Проект
Плотина Скоггинс на озере Генри Хагг недалеко от Гастона, штат Орегон, снабжает местные предприятия, фермы и около 400 000 человек водой для коммунальных нужд и полива. Плотина является федеральным объектом, принадлежащим и управляемым Бюро мелиорации. В настоящее время проводится оценка плотины на предмет повышения уровня безопасности наряду с дополнительным водохранилищем; это совместный проект Бюро мелиорации и Агентства по управлению водными ресурсами. Агентство по управлению водными ресурсами заключило контракт с архитектурной, инженерной и консалтинговой фирмой HDR на разработку технико-экономического обоснования строительства новой плотины из уплотненного катком бетона (УКБ) на участке ниже по течению от существующей плотины. Это более подходящее место, которое обеспечит увеличенную емкость хранилища и значительно снизит риск обрушения из-за крупного сейсмического события, о риске которого стало известно лишь недавно.
В компании HDR использовали решение Seequent для динамического моделирования геологической среды Leapfrog Works, чтобы помочь с изысканиями, отчетом о геотехническом проекте, а также с оценкой стоимости и разработкой предварительных проектных чертежей.
Инженер-геолог компании HDR Эндрю Литтл (Andrew Little) комментирует: «Leapfrog Works позволяет геологам быстро и комфортно для пользователей создавать трехмерную модель, доступную для оперативного изучения и просмотра. Также обеспечена быстрая и простая передача модели другим членам рабочей группы и клиентам с использованием шаблонов разрезов и срезов модели для ее отображения в режиме реального времени.»
Исходные условия
Плотина и водохранилище Скоггинс расположены на восточном склоне простирающегося в северном направлении Берегового хребта в северо-западной части Орегона. Эта часть восточного склона Берегового хребта представляет собой моноклиналь с северо-восточным падением, состоящую из морских вулканических и осадочных образований третичного периода.
По мере развития знаний о тектонике плит в 1970-х и 80-х годах становились понятнее механизмы движения в зонах поддвига и возникающие в результате этого землетрясения. Возможность землетрясения с магнитудой 9 или выше у берегов Орегона и Вашингтона заставила регулирующие органы обратить внимание на уязвимую инфраструктуру. Плотина Скоггинс представляет собой насыпную плотину, построенную из материалов, которые подвержены циклической потере прочности во время сильного землетрясения, и нуждается в реконструкции, чтобы избежать разрушения при землетрясениях в зоне поддвига.
Цель проекта — обеспечить безопасное хранение водных запасов и надежное водоснабжение, которое не будет нарушено во время землетрясения в зоне поддвига. Проект в процессе осуществления. Планируется, что HDR завершит технико-экономическое обоснование в декабре 2019 года для одного из трех рассматриваемых вариантов: построить новую плотину из УКБ. Бюро мелиорации работает над двумя другими вариантами: отремонтировать существующую плотину без создания дополнительных водохранилищ, а также реконструировать существующую плотину и нарастить ее по высоте для увеличения объема водохранилища. Бюро мелиорации и Агентство по управлению водными ресурсами примут совместное решение, какой из трех вариантов перенести в окончательный проект. Эндрю Литтл комментирует: «Основной проблемой была разработка геологической модели с использованием всего 20 скважин на большой площади — примерно в 30 акров — практически в отсутствие обнажений пласта для проверки геологической структуры. Существовала значительная разница в падении залегания пластов по обеим сторонам долины, которое необходимо было объяснить, а также наличие маркирующего пласта через участок, очевидного в данных бурения, который залегал не в одной плоскости. Первоначальное предположение заключалось в том, что через участок проходит разлом, но никаких доказательств, подтверждающих эту теорию, не было ни в данных бурения, ни в геофизических данных.»
Ответ
В компании HDR решили использовать инструмент Seequent для динамического моделирования геологической среды, Leapfrog Works. Этот инструмент помогает пользователям понять геологические риски с помощью трехмерной визуализации, которая затем может быть с большей точностью доведена до всех заинтересованных сторон при помощи инструментов обмена данными и совместной работы.
Эндрю продолжает: «Мы использовали Leapfrog Works для моделирования маркирующего пласта с использованием структурных данных, полученных от скважинных телесканеров. Это обеспечило трехмерную визуализацию складчатого маркирующего пласта и выявило осевую линию складчатости, которая совпадала с направлениями регионального тектонического напряжения. Это предоставило объяснение изменчивости ориентации напластования в долине, не связанное с разломом через участок предполагаемой плотины. Трехмерная модель Leapfrog Works обеспечила визуализацию складчатого маркирующего пласта, которую было бы трудно интерпретировать и передать, используя только двумерные разрезы.»
Чтобы смоделировать форму маркирующего пласта, структурные данные, относящиеся к средней ориентации напластования в пределах каждого шурфа, пересекающего маркирующий пласт, были применены к стратиграфическим контактам с помощью функции Leapfrog Works для работы со структурными данными. Дополнительные структурные данные из карты наземных данных на нескольких обнажениях пласта также использовались, чтобы задать форму и направление маркирующего горизонта.
В прошлом в HDR разработали собственную геологическую модель с использованием разрезов в Civil 3D. Однако этот процесс оказался трудоемким и подверженным ошибкам и в конечном итоге позволил заглянуть в геологическую среду лишь через крошечные окна — несколько разрезов, разбросанных по всей площадке.
Эндрю объясняет: «Поверхности можно было построить в Civil 3D для интерполяции между разрезами, но это трудоемкая задача, и для работы с программным обеспечением потребовался бы специалист по САПР, в то время как геолог проверял бы результаты».
