信息化手段在工程地質中的應用研究

■　高素萍

（華東冶金地質勘查局八一五地質隊安徽巢湖238000）

信息化手段在工程地質中的應用研究

■高素萍

（華東冶金地質勘查局八一五地質隊安徽巢湖238000）

在現在的這個信息爆炸時代，工程地質任務不單單只是勘察地質，為工程建筑項目提供施工所需的地質依據，它還包括參與工程項目的設計工作和優化設計方案等方面。鑒于工程地質任務具有一定的復雜性和綜合性，因此，要想正確反映現代工程地質學的特征，確保工程順利開展和安全進行，信息化手段的應用至關重要。本文就信息化手術在工程地質中的應用進行研究，以期為工程地質的勘察人員和設計人員的相關工作提供一些有益的幫助。

信息化手段工程地質勘察設計

0　前言

作為國家發展的一個重要主題，工程建筑項目施工不僅密切關系到國家安全、經濟安全,還關系到民生安全。而工程地質學作為工程建設中一種重要技術，其研究的是人類工程建設與自然地質環境的相互關系，能較好地解決工程建設與環境地質實際問題的應用科學，可從地質上確保工程建筑的結構安全和使用性能，對促進交通事業的發展更是有著不容小覷的作用[1]。近年來，隨著城市化進程的不斷加快，對工程地質學的提出了更高的要求，且在市場經濟條件的影響下，客觀經濟規律所引發的競爭驅使工程地質領域在優化設計過程模擬和穩定性分析這兩個方面下足功夫，因為它們是整個工程地質設計的重要組成部分，也是促使工程地質單位自身實現穩健經營和防范經營風險的兩個必要條件。為此，工程地質單位應以信息化手段為依托，運用各種信息技術來綜合分析各類地質問題，積極參與到工程項目的設計工作中，并對各種不良地質問題提出優化方案，以確保工程建筑的順利開展和安全穩定進行，從而促進單位自身的健康和長遠發展。

1　信息化手段在工程地質中的重要作用

1.1地質勘察階段

地質勘察階段的首要任務是對施工現場巖土層土質進行針對性分析，眾所周知，一般情況下，巖土層的土壤地質較為復雜，因此，初步整理出來的數據也較為零散，沒有一定意義上的工程應用性。而信息化手段，包括當代測繪技術（數字化制圖技術）、數據庫技術、計算機技術、網絡通信技術及CAD技術等，可針對整體工程的數據運算和巖土工程空間變化的規律對這些數據資料進行匯總，完成采集信息化、勘察資料處理數字化、硬件系統網絡化、圖文處理自動化，且方便修改、更新和存儲，為信息化設計奠定了良好的基礎。

1.2工程項目設計階段

在工程項目設計中，地基承載力是必須要考慮在內的一個重要因素，而信息化手段(包括巖體結構網絡模擬和數值模擬）不僅可通過觀測和測量圍巖的應力狀態認識巖土體結構，更重要的是可由反演分析得到巖土力學參數，應用于地承載力的計算中，便于進行科學、合理地工程項目設計。同時，信息化手段可對工程地質災害發生地的環境地質進行檢測、分析和評估，在設計環節可制定出有效、安全的應對方案，確保各種應急方案能夠及時、有條不紊、安全的展開，保證工程施工安全[2]。

1.3工程施工階段

在工程施工階段，可通過設置各種測量儀器和元件，實時收集施工現場實際數據并加以分析，再結合結果、原設計及施工方案來評價施工現狀和影響施工有序進行的潛在因素。隨后反饋到下個施工過程，對下一階段的施工過程進行預測和分析。這不僅能有效維持各個項目施工的有序進行，還能從在整體上確保建筑工程的施工質量。

2　信息化手段在工程地質中的應用

2.1工程地質信息化設計的基本研究思路

與傳統的工程地質設計不同的是，工程地質信息化設計除了重視地質勘察外，還重視設計方案、不同環節工作的優化及協調、規范各個工作步驟等方面。其基本研究思路為：先通過模擬實際工程的實驗環節，再對設計前和加入治理工程結構的穩定性進行分析，以達到工程地質信息化設計工作穩定運行的目的。換句話說就是工程地質信息化設計工程的基本研究思路可分為兩個方面的分析，即設計過程的模擬分析和穩定性分析。

