極射赤平投影1

1、研究和開發(fā)的目的和意義w問題的提出w我公司于2006年7月至9月接受了中國(guó)鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院（以下簡(jiǎn)稱鐵四院）委托的大廣高速公路湖北至通山段第二合同段的詳細(xì)勘察階段的工程地質(zhì)勘察工作，里程樁號(hào)K249+900k266+563.91，線路總長(zhǎng)度約為16.66公里。該工程位于湖北省東南端的通山地區(qū)，主要為山區(qū)地段，場(chǎng)地地貌分為壟崗丘陵、丘陵低山、低山低中山三種類型，覆蓋層稀薄，基巖裸露，斷層、節(jié)理裂隙等面狀地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。w我們二人在工作期間與鐵四院一起工作，主要進(jìn)行線路地質(zhì)調(diào)查工作，調(diào)查場(chǎng)地的地形地貌、地層結(jié)構(gòu)、時(shí)代成因、地質(zhì)構(gòu)造，主要調(diào)查沿線地質(zhì)構(gòu)造與線路的關(guān)系，分析評(píng)價(jià)場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)擬建路基

2、、路塹、路堤、橋梁和隧道的穩(wěn)定性的影響，為線路路基、路塹、路堤、橋梁、隧道類型的確定和改線提供地質(zhì)依據(jù)。w我們?cè)诰€路地質(zhì)調(diào)查過程中，獲得了很多線路沿線坡面和斷層、節(jié)理裂隙面狀地質(zhì)構(gòu)造等數(shù)據(jù)，鐵四院要求我們制作電子版的極射赤平投影圖，以供鐵四院設(shè)計(jì)人員使用。w由于線路很長(zhǎng)，工點(diǎn)數(shù)量和有關(guān)地質(zhì)構(gòu)造的面狀結(jié)構(gòu)面測(cè)試數(shù)據(jù)很多，手工制作極射赤平投影圖繁雜且速度很慢，難以形成電子版文件，不符合鐵四院的要求。常規(guī)AutoCAD制作效率又低，故我們二人依據(jù)極射赤平投影原理、AutoCAD2004utoCAD2004平臺(tái)和VBA6.0VBA6.0計(jì)算機(jī)語(yǔ)言對(duì)極射赤平投影制圖進(jìn)行了軟件的開發(fā)和使用，以便及時(shí)向鐵四

3、院設(shè)計(jì)人員提供相關(guān)圖件，供其分析使用。w利用本軟件，我們不僅及時(shí)向鐵四院提供了相關(guān)圖件和電子版文件，而且加快了工作速度，提高工作效益，滿足了設(shè)計(jì)要求，獲得了設(shè)計(jì)單位的好評(píng)。w極射赤平投影的原理簡(jiǎn)介w在各種類型的巖體工程勘察中，極射赤平投影（以下簡(jiǎn)稱赤平投影）主要用于表示巖體中地質(zhì)構(gòu)造要素（點(diǎn)、線、面）的方向，相互角距關(guān)系、共生組合關(guān)系及其運(yùn)動(dòng)軌跡，用于分析和評(píng)價(jià)巖質(zhì)邊坡和洞室的穩(wěn)定性。它是一種用于巖質(zhì)邊坡和洞室穩(wěn)定性分析簡(jiǎn)便、直觀的計(jì)算方法，又是一種形象、綜合的定量圖解分析方法。簡(jiǎn)單的例子詳見下圖。w赤平投影是以圓球作為投影工具，其組成部分為投影要素，主要有投影球、赤平面、基圓和投射點(diǎn)四部分組

4、成。其中，投影球?yàn)槿我獍霃阶龀傻那颍?biāo)準(zhǔn)的直徑為20cm），投影球表面為球面；赤平面是過投影球球心的水平面，即赤平投影面；基圓為赤平面與投影球面相交的大圓，內(nèi)設(shè)東西南北經(jīng)線；極射點(diǎn)為球上兩極的發(fā)射點(diǎn)，根據(jù)發(fā)射點(diǎn)的不同，分為上半球投影和下半球投影兩類。w由上極射點(diǎn)（P）把下半球的幾何要素投影到赤平面上的投影叫做下半球投影，由下極射點(diǎn)（F）把上半球的幾何要素投影到赤平面上的投影為上半球投影。本軟件采取的是下半球投影，并主要研究面狀地質(zhì)構(gòu)造。詳見下圖。w極射赤平投影圖一般是在吳氏網(wǎng)上制作。把物體三維空間的幾何要素（點(diǎn)、線、面）反映在投影平面上進(jìn)行研究處理。在地質(zhì)構(gòu)造分析上，主要用于表示巖體中地質(zhì)構(gòu)造

