巖土工程智能檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與優(yōu)化

【摘要】文章對(duì)巖土工程智能檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與優(yōu)化策略進(jìn)行研究，對(duì)傳感監(jiān)測(cè)、圖像識(shí)別及數(shù)據(jù)分析技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行報(bào)告，并對(duì)其在巖土工程中的特性進(jìn)行調(diào)查。通過(guò)項(xiàng)目案例分析，文章展示了智能檢測(cè)技術(shù)在提升巖土工程勘察效率、增強(qiáng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性方面的顯著效果。研究還提出一系列優(yōu)化措施，旨在進(jìn)一步改善智能檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，從而為巖土工程決策提供更為堅(jiān)實(shí)的支持。

【關(guān)鍵詞】巖土工程；智能檢測(cè)體系；數(shù)據(jù)分析

【中圖分類號(hào)】TU473.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）09-0097-03

0 引言

巖土工程作為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵組成部分，其安全與穩(wěn)定直接關(guān)系到城市的可持續(xù)發(fā)展。隨著城市化進(jìn)程的加快，地下空間的開發(fā)利用日益增加，巖土工程所面臨的地質(zhì)環(huán)境也變得更為復(fù)雜多變。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段存在局限性，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)顯得力不從心，尤其是在實(shí)時(shí)性和精確度方面無(wú)法滿足現(xiàn)代城市建設(shè)的需求。

因此，本研究著眼于利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)巖土工程智能檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與優(yōu)化策略展開探討[1]，旨在通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，克服現(xiàn)有檢測(cè)體系中存在的數(shù)據(jù)采集不連續(xù)、信息處理滯后及預(yù)警機(jī)制不健全等問(wèn)題，從而提升巖土工程的安全性與可靠性，為城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全運(yùn)營(yíng)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1 巖土工程智能檢測(cè)技術(shù)概述

1.1 智能檢測(cè)技術(shù)分類

巖土工程智能檢測(cè)技術(shù)主要分為三大類：傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析技術(shù)[2]。傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)通過(guò)各種傳感器實(shí)時(shí)采集巖土體的力學(xué)和物理參數(shù)，如位移、應(yīng)力、應(yīng)變等；圖像識(shí)別技術(shù)則利用高清攝像設(shè)備捕捉巖土體表面的變化，通過(guò)圖像處理技術(shù)識(shí)別裂縫等病害；數(shù)據(jù)分析技術(shù)則是通過(guò)算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，預(yù)測(cè)巖土體的穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢(shì)[3]。

1.2 智能檢測(cè)技術(shù)原理

巖土工程智能檢測(cè)技術(shù)，是現(xiàn)代工程技術(shù)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，旨在通過(guò)自動(dòng)化、信息化手段對(duì)巖土工程實(shí)施全面監(jiān)控與評(píng)估，以提高工程質(zhì)量和安全性。該技術(shù)體系的核心在于運(yùn)用先進(jìn)的傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)識(shí)別與智能預(yù)測(cè)。技術(shù)原理方面，智能檢測(cè)技術(shù)依托于高精度傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括光纖光柵傳感器、微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、傾斜儀、應(yīng)變計(jì)和多參數(shù)地質(zhì)雷達(dá)等，這些傳感器能夠全天候、無(wú)間斷地采集巖土體的應(yīng)力應(yīng)變、位移、濕度、溫度、振動(dòng)等多維度信息。數(shù)據(jù)采集后，通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸至云端服務(wù)器，借助大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，從而識(shí)別出巖土工程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和不穩(wěn)定因素。例如，通過(guò)分析巖土體的微震活動(dòng)，提前預(yù)警可能發(fā)生的滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，為工程人員提供及時(shí)的決策依據(jù)[4]。

2 巖土工程智能檢測(cè)體系構(gòu)建

2.1 智能檢測(cè)體系構(gòu)建原則

巖土工程智能檢測(cè)體系的設(shè)計(jì)與實(shí)施遵循系統(tǒng)性、實(shí)時(shí)性及精準(zhǔn)性三大基本原則。

系統(tǒng)性原則強(qiáng)調(diào)將檢測(cè)目標(biāo)視為一個(gè)統(tǒng)一的整體，不僅要求在構(gòu)建初期就全面考量檢測(cè)對(duì)象的復(fù)雜結(jié)構(gòu)與內(nèi)外部環(huán)境因素，還須確保各子系統(tǒng)間的無(wú)縫對(duì)接與信息流暢傳遞，形成閉環(huán)反饋機(jī)制。同時(shí)，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的有效整合與深度挖掘，需要依托于一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)揭示潛在聯(lián)系，為預(yù)測(cè)預(yù)警提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)龐大數(shù)據(jù)集的有效管理與分析。

實(shí)時(shí)性原則聚焦于數(shù)據(jù)采集與處理的速度，確保在多變的環(huán)境中能夠即時(shí)捕獲并處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，這不僅依賴于具備高靈敏度的傳感器網(wǎng)絡(luò)，還需要高效的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)與先進(jìn)算法的支持，從而保障從數(shù)據(jù)采集到分析決策的全鏈條實(shí)時(shí)化，為決策者提供及時(shí)且準(zhǔn)確的信息概覽。

