起始位置、终止位置；
18.优选地，所述步骤s6，具体为：
19.若三个勘探孔中均有目标地层，则三个四面体的体积均为待计算的三棱柱中目标
地层的体积；
20.若三个勘探孔中有1个勘探孔为目标地层缺失，则包含另外两个棱边的两个四面体的体积之和为待计算的三棱柱中目标地层的体积；
21.若三个勘探孔仅有1个勘探孔包含目标地层，则包含此勘探孔对应棱边的四面体的体积为待计算的三棱柱中目标地层的体积。
22.进一步地，所述三角形网格为正三角形网格。
23.进一步地，所述勘探孔的深度为地面自然标高与设计标高之差。
附图说明
24.图1为本发明的方法勘探孔布局示意图；
25.图2为本发明方法中三棱柱示意图；
26.图3为本发明方法中三个勘探孔均为目标地层时的示意图；
27.图4为本发明方法中仅a\b孔为目标地层时的示意图；
28.图5为本发明方法中仅b孔为目标地层时的示意图；
29.图6为单个四面体结构示意图；
30.图7为本发明方法的流程图。
具体实施方式
31.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
32.首先，如图1所示，采用网格法布置勘察钻孔，其中相邻的3个钻孔a、b和c在平面上连线组成三角形：
33.在三角形的三个订单a、b、c处分别进行勘探，获得地下目标地层的分布情况。
34.如图2所示，三个勘探孔和目标地层的分界线在空间上组成三棱柱，取其中一层，组成三棱柱aa1bb1cc1：
35.如图3所示：三棱柱aa1bb1cc1可以分解为3个四面体，即四面体abb1c、四面体aa1b1c和四面体a1b1c1c；
36.情况1，当3个孔均有目标地层时，则以为这三棱柱体内全部为目标地层，目标地层的体积就是如图3所示3个四面体的体积之和。
37.情况2，a、b两孔中有目标地层，c孔中缺失目标地层，则如图4所示，即四面体abb1c和四面体aa1b1c的体积对应目标地层的体积，四面体a1b1c1c则不是目标地层，计算目标地层体积时不予计算。
38.情况3，仅有孔b中存在目标地层，a、c两孔中目标地层均缺失，则如图5所示，四面体abb1c为目标地层的体积，四面体aa1b1c和四面体a1b1c1c内不是目标地层，计算目标地层体积时不予计算。
39.综上，在考虑地层缺失的3种情形下，三棱柱aa1bb1cc1均可以通过四面体法划分有限元。
40.通过a、b和c点的大地坐标(x，y)和角点的高程z，我们可以建立三棱柱6个角点的空间坐标a(xa，ya，za)、a’(x
a’，y
a’，z
a’)、b(xb，yb，zb)、b’(x
b’，y
b’，z
b’)、c(xc，yc，zc)、c’(x
c’，yc’，z
c’)。
41.如图6所示，以四面体abcb’为例，介绍如何通过四面体4个角点坐标求出四面体体积：设a点的空间坐标为(xa，ya，za)，b点的空间坐标为(xb，yb，zb)，c点的空间坐标为(xc，yc，zc)，设a’点的空间坐标为(x
a’，y
a’，z
a’)，b’点的空间坐标为(x
b’，y
b’，z
b’)，c’点的空间坐标为(x
c’，y
c’，z
c’)
42.棱长l
ab
：
[0043][0044]
同理，我们可以得到另外5条棱长，l
ac
、l
ab’、l
bc
、l
ab
、l
bb’和l
cb’。
[0045]
四面体体积v：
[0046][0047]
其中：
[0048]
m＝l
bc2
+l
bb'2-l
cb'2
[0049]
n＝l
ab2
+l
bb'2-l
ab'2
[0050]
p＝l
ab2
+l
bc2-l
ac2
[0051]
至此我们已经可以求出四面体元的体积，四面体元累加可以求出三棱柱aa1bb1cc1的体积。
[0052]
某工程岩土勘察报告及物探报告，显示待开挖土方共6层地层，分别为
①
层素填土、
②
层粉质黏土、
③
层全风化大理岩、
④
层强风化大理岩(上)、
⑤
层强风化大理岩(下)和
⑥
中-微风化大理岩。
[0053]
采用本方法，以50m＊50m的方格布置勘探孔，每一个方格可以拆分为两个三角形。估算土石方量如下：
[0054][0055]
基于50m＊50m的cass法土石方计算结果如下：
[0056][0057]
作为标准值，测量大队采用10m＊10m的精度进行方格网土石方计算结果如下：
[0058][0059]
由上可知，利用本方法50m＊50m方格进行计算，最终计算结果与测量大队10m＊10m方格计算结果差值仅0.019％，而采用cass法土石方计算结果差异达0.507％。显然，本方法的估算精度更高。
[0060]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。