5、要素（線、面）的方向，相互角距關(guān)系、共生組合關(guān)系及其運(yùn)動(dòng)軌跡，分析面狀構(gòu)造及其交線與巖質(zhì)邊坡坡向和洞室走向的關(guān)系，分析評(píng)價(jià)路塹巖質(zhì)邊坡和洞室的穩(wěn)定性。w吳氏網(wǎng)結(jié)構(gòu)：上北N，下南S，左西W，右東E，以正北N為0，順時(shí)針數(shù)至360，東西向直徑定傾角，圓周為0至圓心為90。連接南北方向的弧線為經(jīng)線，連接?xùn)|西方向的弧線為緯線。吳氏網(wǎng)圖示詳見下圖。w吳氏網(wǎng)圖示赤平投影的常規(guī)制作w常規(guī)手工和常規(guī)AutoCAD赤平投影成果圖的制作方法非常耗時(shí)、煩瑣，效率低下，出錯(cuò)率高，準(zhǔn)確性較差。w常規(guī)手工赤平投影成果圖的制作w例子：一平面產(chǎn)狀12030w把透明紙蒙在吳氏網(wǎng)上，畫基圓及“十字”中心，并用針固定在網(wǎng)心上，使透

6、明紙能夠旋轉(zhuǎn)，然后在透明紙上標(biāo)出E、S、W、N，以正北N為0，順時(shí)針數(shù)至360，東西向直徑定傾角，圓周為0至圓心為90w透明紙上指北針標(biāo)記與網(wǎng)上N重合，以N為0，順時(shí)針數(shù)至120得以點(diǎn)為所求平面的傾向。w轉(zhuǎn)動(dòng)透明紙使120傾向的該點(diǎn)移至東西直徑上，由圓周向圓心數(shù)30得一點(diǎn)，并描繪經(jīng)向大圓弧。w把透明紙的指北針標(biāo)記轉(zhuǎn)回到原來的指北針方向，此時(shí)弧凸所指方向及凸度大小即為平面12030產(chǎn)狀。w由此可以看出，當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)面很多時(shí)，由常規(guī)手工制作赤平投影圖非常繁瑣，且有誤差，并形成不了電子文件，不便設(shè)計(jì)單位使用。w常規(guī)AutoCAD赤平投影成果圖的制作w現(xiàn)仍以平面產(chǎn)狀12030為例。w第一步：畫圓。w第二

7、步：經(jīng)過圓心畫十字，按上北下南左西右東方式，標(biāo)記標(biāo)記N N、S S、W W、E E方向。方向。w第三步：把圓周分成第三步：把圓周分成3636分，每份度數(shù)為分，每份度數(shù)為2020。以正北N為0，順時(shí)針數(shù)至360。w第四步：第四步：東西向直徑定傾角，圓周為0至圓心為90。至此構(gòu)成了一個(gè)吳氏網(wǎng)。如圖：w第五步：在吳氏網(wǎng)上經(jīng)向上畫一過東西向30的圓弧AB，東西向畫一直線OE如圖：w第六步：依次選中紅色的圓弧和直線及字母AB進(jìn)行旋轉(zhuǎn). 旋轉(zhuǎn)輸入-30，即得到該平面的產(chǎn)狀。w由此可以看出，用常規(guī)AutoCAD方法制作赤平投影圖至少要用到六步，當(dāng)面狀結(jié)構(gòu)面很多時(shí)，制作就更加麻煩。用這種方式制作極射赤平投影圖

8、，雖然可以形成電子文件，但制作繁瑣，不宜在實(shí)際工作中頻繁使用?！皹O射赤平投影1.0” AutoCAD的VBA二次開發(fā)w迄今為止，我公司沒有這方面的專業(yè)軟件，本專業(yè)行業(yè)內(nèi)同類計(jì)算機(jī)輔助軟件較少，為彌補(bǔ)這個(gè)方面的缺憾，便于及時(shí)完成鐵四院交給我們的工作以及在今后這方面的工作中能夠提高效益，我們對(duì)極射赤平投影進(jìn)行了AutoCADAutoCAD、 VBAVBA進(jìn)行了軟件開發(fā)，形成本“極射赤平投影1.0”軟件。w本軟件利用VBA6.0語(yǔ)言在AutoCAD平臺(tái)下進(jìn)行二次開發(fā)，從而使煩瑣和復(fù)雜的操作變成了一個(gè)AutoCAD簡(jiǎn)單操作，命令簡(jiǎn)單，易于使用、工作效率高，使成果的制作更加的規(guī)范化，便于分析和研究。極射

