信息化手段在工程地質(zhì)中的應(yīng)用研究

■　高素萍

（華東冶金地質(zhì)勘查局八一五地質(zhì)隊(duì)安徽巢湖238000）

信息化手段在工程地質(zhì)中的應(yīng)用研究

■高素萍

（華東冶金地質(zhì)勘查局八一五地質(zhì)隊(duì)安徽巢湖238000）

在現(xiàn)在的這個(gè)信息爆炸時(shí)代，工程地質(zhì)任務(wù)不單單只是勘察地質(zhì)，為工程建筑項(xiàng)目提供施工所需的地質(zhì)依據(jù)，它還包括參與工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案等方面。鑒于工程地質(zhì)任務(wù)具有一定的復(fù)雜性和綜合性，因此，要想正確反映現(xiàn)代工程地質(zhì)學(xué)的特征，確保工程順利開(kāi)展和安全進(jìn)行，信息化手段的應(yīng)用至關(guān)重要。本文就信息化手術(shù)在工程地質(zhì)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，以期為工程地質(zhì)的勘察人員和設(shè)計(jì)人員的相關(guān)工作提供一些有益的幫助。

信息化手段工程地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)

0　前言

作為國(guó)家發(fā)展的一個(gè)重要主題，工程建筑項(xiàng)目施工不僅密切關(guān)系到國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)安全,還關(guān)系到民生安全。而工程地質(zhì)學(xué)作為工程建設(shè)中一種重要技術(shù)，其研究的是人類(lèi)工程建設(shè)與自然地質(zhì)環(huán)境的相互關(guān)系，能較好地解決工程建設(shè)與環(huán)境地質(zhì)實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用科學(xué)，可從地質(zhì)上確保工程建筑的結(jié)構(gòu)安全和使用性能，對(duì)促進(jìn)交通事業(yè)的發(fā)展更是有著不容小覷的作用[1]。近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，對(duì)工程地質(zhì)學(xué)的提出了更高的要求，且在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件的影響下，客觀(guān)經(jīng)濟(jì)規(guī)律所引發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)驅(qū)使工程地質(zhì)領(lǐng)域在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程模擬和穩(wěn)定性分析這兩個(gè)方面下足功夫，因?yàn)樗鼈兪钦麄€(gè)工程地質(zhì)設(shè)計(jì)的重要組成部分，也是促使工程地質(zhì)單位自身實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健經(jīng)營(yíng)和防范經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的兩個(gè)必要條件。為此，工程地質(zhì)單位應(yīng)以信息化手段為依托，運(yùn)用各種信息技術(shù)來(lái)綜合分析各類(lèi)地質(zhì)問(wèn)題，積極參與到工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作中，并對(duì)各種不良地質(zhì)問(wèn)題提出優(yōu)化方案，以確保工程建筑的順利開(kāi)展和安全穩(wěn)定進(jìn)行，從而促進(jìn)單位自身的健康和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

1　信息化手段在工程地質(zhì)中的重要作用

1.1地質(zhì)勘察階段

地質(zhì)勘察階段的首要任務(wù)是對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)巖土層土質(zhì)進(jìn)行針對(duì)性分析，眾所周知，一般情況下，巖土層的土壤地質(zhì)較為復(fù)雜，因此，初步整理出來(lái)的數(shù)據(jù)也較為零散，沒(méi)有一定意義上的工程應(yīng)用性。而信息化手段，包括當(dāng)代測(cè)繪技術(shù)（數(shù)字化制圖技術(shù)）、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及CAD技術(shù)等，可針對(duì)整體工程的數(shù)據(jù)運(yùn)算和巖土工程空間變化的規(guī)律對(duì)這些數(shù)據(jù)資料進(jìn)行匯總，完成采集信息化、勘察資料處理數(shù)字化、硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、圖文處理自動(dòng)化，且方便修改、更新和存儲(chǔ)，為信息化設(shè)計(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.2工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段