精準(zhǔn)性原則進(jìn)一步強(qiáng)化數(shù)據(jù)采集、分析與判斷過(guò)程中的精確度與可靠性，力求在巖土工程領(lǐng)域消除微小誤差可能帶來(lái)的安全隱患，通過(guò)選用高精度傳感器并優(yōu)化算法模型，剔除噪聲干擾，提高信號(hào)識(shí)別的準(zhǔn)確性，并制定嚴(yán)格的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)以減少誤報(bào)與漏報(bào)現(xiàn)象，確保每次警報(bào)皆基于充分證據(jù)的科學(xué)判斷[5]。

三大原則相輔相成，共同構(gòu)筑起智能檢測(cè)體系的技術(shù)壁壘，為巖土工程的安全管理提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障，推動(dòng)工程項(xiàng)目向著更加高效、安全的方向發(fā)展。

2.2 智能檢測(cè)體系構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)

巖土工程智能檢測(cè)體系構(gòu)建了一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、處理、分析和決策于一體的智能化平臺(tái)，旨在提升城市建設(shè)與維護(hù)的效能和安全性。該體系遵循層次分明、功能互補(bǔ)的原則，從宏觀到微觀，從硬件到軟件，構(gòu)建出一個(gè)既全面又精細(xì)的智能化檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

在體系架構(gòu)的頂層，集成化的數(shù)據(jù)管理與分析平臺(tái)扮演著中樞神經(jīng)的角色，負(fù)責(zé)收集、存儲(chǔ)、處理來(lái)自各個(gè)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這一平臺(tái)通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量巖土工程數(shù)據(jù)的深度挖掘和智能分析，為決策者提供科學(xué)依據(jù)。體系的第二層級(jí)是由各類高精度傳感器和智能檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成的感知層[6]。這些設(shè)備分布在城市的各個(gè)關(guān)鍵位置，持續(xù)監(jiān)測(cè)地質(zhì)變化、土壤濕度、地下水位等關(guān)鍵參數(shù)，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)中心。

在感知層之下，基于GIS（地理信息系統(tǒng)）和GPS（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)的定位與測(cè)繪系統(tǒng)負(fù)責(zé)精確測(cè)定巖土工程的位置、地形地貌以及地下結(jié)構(gòu)，為智能檢測(cè)體系提供空間坐標(biāo)框架，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性。通過(guò)與無(wú)人機(jī)航拍、衛(wèi)星遙感等技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模區(qū)域的快速掃描與三維重建，提高檢測(cè)效率和覆蓋范圍。

3 智能檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例

巖土工程智能檢測(cè)體系的構(gòu)建，標(biāo)志著工程勘察領(lǐng)域正步入嶄新的時(shí)代。廣東某醫(yī)療器械生產(chǎn)項(xiàng)目的巖土工程勘察便是這一趨勢(shì)下的生動(dòng)實(shí)踐。該項(xiàng)目位于廣東省惠州市，地處亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，陽(yáng)光充足、雨水豐沛，且受季風(fēng)影響明顯，夏季炎熱并伴隨臺(tái)風(fēng)侵襲，冬季溫和，四季分明，氣候條件為巖土工程智能檢測(cè)體系的應(yīng)用提供了獨(dú)特的自然背景。場(chǎng)地占地面積為30 001.30 m2，擬建建筑物包括6棟2～8層的建筑物，以及一處地下一層的水池。

廣東某公司受托承擔(dān)該項(xiàng)目的巖土工程勘察工作，通過(guò)引入智能化檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件的精準(zhǔn)掌握。智能檢測(cè)體系不僅可以提升勘察效率，也可以增強(qiáng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。在詳細(xì)勘察階段，采用RTK-中海達(dá)H32儀器進(jìn)行高精度定位，配合XY-100型油壓工程鉆機(jī)，完成57個(gè)鉆孔的施工，總進(jìn)尺達(dá)到1 484.91 m，獲取大量巖土樣本，這些樣本在韶關(guān)地質(zhì)工程勘察院有限公司試驗(yàn)室中得到細(xì)致的分析與測(cè)試，確保勘察數(shù)據(jù)的科學(xué)性與權(quán)威性，巖芯如圖1所示。

為確保巖土工程的穩(wěn)定性與安全性，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用先進(jìn)的鉆探技術(shù)、原位測(cè)試以及室內(nèi)試驗(yàn)等綜合勘察方法。在鉆探過(guò)程中，采用北探XY-1型工程鉆機(jī)，并使用合金或金剛石鉆具，以確保巖芯的完整性。鉆探過(guò)程中特別注意巖土的破碎帶，通過(guò)增加取芯次數(shù)和降低回次進(jìn)尺來(lái)提高采芯率，還采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)來(lái)測(cè)定巖土的力學(xué)性質(zhì)，并通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步分析巖土樣本的物理力學(xué)性能[7]。在勘察過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還利用RTK-中海達(dá)H32儀器進(jìn)行高精度的孔位測(cè)量，確保鉆孔位置的準(zhǔn)確性。通過(guò)這些手段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠細(xì)致地了解場(chǎng)地的巖土層分布、地下水位以及潛在的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等因素。