9、赤平投影軟件簡(jiǎn)介 運(yùn)行平臺(tái)w操作系統(tǒng)：Windows 98及更高版本；w依托平臺(tái)：AutoCAD2002及更高版本；w開發(fā)平臺(tái): Visual Basic 6.0 及AutoCAD 2004；w開發(fā)語(yǔ)言: VBA6.0、AutoCAD Lisp軟件界面軟件界面軟件界面軟件界面軟件界面軟件界面軟件界面軟件界面應(yīng)用及舉例w應(yīng)用舉例：巖體面狀構(gòu)造參數(shù)詳見下表：面狀類型符號(hào)傾角（）傾向（）邊坡坡面P130120開挖坡面P243123巖層層面C125136節(jié)理1J120145節(jié)理2J245268w運(yùn)行結(jié)果見下圖：研究和開發(fā)開發(fā)過程w在各類工程勘察的實(shí)際工作中，我們經(jīng)常利用赤平投影的分析方法，通過繪制赤平

10、投影圖形體現(xiàn)巖體產(chǎn)狀、節(jié)理及其他結(jié)構(gòu)面，定性和定量分析結(jié)構(gòu)面的成因、力學(xué)性質(zhì)、共生組合關(guān)系及其與邊坡坡面、洞室軸線之間的關(guān)系，從而分析塊裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡和洞室的穩(wěn)定性。w本軟件的開發(fā)主要是生產(chǎn)實(shí)踐的需要，在目前講究效益和效率的情況下很有必要，為了及時(shí)完成鐵四院交給我們的任務(wù)，我們開發(fā)了本軟件，并且認(rèn)為該軟件在今后類似的工作中很有應(yīng)用價(jià)值。w實(shí)踐證明，通過手工和簡(jiǎn)單AutoCAD的繪制赤平投影方法，效率低，出錯(cuò)率高。為克服這個(gè)通病，我們根據(jù)赤平投影原理在AutoCAD中理論建模，利用計(jì)算機(jī)的VBA6.0編程語(yǔ)言并結(jié)合AutoCAD Lisp完成了程序的編制和包裝工作，形成該軟件。w程序自帶了安裝、

11、卸載程序，程序安裝和卸載簡(jiǎn)單，操作方便。操作過程中，采用了簡(jiǎn)單的AutoCAD命令格式，只需要輸入“chp”命令就可調(diào)用程序進(jìn)行工作。成果的水平及應(yīng)用價(jià)值 w赤平投影方法在各類工程勘察工作巖體穩(wěn)定性分析和地質(zhì)構(gòu)造的研究方面，專業(yè)性強(qiáng)，使用普遍，應(yīng)用率高，在進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)面分析方面具有簡(jiǎn)便、直觀、形象、能夠進(jìn)行綜合定量分析的特點(diǎn)，在研究地質(zhì)構(gòu)造方面是一種不可缺少的勘察手段，故采用計(jì)算機(jī)輔助方法，進(jìn)行AutoCAD二次開發(fā)，解決其操作、效率和精度問題，便于實(shí)際分析和研究，具有很重要的實(shí)際意義。w根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的需要，為了高效率的進(jìn)行和完成赤平投影制圖，我們依據(jù)赤平投影原理在AutoCAD中理論建模，利用計(jì)算機(jī)的VBA6.0編程語(yǔ)言并結(jié)合AutoCAD Lisp開發(fā)本軟件，經(jīng)過大慶至廣州高速公路詳勘實(shí)際工作的測(cè)試和運(yùn)行，不斷修改和完善，最終完成了該軟件。w該軟件在大慶至廣州高速公路詳勘工作和其他線路勘察工作中得到運(yùn)用，效果良好，甚至得到設(shè)計(jì)單位的贊揚(yáng)。w本軟件采用了流行的AutoCAD平臺(tái)下的VBA編程，擴(kuò)展性和穩(wěn)定性好，符合技術(shù)人員的一般使用習(xí)慣，專業(yè)性強(qiáng)，填補(bǔ)我公司計(jì)算機(jī)赤平投影制圖