巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)與應(yīng)用

吳軍++侯大勇

摘要：計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展使數(shù)字化技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用成為可能，該項(xiàng)技術(shù)在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)勘察技術(shù)的不足，提高了巖土工程勘察的水平，為工程施工設(shè)計(jì)提供了更加可靠的參考資料。鑒于當(dāng)前巖土工程勘察的發(fā)展趨勢(shì)，本文將對(duì)數(shù)字化技術(shù)及其應(yīng)用情況進(jìn)行深入探討，以期不斷提高我國(guó)巖土工程的勘察水平。

關(guān)鍵詞：巖土工程勘察；數(shù)字化技術(shù)；應(yīng)用

工程勘察是保證整個(gè)巖土工程設(shè)計(jì)、施工順利進(jìn)行的基礎(chǔ)和前提，巖土工程勘察的內(nèi)容包括地層地貌信息、地下水位分布、風(fēng)化層厚度等，這有完整的搜集相關(guān)資料才能制定出科學(xué)合理的施工方案。在數(shù)字化勘察技術(shù)出現(xiàn)之前，工程勘察人員只能搜集到零散的數(shù)據(jù)資料，而且勘察資料只能以二維的形式呈現(xiàn)，不利于勘察人員全面的掌握地質(zhì)參數(shù)分布規(guī)律。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及圖形處理技術(shù)的不斷完善，在巖土工程勘察方面逐漸形成了一個(gè)現(xiàn)代化、集成化、信息化的數(shù)字化勘察體系，極大地推動(dòng)了我國(guó)巖土工程勘察水平的進(jìn)步。

一、數(shù)字化巖土勘察技術(shù)概述

數(shù)字化巖土勘察技術(shù)是借助現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等數(shù)字化技術(shù)來搜集巖土工程原始資料，建立輔助信息流程的技術(shù)體系。在數(shù)字化勘察技術(shù)體系中，有關(guān)地質(zhì)勘察、方案設(shè)計(jì)、施工進(jìn)度、數(shù)據(jù)變更等的資料可以被有機(jī)的結(jié)合起來，從而建立起一個(gè)綜合性的信息流程，實(shí)現(xiàn)了勘察技術(shù)從手工方式向現(xiàn)代化處理方式的轉(zhuǎn)變[1]。數(shù)字化巖土勘察技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是體現(xiàn)了系統(tǒng)工程的觀念，將相關(guān)文字、圖像、表格資料以數(shù)字化的形式儲(chǔ)存下來同時(shí)供多個(gè)勘察人員的設(shè)計(jì)使用。

二、巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵

要想在巖土工程勘察中順利應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，首先應(yīng)當(dāng)掌握數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的兩大關(guān)鍵，一是建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，二是構(gòu)建地質(zhì)模型，下面本文將重點(diǎn)分析這兩大關(guān)鍵技術(shù)。

（一）建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是數(shù)字化巖土工程勘察中最基礎(chǔ)的一項(xiàng)工作，建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的過程涉及到密集數(shù)據(jù)處理問題，為了獲取更加完整的數(shù)據(jù)信息，首先應(yīng)當(dāng)將概念型的數(shù)據(jù)模型從實(shí)體中剝離出來，并單純的從現(xiàn)實(shí)世界的角度構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，這樣才能客觀評(píng)估數(shù)據(jù)對(duì)象和屬性之間的關(guān)系，從而建立起一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)[2]。數(shù)字化巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括三種，一種是基于數(shù)據(jù)輸入的原始數(shù)據(jù)系統(tǒng)，二是系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)生成的中間數(shù)據(jù)系統(tǒng)，三是最終數(shù)據(jù)系統(tǒng)。一般情況下，原始數(shù)據(jù)系統(tǒng)中所輸入的數(shù)據(jù)資料一般由測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)組成，測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)既具有信息屬性，同時(shí)又具有幾何屬性。中間數(shù)據(jù)包括從原始數(shù)據(jù)系統(tǒng)上生成的各種等值線模型、剖面模型等，借助這些模型和圖形軟件可以生成技術(shù)人員所需的重要模型基礎(chǔ)。最終數(shù)據(jù)系統(tǒng)是在中間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上生成的包含各種圖形、文檔資料的系統(tǒng)。通過各個(gè)系統(tǒng)之間的聯(lián)系和依次銜接可以幫助勘察人員獲取所需的設(shè)計(jì)施工資料。