2.1.1工程地質信息化設計過程的模擬分析

工程地質信息化設計過程的模擬分析即采用系統模擬的方法對工程施工系統進行模擬分析。以工程混凝土施工過程模擬為例，一般可采用時間步長法來安排時間進程，考慮到時間步長是影響模擬精度的一個重要因素，具體表現為：選取時間步長越小，模擬的系統狀態與真實狀態就越吻合，模擬精度就越高，但也就增加了狀態檢查判定次數和模擬運行時間。但如果時間步長取得較大，雖然能使模擬運行時間縮短，但也在一定程度上降低了模擬的精度。因此，工程混凝土施工過程模擬應根據實際和不同層次模擬的需要來科學設置時間步長，以最大程度減少對模擬精度的影響，更加正確分析出工程混凝土澆筑過程中的主要影響因素，了解到這些因素之間的關系，從而在實際的施工中改進。

2.1.2工程地質信息化設計過程的穩定性分析

工程地質信息化設計過程的穩定性分析就是對工程地層巖性、地質構造、水文地質條件、地表地質作用、地形地貌等進行分析。以邊坡巖體穩定分為例，可通過建立力學實驗“巖體物理學實驗”分析巖體分類，得出邊坡穩定的計算參數，再根據巖體的變形發展（即滑移→彎曲→拉裂→塑流）進行加固設計，尤其要注意采取科學邊坡開挖方式，避重就輕采取相應的防治措施，爭取最大程度確保邊坡的安全穩定。

2.2數值模擬技術

數值模擬技術也叫計算機模擬，它是一種依靠電子計算機，結合有限元或有限容積的概念，通過數值計算和圖像顯示的方法，實現對建筑工程問題及物理問題甚至是自然界各類問題研究的目的。近年來，隨著該技術在各個區域中的普及應用，使各行各業取得了巨大收獲，尤其是工程地質行業。其在工程地質行業中的應用主要是借助見算計將巖土體工程結構整體化，便于工程地質信息化設計的全面考量，在眾多設計方案中選擇最佳方案。在工程地質學中，最為常用的數值方法為不連續變性分析、無網絡伽遼金法、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合的形式，都能對工程地質中存在的特殊問題進行一定的分析，從而采取解決措施，對工程地質的信息化設計可產生積極的影響[3]。

2.3巖體結構面網絡模擬技術

巖體結構面網絡模擬技術是以統計學原理為依據，在計算機上以用Monte Carlo隨機模擬方法模擬，特征為隨機性。以模擬的方式從表到里，從局部到整體對巖體內部結構面發育狀態進行了解，能夠掌握到一般方法難以測量和觀察的情況，有助于對巖體結構特征進行確定。與二維模擬相比，三維模擬的優勢在于：對空間問題進行解決，如巖質邊坡崩塌、地下洞室圍巖垮落或滑移；在三維網絡圖中，各切面圖自動生成，具有一一對應的結構面，有助于各種空間模型的組合形成；其空間立體感能夠全面、客觀的判斷工程巖體問題。

值得注意的是，與實際結構面網絡存在差異是巖體結構面網絡模擬一大問題，其模擬和實際結構面分布只是統計意義上的相同，具有一致的統計規律，但二者具體位置并不一致，這是巖體結構面網絡模擬應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

總之，工程地質信息化是工程地質施工現階段和未來都密切關注的一個發展方向，相信隨著我國經濟發展水平和科學技術的不斷發展和提高，加上我國地質學理論的不斷完善，工程地質相關人員的不斷研究，如目前可利用錄像機或電影放映機將數值模擬動態顯示出來，且模擬水平越來越高，工程地質信息化可服務于更多行業，為人們的生活和工作作出更多的貢獻，同時也可提升我國在工程地質學和建筑行業方面的國際競爭力。

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

[2]李敏捷，龔德書.基于GIS的城市工程地質信息系統發展現狀與展望[J].城市勘測，2015(03):161-164.

[3]唐夢.探討工程地質信息系統在城市地質調查中的應用[J].地球，2013(08):281.

[4]唐海濤，王國光，孫力.工程地質數據庫設計與系統建設探討[J].人民長江,2015(12):95-102.

P5[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-264-1