在該項(xiàng)目中，部署一系列高精度傳感器，如光纖光柵傳感器、微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、傾斜儀、應(yīng)變計(jì)以及多參數(shù)地質(zhì)雷達(dá)等，用于全天候、無(wú)間斷地采集巖土體的應(yīng)力應(yīng)變、位移、濕度、溫度、振動(dòng)等多維度信息。這些傳感器的部署覆蓋關(guān)鍵區(qū)域，如建筑物基坑、重要地質(zhì)敏感區(qū)域等，以確保能夠全面監(jiān)測(cè)巖土狀態(tài)的變化。通過(guò)利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)采集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析，能夠精準(zhǔn)識(shí)別出巖土工程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和不穩(wěn)定因素。例如，通過(guò)對(duì)巖土體微震活動(dòng)的分析，能夠提前預(yù)警可能發(fā)生的滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，為工程人員提供及時(shí)的決策依據(jù)。智能檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)巖土狀態(tài)的變化，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)巖土體的穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢(shì)，這種能力在醫(yī)療器械生產(chǎn)項(xiàng)目的施工過(guò)程中尤為重要，特別是在豐水季節(jié)施工時(shí)，通過(guò)對(duì)地下水位變化的監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)調(diào)整施工方法，以避免地下水對(duì)灌注樁施工的影響。

4 優(yōu)化策略

在該項(xiàng)目的巖土工程智能檢測(cè)中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)實(shí)施了一系列優(yōu)化策略以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.1 數(shù)據(jù)采集階段的優(yōu)化

在數(shù)據(jù)采集階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采取多項(xiàng)措施來(lái)提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。首先，采用高精度傳感器，如RTK-中海達(dá)H32儀器和XY-100型油壓工程鉆機(jī)，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和完整性。這些傳感器能夠在復(fù)雜多變的巖土環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能，有效地減少了因設(shè)備因素引起的誤差。然后，采用巖芯拍照、鉆孔水位簡(jiǎn)易測(cè)量等手段，進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性和直觀性[8]。巖芯拍照能夠清晰記錄巖土樣本的外觀特征，便于后期對(duì)比分析；而鉆孔水位的簡(jiǎn)易測(cè)量則有助于了解地下水位的變化情況，這對(duì)于評(píng)估巖土體的穩(wěn)定性和確定合適的施工方案至關(guān)重要。

4.2 數(shù)據(jù)分析階段的優(yōu)化

在數(shù)據(jù)分析階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)充分利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，包括大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘。這些技術(shù)的應(yīng)用使得項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠從海量數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息，識(shí)別巖土工程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)巖土體的微震活動(dòng)進(jìn)行分析，可以提前預(yù)警可能發(fā)生的滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，從而為項(xiàng)目的順利推進(jìn)提供安全保障?；谥悄軝z測(cè)體系的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出詳細(xì)的工程建議，包括地基基礎(chǔ)選型、注意事項(xiàng)以及可能面臨的工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。這些建議不僅直接關(guān)系到工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性，而且體現(xiàn)智能檢測(cè)體系在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值。

4.3 工程決策層面的優(yōu)化

在工程決策層面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)綜合考慮場(chǎng)地的地質(zhì)條件、地下水位變化、巖土力學(xué)性質(zhì)等因素，推薦適合的樁基類型和樁端持力層，并針對(duì)樁基施工中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題，如負(fù)摩阻力的影響、樁基穿透困難層等問(wèn)題，提出相應(yīng)的解決措施，從而確保施工方案的科學(xué)性和可行性。

具體而言，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建議采用預(yù)制樁或鉆孔灌注樁作為主要樁基形式，考慮到場(chǎng)地地質(zhì)條件的特殊性，選擇樁端進(jìn)入持力層較深的位置，以保證樁基的穩(wěn)定性。此外，針對(duì)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的負(fù)摩阻力問(wèn)題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出一系列預(yù)防措施，如合理選擇樁基長(zhǎng)度、增加樁身抗拔力等，可以有效避免樁基施工中的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

巖土工程作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，安全穩(wěn)定性對(duì)于整個(gè)工程項(xiàng)目的成功至關(guān)重要。面對(duì)日益復(fù)雜的地質(zhì)條件和城市地下空間的開發(fā)利用，傳統(tǒng)的檢測(cè)手段已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代工程的要求。智能檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)巖土狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)識(shí)別與智能預(yù)測(cè)，可以極大提高巖土工程的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)例分析，智能檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際工程中的顯著成效得到展示。這些技術(shù)不僅有助于提高巖土工程勘察的效率，而且可以顯著增強(qiáng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，為工程決策提供有力的支持。

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[作者簡(jiǎn)介]李丁香（1981—），女，湖南邵東人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：巖土。