工程地質信息化設計及其在交通工程中的應用研究

楊圣華

摘 要 工程地質信息化設計屬于工程地質的應用拓展，在工程設計中能夠發揮良好優化作用。本文將主要針對工程地質信息化設計方法進行分析，并且以某高速公路工程舉例，對工程地質信息化設計的實際應用深入探討，驗證其優越性。

關鍵詞 工程地質;信息化設計;交通工程;數值模擬

前言

現階段工程地質學在信息化設計中已形成了豐富理論與方法體系，尤其是隨著大量大規模交通工程項目建設增多，工程地質理論也得到全面深化，方法逐步更新，地質勘查、設計、施工等一系列思想完全成型，也進一步推動了工程地質信息化設計的全面發展。在過去的工程地質工作中，其重點在于為工程建設提供詳細地質資料，并不會參與到設計中去，也不會對設計進行優化，所以往往在復雜工程地質條件下會出現地質與設計相脫節的情況，造成工程安全事故頻出，影響工程質量與成本[1]。而現代工程地質則需要基于設計層面去開展地質工作，無論是前期布置還是資料收集匯總，都需要與設計相融，貫穿于設計各個階段，結合地質詳情反饋去優化工程設計?；诖耍疚膶⒅饕槍こ痰刭|信息化設計中數值模擬、巖體結構面網絡模擬這兩項技術進行分析，并結合具體交通工程建設去分析其應用實情。

1 工程地質信息化設計的技術手段

（1）巖體結構面網絡模擬技術。該技術手段主要是按照既定測量方法，以Monte-Carlor為基本原理，結合少量的巖體結構面資料便能夠推算出巖體空間結構面的分布特點，通過軟件算法能夠直接繪制出巖體空間的三維結構面網絡圖[2]。在網絡模擬輔助下，巖體的主要類型幾何參數能夠直接獲取，為工程設計帶來重要參考。同時，結合網絡模擬的巖體結構面線密度分布特征，能夠獲取到其結構面信息，尤其是能夠在施工中不斷更新結構面資料，從而實施更新模擬的最終結果，對設計進行修正優化。

（2）數值模擬技術。隨著計算機信息技術的高速發展，大量能夠直接解決工程地質問題的數值模擬理論與方法得以涌現，該技術方法的成熟度不斷更高，也促使越來越多工程地質地位得到妥善解決。數值模擬技術方法的透視在于能夠綜合考量各種復雜地質條件，能將巖體工程結構視作為整體去進行仿真模擬，再進行“實驗”去不斷優化設計方案。相較于其他固體力學研究對象而言，巖體有著一定特殊性，其中有限單元法、邊界單元法、有限差分法等方法都可以用在對均質巖體問題方面。而數值模擬方法則能夠結合方法本身的發展，引入節理單元、強化非線性分析等手段，對不連續界面與多介質的復雜巖體力學行為進行分析。隨著科學技術水平的提升，對巖體認識的逐步深化，單單依靠固體力學方法難以滿足如今的工程地質要求，再加上工程地質數值模擬問題要比其他工程力學問題復雜更多，所以急需建立更簡潔的數值方法?；诖?，近年來國際上逐漸出現了節理單元法、塊體理論、不連續變形分析法、塊體彈簧元法等，在解決工程地質特殊問題方面有著不錯效果。

2 工程地質信息化設計在交通工程中的應用

對于工程地質信息化設計在交通工程中的應用，我們以某高速公路工程為例，公路沿線主要發育片巖、片麻巖，斷裂高度發育，巖體破碎程度高。

（1）設計思路。為了能夠保證設計方案與現實情況相符，將采取勘察與設計相互滲透的思路展開工作，改變過去設計人員完全依靠勘察單位提供的地質數據進行室內設計的做法。具體來講，在工程地質勘查開展后，需要對邊坡巖體的穩定性展開分析，用到Monte-Carlor模擬方法，構建巖體邊坡幾何模型，開展結構面力學實驗、巖體RMR分類與Q分類，獲取邊坡穩定性計算參數。確定好幾何模型與相關物理力學參數之后，采取Sarma法與剩余推力法對所有縱剖面展開穩定性驗證，進一步優化設計方案[3]。不難看出，加固設計的基礎在于結合實情的穩定性分析，同時加固設計對于邊坡開挖手段高度關注，因為開挖與加固本身屬于矛盾共同體，開挖不當一定會影響邊坡穩定，所以在設計中一定要明確開挖的方法與具體爆破參數。在設計中需要提到信息化施工要求，意味著設計、開挖、加固、信息反饋需要形成整體，實現設計與施工的最優狀態。

（2）邊坡加固設計。經過對邊坡穩定性進行分析，獲知該高速公路工程的A段、B段的邊坡并不存在整體滑移的可能性，不過因為巖體結構面發育且風化嚴重，所以局部受損情況一定會有，特別是如果開挖方式不當，不可避免會出現局部失穩的情況，這也是邊坡加固設計需要重點關注的地方。該交通工程項目的設計需要遵從如下原則：①結合邊坡穩定性計算結果作為設計依據，如果開挖邊坡整體穩定，那么只需要處理不穩定的局部邊坡;②優選最佳開挖邊坡角度，保證無論是開挖還是加固，都能盡量縮減工程量;③設計方案要具有高度可行性，施工要更加簡便;④加固與開挖需要充分結合治水工作。按照上述原則最終確定的加固方案為：其一，結合類比法分析，采取分層開挖、光面爆破、錨噴網加固、綜合治水的一體化設計與施工方案;其二，結合剩余推力法與Sarma法的計算結果，A段邊坡角度為55°，B段邊坡角度為60°，絕大部分邊坡處在穩定狀態，即便不加固其穩定性系統也高于1.25，因此錨噴支護的設計重點要放在由于爆破應力波對邊坡表層形成破壞后出現的邊坡失穩情況，所以需要應用砂漿短錨桿，通過錨噴網支護去提高穩定系數，提升邊坡巖體穩定性。

3 結束語

綜上所述，在復雜地質條件下采取工程地質信息化設計是對工程設計進行優化的合理選擇，意味著工程地質工作與工程設計全面滲透，按照全盤化工作體制去規劃工作流程。其中，數值模擬方法作為信息化設計的關鍵方式，能夠將巖體結構進行整體模擬，經過反分析為工程設計提供需要的應力及計算數據。而巖體結構面網絡測量與模擬作為工程地質超前預報與信息化的關鍵手段，能夠為巖體結構面的體征帶來圖像和數據的表現方式。這兩項技術手段在交通工程建設中均能實現良好應用，發揮對交通工程設計優化的作用。

參考文獻

[1] 杜暉，鄭桂芹.淺析工程地質信息化設計及其在工程中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2012（16）：1-5.

[2] 葉志峰.工程地質信息在橋梁設計中的應用分析[J].科技傳播， 2012（8）：152，176.

[3] 朱子國.GIS技術在公路工程地質領域的應用[J].建材與裝飾， 2018，530（21）：220-221.