Программа Leapfrog Works специально разработана для геологов, имеет удобный интерфейс и интуитивно понятные рабочие процессы и инструменты. Геолог может самостоятельно разработать трехмерную модель без участия технического специалиста, что позволяет быстро просматривать и анализировать данные в трехмерной проекции. Эндрю комментирует: «Когда я изучал Leapfrog Works, я заметил, что она намного больше согласуется с другим программным обеспечением и намного понятней интуитивно. Если вы не используете Civil 3D каждый день, вам приходится учиться заново. Приятно использовать программное обеспечение, с самого начала понятное на уровне интуиции».
Обеспечить понимание геологического строения
Leapfrog Works использовалась для создания комплексной трехмерной модели геологической среды на территории проекта, которая включала большой оползень, а также для анализа потенциала разломов путем добавления сценариев гипотетических данных. Одним из важных аспектов работ по составлению технико-экономического обоснования было понимание и точное моделирование оползня на склоне над правым устоем предполагаемой плотины из УБК, чтобы предоставить необходимую информацию для проектного решения по снижению риска оползня для предполагаемой плотины. Программное обеспечение Leapfrog Works было полезно при моделировании протяженности оползня и плоскости скольжения нижнего горизонта на основе полевых данных и разрезов, взятых непосредственно из модели для устойчивости склона, созданной с помощью программного обеспечения Slope W от GeoStudio.
Модель Leapfrog также использовалась для оценки вероятности прохождения разломов через участок, так как он расположен в пределах большой, сложной зоны активных разломов. Предполагаемый вертикальный разлом через долину была создан в модели для оценки возможности и магнитуды подвижек на основе собранных полевых данных по обе стороны от моделируемого разлома. В модели показано видимое левое боковое смещение, а вероятная его величина использована для обоснования усилий по смягчению последствий при проектировании.
Объемы использовались для проверки расчетов Civil 3D, а модели выемок и проектировочные модели были импортированы в трехмерную модель для визуализации потенциальных изменений на объекте. Leapfrog Works разработана специально для этой отрасли и совместима со стандартными отраслевыми форматами данных изучения грунтовых условий. Геологические модели также можно легко комбинировать с инженерными проектами, рабочими процессами информационного моделирования объектов (BIM) и моделями потоков подземных вод для оптимизации рабочих процессов и повышения эффективности.
Возможность импорта поверхностей врезки непосредственно в Leapfrog Works была особенно полезна, как объясняет Эндрю: «Нам стало намного проще увидеть ошибки, которые необходимо исправить, в объемной модели Leapfrog Works в сравнении с просмотром поверхностей через контуры или треугольники в Civil 3D».
Результат
При помощи решений Seequent компании HDR удалось достичь явных преимуществ в экономии времени и передаче данных. Только настройка базовой модели в Leapfrog Works заняла несколько дней — а не недель, которые требуются для работы в Civil 3D.
При создании модели Leapfrog Works не только значительно сэкономлено время, но и было намного проще использовать конечный продукт, чтобы быстро передавать информацию об аспектах геологической среды. Эндрю комментирует: «С Leapfrog Works вы можете сделать гораздо больше. Кроме того, некоторые особенности данных могут остаться незамеченными, если рассматривать их только в одном или двух измерениях. Трехмерное моделирование действительно помогает понять геологические особенности».
Следующие этапы
В ближайшие месяцы необходимы различные консультативные мероприятия до того, как Бюро мелиорации и Агентство по управлению водными ресурсами примут окончательное решение по реконструкции плотины летом 2020 года. Важнейшей вехой является оценка риска всех трех вариантов, которые будет выполнена позднее в 2019 году. Ввиду доступности трехмерных моделей на данном этапе они будут использоваться для передачи данных о важнейших аспектах проекта HDR. Эндрю добавляет: «Мы уже смогли продемонстрировать модель в Бюро мелиорации, что было очень полезно».
Существует также возможность использовать бесплатное программное обеспечение Leapfrog Viewer, которое позволяет просматривать Рабочие окна, экспортированные из моделей Leapfrog, — отличный способ предоставить доступ к трехмерным изображениям модели участникам собраний с представителями общественности и заинтересованными сторонами для обеспечения более четкого взаимодействия. Leapfrog Works предлагает множество различных выходных данных и инструментов для обмена и передачи данных, от визуализированных изображений моделей до нового онлайн-инструмента просмотра View, который также позволяет встраивать изображения моделей в веб-сайты, что полезно при консультациях с группами представителей общественности.
В дальнейшем Leapfrog Works будет использоваться геологами для всех будущих проектов в офисе HDR в Денвере. Эндрю комментирует: «Я обращался в наши офисы на Западном побережье, чтобы познакомить их с возможностями Leapfrog Works, так как мы были настолько впечатлены его использованием во время этого проекта, что хотели бы разработать передовые методы моделирования с применением этого ПО». Пэт Макларин (Pat McLarin), директор по продуктам Seequent в области гражданского строительства и защиты окружающей среды, комментирует: «Leapfrog Works — единственное специализированное решение, отвечающее потребностям строительной отрасли и охраны окружающей среды. Оно интуитивно понятно, несложно в освоении и экономично, что означает для пользователей возможность быстро повышать квалификацию и отсутствие необходимости зависеть от специалистов по САПР. Понимание и передача данных о горно-геологических условиях являются ключом к успеху проекта; благодаря использованию возможностей Leapfrog Works геологические, экологические и инженерные данные могут быть легко визуализированы и переданы в трехмерную модель для улучшения процесса принятия решений и снижения рисков.»