三維地層信息系統(tǒng)在巖土工程中的應(yīng)用研究

張金華

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局311地質(zhì)隊(duì)，安徽 安慶 246000）

由于近幾年空間信息分析技術(shù)以及地理信息系統(tǒng)的迅速發(fā)展，三維地層信息系統(tǒng)多用于巖土地質(zhì)工程當(dāng)中[1]。巖土工程是是土木工程的分支，主要是運(yùn)用土力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、巖力學(xué)等來解決各項(xiàng)工程中關(guān)于巖石和土的工程技術(shù)問題的學(xué)科，按照工程的建設(shè)階段分，主要工作內(nèi)容包括：巖土地質(zhì)勘查、巖土工程設(shè)計(jì)、巖土工程治理、巖土工程檢測以及巖土工程檢測，其中巖土工程的地質(zhì)勘查與檢測是一項(xiàng)具有復(fù)雜性和難度性的工作，但由于受到諸多技術(shù)水平的限制導(dǎo)致巖土工程的底層巖土介質(zhì)無法實(shí)現(xiàn)精確度的掌握，因此需要使用先進(jìn)的地質(zhì)信息系統(tǒng)來對巖土工程中的綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、分析以及可視化的應(yīng)用[2]。

1 三維地層信息系統(tǒng)以及巖土工程的數(shù)字信息化

巖土工程更為簡單來說，就是施工人員在地殼表面以及地殼淺層進(jìn)行的巖土工程活動(dòng)，以上所有的工程建造均對人們的生活質(zhì)量水平以及生命安全質(zhì)量具有重大影響，因此在巖土工程的施工中要注重工程的穩(wěn)定性和安全性。巖土的介質(zhì)是經(jīng)過較為漫長的地質(zhì)歷史從而演變而來的地質(zhì)體物質(zhì)結(jié)構(gòu)，各種地質(zhì)的構(gòu)成礦物成分以及成巖成因不同，包括地質(zhì)介質(zhì)遭受的風(fēng)化侵蝕程度以及地質(zhì)的構(gòu)造作用不同，導(dǎo)致了巖土介質(zhì)的不同，并有明顯的差異。在巖土工程中，不僅包括了有形的物質(zhì)數(shù)據(jù)信息，還包括諸多無形的數(shù)場據(jù)信息，其中主要包括應(yīng)力場、溫度場以及滲流場等部分帶有三維空間的信息場。

隨著信息化和數(shù)字化的時(shí)代發(fā)展，工程的信息化操作和信息化管理成為整個(gè)工程行業(yè)廣泛性應(yīng)用一種施工模式，形成了一種工程模式化的時(shí)代性特征。通過現(xiàn)代數(shù)字信息化的數(shù)據(jù)信息的收集分析再到數(shù)據(jù)信息優(yōu)化反饋，逐漸形成了一個(gè)較為清晰、完整的思路。而三維地層信息系統(tǒng)是基于以上問題隨著社會(huì)信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的，相關(guān)信息分析技術(shù)以及地理信息系統(tǒng)以及新興科學(xué)的迅速發(fā)展為整個(gè)巖土工程發(fā)展創(chuàng)造了有利的機(jī)遇和條件，隨著數(shù)據(jù)庫的建立將各種零散以及海量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集和分類整理以及歸納分析，并重現(xiàn)巖土地質(zhì)的地下三維空間的真實(shí)結(jié)構(gòu)，形成比較直觀和清晰的空間結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的資源共享，出現(xiàn)地質(zhì)信息勘測問題時(shí)避免再次重復(fù)進(jìn)行勘測，提高巖土工程的地質(zhì)勘測效率，減少勘測工作量[3]。

2 三維地層信息系統(tǒng)在巖土公工程中應(yīng)用系統(tǒng)功能特點(diǎn)

（1）地上和地下一體化建模。地上與地下空間工程要對工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、勘察、施工、運(yùn)營以及維護(hù)等各方面進(jìn)行系統(tǒng)化的研究，實(shí)現(xiàn)地上和地下的一體化建模可以有效形成數(shù)據(jù)信息的有機(jī)結(jié)合，并促進(jìn)資源的可持續(xù)發(fā)展。