在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，地基承載力是必須要考慮在內(nèi)的一個(gè)重要因素，而信息化手段(包括巖體結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模擬和數(shù)值模擬）不僅可通過(guò)觀(guān)測(cè)和測(cè)量圍巖的應(yīng)力狀態(tài)認(rèn)識(shí)巖土體結(jié)構(gòu)，更重要的是可由反演分析得到巖土力學(xué)參數(shù)，應(yīng)用于地承載力的計(jì)算中，便于進(jìn)行科學(xué)、合理地工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)。同時(shí)，信息化手段可對(duì)工程地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生地的環(huán)境地質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)、分析和評(píng)估，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可制定出有效、安全的應(yīng)對(duì)方案，確保各種應(yīng)急方案能夠及時(shí)、有條不紊、安全的展開(kāi)，保證工程施工安全[2]。

1.3工程施工階段

在工程施工階段，可通過(guò)設(shè)置各種測(cè)量?jī)x器和元件，實(shí)時(shí)收集施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)并加以分析，再結(jié)合結(jié)果、原設(shè)計(jì)及施工方案來(lái)評(píng)價(jià)施工現(xiàn)狀和影響施工有序進(jìn)行的潛在因素。隨后反饋到下個(gè)施工過(guò)程，對(duì)下一階段的施工過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。這不僅能有效維持各個(gè)項(xiàng)目施工的有序進(jìn)行，還能從在整體上確保建筑工程的施工質(zhì)量。

2　信息化手段在工程地質(zhì)中的應(yīng)用

2.1工程地質(zhì)信息化設(shè)計(jì)的基本研究思路

與傳統(tǒng)的工程地質(zhì)設(shè)計(jì)不同的是，工程地質(zhì)信息化設(shè)計(jì)除了重視地質(zhì)勘察外，還重視設(shè)計(jì)方案、不同環(huán)節(jié)工作的優(yōu)化及協(xié)調(diào)、規(guī)范各個(gè)工作步驟等方面。其基本研究思路為：先通過(guò)模擬實(shí)際工程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，再對(duì)設(shè)計(jì)前和加入治理工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以達(dá)到工程地質(zhì)信息化設(shè)計(jì)工作穩(wěn)定運(yùn)行的目的。換句話(huà)說(shuō)就是工程地質(zhì)信息化設(shè)計(jì)工程的基本研究思路可分為兩個(gè)方面的分析，即設(shè)計(jì)過(guò)程的模擬分析和穩(wěn)定性分析。

2.1.1工程地質(zhì)信息化設(shè)計(jì)過(guò)程的模擬分析

工程地質(zhì)信息化設(shè)計(jì)過(guò)程的模擬分析即采用系統(tǒng)模擬的方法對(duì)工程施工系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析。以工程混凝土施工過(guò)程模擬為例，一般可采用時(shí)間步長(zhǎng)法來(lái)安排時(shí)間進(jìn)程，考慮到時(shí)間步長(zhǎng)是影響模擬精度的一個(gè)重要因素，具體表現(xiàn)為：選取時(shí)間步長(zhǎng)越小，模擬的系統(tǒng)狀態(tài)與真實(shí)狀態(tài)就越吻合，模擬精度就越高，但也就增加了狀態(tài)檢查判定次數(shù)和模擬運(yùn)行時(shí)間。但如果時(shí)間步長(zhǎng)取得較大，雖然能使模擬運(yùn)行時(shí)間縮短，但也在一定程度上降低了模擬的精度。因此，工程混凝土施工過(guò)程模擬應(yīng)根據(jù)實(shí)際和不同層次模擬的需要來(lái)科學(xué)設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)，以最大程度減少對(duì)模擬精度的影響，更加正確分析出工程混凝土澆筑過(guò)程中的主要影響因素，了解到這些因素之間的關(guān)系，從而在實(shí)際的施工中改進(jìn)。

2.1.2工程地質(zhì)信息化設(shè)計(jì)過(guò)程的穩(wěn)定性分析

工程地質(zhì)信息化設(shè)計(jì)過(guò)程的穩(wěn)定性分析就是對(duì)工程地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、地表地質(zhì)作用、地形地貌等進(jìn)行分析。以邊坡巖體穩(wěn)定分為例，可通過(guò)建立力學(xué)實(shí)驗(yàn)“巖體物理學(xué)實(shí)驗(yàn)”分析巖體分類(lèi)，得出邊坡穩(wěn)定的計(jì)算參數(shù)，再根據(jù)巖體的變形發(fā)展（即滑移→彎曲→拉裂→塑流）進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，尤其要注意采取科學(xué)邊坡開(kāi)挖方式，避重就輕采取相應(yīng)的防治措施，爭(zhēng)取最大程度確保邊坡的安全穩(wěn)定。