（二）構(gòu)建地質(zhì)模型

數(shù)字化巖土工程勘察的地質(zhì)建模方法主要指表面模型法。表面模型法是巖土工程勘察領(lǐng)域普遍采用的一種常規(guī)方法，具體的建模方法是通過表述工程地質(zhì)體外表面來表示均質(zhì)地質(zhì)體，這種建模方法在巖土工程勘察中的應(yīng)用范圍較廣。表面模型法中的數(shù)據(jù)主要來自于原始的測(cè)點(diǎn)資料，這些測(cè)點(diǎn)資料均具有幾何特征和屬性特征，利用這些測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)即可構(gòu)建工程地質(zhì)體的界面，從而將一系列具有相同屬性的散點(diǎn)連接為一個(gè)網(wǎng)狀曲面，進(jìn)而構(gòu)建出整個(gè)地質(zhì)體的界面。在表示表面的過程中經(jīng)常采用的方法有圖示模型法和數(shù)字模型法兩種，下面將重點(diǎn)分析圖示模型法中的不規(guī)則格網(wǎng)法這種建模方法。不規(guī)則格網(wǎng)法是根據(jù)勘察區(qū)域內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)將整個(gè)區(qū)域劃分為多個(gè)三角面網(wǎng)絡(luò)的方法，勘察區(qū)域內(nèi)的任何一個(gè)點(diǎn)都會(huì)在三角面上找到相應(yīng)位置，如果該點(diǎn)不在三角面的頂點(diǎn)上，通?？梢酝ㄟ^線性插值的方法來獲得該任意點(diǎn)的數(shù)字屬性[3]。不規(guī)則格網(wǎng)法是一個(gè)分段線性三維空間構(gòu)建模型，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由多種存儲(chǔ)方式，最簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)方式是對(duì)應(yīng)記錄每個(gè)三角面的形、邊、節(jié)點(diǎn)，這種存儲(chǔ)方式的優(yōu)點(diǎn)是：給定一個(gè)三角面就能找出其頂點(diǎn)屬性，在地形剖面線計(jì)算方面的效率較高，此外，也可以根據(jù)具體的情況在該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上添加其他變化以提高運(yùn)算效率。

三、數(shù)字化技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用案例

為進(jìn)一步分析數(shù)字化技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用效果，本文以甘肅省某巖土工程勘察項(xiàng)目為例展開具體的分析。該巖土工程勘察共布置125個(gè)勘測(cè)點(diǎn)，鉆孔深度在10-30m之間，原始勘察數(shù)據(jù)包括鉆孔土層信息、水位信息、建筑物信息等。技術(shù)人員在這些原始信息資料的基礎(chǔ)上，采用Visual C++技術(shù)和OpenGL三維圖形庫(kù)建立了立體地質(zhì)模型，該立體地質(zhì)模型可幫助勘察人員及時(shí)查詢和更新勘察區(qū)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)信息。在建立起來的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，地下部分是系統(tǒng)的核心內(nèi)容，由于地下部分的地形關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，在地質(zhì)建模方面需要進(jìn)行特殊的處理，根據(jù)該項(xiàng)目地下地層地質(zhì)特點(diǎn)采用GTP建模方法，分別對(duì)一般地層及復(fù)雜地層進(jìn)行三維建模，而且本次研究還在GTP模型的基礎(chǔ)上探索出了一種三維地質(zhì)體尖滅構(gòu)模方法，該方法可以全面評(píng)估尖滅地層的空間幾何特征，比較符合本次工程實(shí)際。

結(jié)語(yǔ)：

科學(xué)的進(jìn)步使一些落后的技術(shù)和方法被淘汰掉，取而代之的是符合時(shí)代發(fā)展潮流的新型技術(shù)方法，巖土工程勘察亦是如此，數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展使巖土工程勘察中得以應(yīng)用的軟件和技術(shù)方法層出不窮，在實(shí)際工作中，勘察人員應(yīng)當(dāng)掌握數(shù)字化巖土工程勘察的基本方法，熟知數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及地質(zhì)模型的建立方法，從而不斷優(yōu)化巖土工程勘察工作，緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐。

參考文獻(xiàn)：

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