（2）建筑物的構(gòu)模。近幾年我國的巖土工程不斷地向地下空間發(fā)展。

巖土工程的地質(zhì)勘查部門要對地上與地下空間和深層與淺層以及其它各種建筑物之間的關(guān)系進(jìn)行勘察和合理設(shè)計(jì)規(guī)劃，再依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)文件進(jìn)行實(shí)際的建筑建造。

（3）輔助數(shù)值分析。在巖土工程中，部分?jǐn)?shù)值分析均具有廣泛性的應(yīng)用，但以往的信息處理系統(tǒng)無法對較為復(fù)雜的建模功能進(jìn)行有效處理，尤其是相關(guān)的命令流驅(qū)方式處理復(fù)雜，因此要利用先進(jìn)和強(qiáng)大的信息處理系統(tǒng)對數(shù)值進(jìn)行處理分析，為從設(shè)計(jì)圖紙到具體三維的建筑物構(gòu)模和可供計(jì)算的直接生成奠定良好的輔助基礎(chǔ)。

（4）多層DEM建模。針對整個(gè)地形的樣貌對數(shù)字地形的建模是一個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字建模的過程，一般情況下，數(shù)字的高程模型實(shí)際就是關(guān)于區(qū)域地形的一種數(shù)字化表示，以規(guī)則水平網(wǎng)絡(luò)的具體地面點(diǎn)有關(guān)抽樣高程矩陣所組成。通過DEM的思路方法，以及憑借各鉆孔和剖面能夠清晰的表現(xiàn)出較為具體和準(zhǔn)確的分界點(diǎn)以及巖土工程中巖體構(gòu)造的實(shí)測數(shù)據(jù)，以此來進(jìn)行空間的插值和擬合運(yùn)算。

根據(jù)不同種類的地質(zhì)種類和現(xiàn)象有效判斷地層年代等方面之間的上下關(guān)系和地質(zhì)變化規(guī)律，進(jìn)而形成之間準(zhǔn)確合理和科學(xué)的交互關(guān)系，完成這種分析判斷的相關(guān)過程并切實(shí)實(shí)行有助于促進(jìn)三維地層信息方面系統(tǒng)的有效實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)了巖土工程信息化的進(jìn)程和發(fā)展。

3 三維地層信息系統(tǒng)在巖土工程中的實(shí)際應(yīng)用

三維地層信息系統(tǒng)的軟件使用的范圍較為廣泛，在巖土工程中，主要是用于工程的現(xiàn)場地質(zhì)勘測，將已經(jīng)測到的海量數(shù)據(jù)信息以及地質(zhì)勘查結(jié)果實(shí)現(xiàn)可視化的三維地質(zhì)信息模型的分析，主要應(yīng)用于我國城市的巖土工程建設(shè)和地下的礦產(chǎn)資源挖掘以及地下空間的創(chuàng)建或者水利工程的建造。具體的實(shí)際應(yīng)用操作細(xì)節(jié)在三維地層信息系統(tǒng)以及巖土工程的數(shù)字化信息中有具體表現(xiàn)[4]。

4 總結(jié)

三維地層信息系統(tǒng)針對巖土工程的綜合特征進(jìn)行了廣泛性的應(yīng)用，給沿巖土工程的數(shù)字化和信息化帶來了廣闊的發(fā)展前景，也實(shí)現(xiàn)了三維地層結(jié)構(gòu)三維可視化，提供了巖土工程地下空間設(shè)計(jì)的科學(xué)決策以及科學(xué)的信息化管理的工具。維地層信息系統(tǒng)以及巖土工程的實(shí)用性和真實(shí)性原則較顯著，且一般不會(huì)改變巖土工程企業(yè)單位原有的生產(chǎn)習(xí)慣，根據(jù)企業(yè)自身的管理系統(tǒng)獲取相關(guān)設(shè)計(jì)信息和勘察數(shù)據(jù)信息。三維地層信息系統(tǒng)以及巖土工程的實(shí)用性和真實(shí)性原則較顯著，且一般不會(huì)改變巖土工程企業(yè)單位原有的生產(chǎn)習(xí)慣，根據(jù)企業(yè)自身的管理系統(tǒng)獲取相關(guān)設(shè)計(jì)信息和勘察數(shù)據(jù)信息。