2.2數(shù)值模擬技術(shù)

數(shù)值模擬技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)模擬，它是一種依靠電子計(jì)算機(jī)，結(jié)合有限元或有限容積的概念，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程問(wèn)題及物理問(wèn)題甚至是自然界各類(lèi)問(wèn)題研究的目的。近年來(lái)，隨著該技術(shù)在各個(gè)區(qū)域中的普及應(yīng)用，使各行各業(yè)取得了巨大收獲，尤其是工程地質(zhì)行業(yè)。其在工程地質(zhì)行業(yè)中的應(yīng)用主要是借助見(jiàn)算計(jì)將巖土體工程結(jié)構(gòu)整體化，便于工程地質(zhì)信息化設(shè)計(jì)的全面考量，在眾多設(shè)計(jì)方案中選擇最佳方案。在工程地質(zhì)學(xué)中，最為常用的數(shù)值方法為不連續(xù)變性分析、無(wú)網(wǎng)絡(luò)伽遼金法、塊體理論及有限單元法（以接理單元法），這些方法不論是采用單一還是聯(lián)合的形式，都能對(duì)工程地質(zhì)中存在的特殊問(wèn)題進(jìn)行一定的分析，從而采取解決措施，對(duì)工程地質(zhì)的信息化設(shè)計(jì)可產(chǎn)生積極的影響[3]。

2.3巖體結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)

巖體結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)是以統(tǒng)計(jì)學(xué)原理為依據(jù)，在計(jì)算機(jī)上以用Monte Carlo隨機(jī)模擬方法模擬，特征為隨機(jī)性。以模擬的方式從表到里，從局部到整體對(duì)巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)面發(fā)育狀態(tài)進(jìn)行了解，能夠掌握到一般方法難以測(cè)量和觀(guān)察的情況，有助于對(duì)巖體結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行確定。與二維模擬相比，三維模擬的優(yōu)勢(shì)在于：對(duì)空間問(wèn)題進(jìn)行解決，如巖質(zhì)邊坡崩塌、地下洞室圍巖垮落或滑移；在三維網(wǎng)絡(luò)圖中，各切面圖自動(dòng)生成，具有一一對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)面，有助于各種空間模型的組合形成；其空間立體感能夠全面、客觀(guān)的判斷工程巖體問(wèn)題。

值得注意的是，與實(shí)際結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)存在差異是巖體結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬一大問(wèn)題，其模擬和實(shí)際結(jié)構(gòu)面分布只是統(tǒng)計(jì)意義上的相同，具有一致的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，但二者具體位置并不一致，這是巖體結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬應(yīng)用受限的最大影響因素[4]。綜上所述，研究其逼真性、仿真性十分必要。

3　小結(jié)

總之，工程地質(zhì)信息化是工程地質(zhì)施工現(xiàn)階段和未來(lái)都密切關(guān)注的一個(gè)發(fā)展方向，相信隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，加上我國(guó)地質(zhì)學(xué)理論的不斷完善，工程地質(zhì)相關(guān)人員的不斷研究，如目前可利用錄像機(jī)或電影放映機(jī)將數(shù)值模擬動(dòng)態(tài)顯示出來(lái)，且模擬水平越來(lái)越高，工程地質(zhì)信息化可服務(wù)于更多行業(yè)，為人們的生活和工作作出更多的貢獻(xiàn)，同時(shí)也可提升我國(guó)在工程地質(zhì)學(xué)和建筑行業(yè)方面的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]魏會(huì)龍.三維可視化與GIS的工程地質(zhì)信息管理探討[J].廣東科技，2013,22(10)：160-161.

[2]李敏捷，龔德書(shū).基于GIS的城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].城市勘測(cè)，2015(03):161-164.

[3]唐夢(mèng).探討工程地質(zhì)信息系統(tǒng)在城市地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用[J].地球，2013(08):281.

[4]唐海濤，王國(guó)光，孫力.工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)建設(shè)探討[J].人民長(zhǎng)江,2015(12):95-102.

P5[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-3-264-1