巖土勘察中地理信息3D 模擬系統的應用

高明

（中國市政工程東北設計研究總院有限公司，長春130021）

1 引言

巖土勘察是指運用測試的方法對建筑場地進行調查與判斷，研究修建各種工程建筑物的地質條件和建設對自然地質環境的影響。在巖土勘察中更是融入了地理信息系統等計算機技術來輔助工作，但仍存在不足之處，此次針對傳統巖土勘察中存在的不足，優化設計巖土勘察方法。為提高巖土勘察中的信息獲取量，本文將地理信息3D 模擬系統應用在巖土勘察中，進而提高巖土勘察信息獲取量。

2 在巖土工程勘察中應用的必要

隨著國民經濟的高速發展，城鄉建設與工程建設的步伐和規模都以前所未有的速度展開，大量的建設項目使工程勘察活動在深度和廣度上都達到了相當的規模，這些成果資料是非常寶貴的信息資源，不僅對過去的工程建設起到過重要作用，而且還有很高的重復利用價值。勘察分為初勘和詳勘等階段，初勘階段如有勘察區域的地質工程資料，可省去很多時間和工作，也有利于詳勘方案的制訂和實施，可提高勘察水平。因此，已有的勘察資料對勘察工作非常有利用價值。

3 地理信息3D 模擬系統概述

本文研究的系統在實際應用中對空間數據有較強的基礎表現能力，主要是由于巖土勘察的過程受到計算機等運行環境的支持，采集的巖土勘察數據具有時效性。地理信息3D 模擬系統的應用需要遵循3 個原則：（1）一致性原則，是指系統作為地理信息展示的整體，在全程變量設置等方面需統籌全局，統一安排；（2）實用性原則，系統應以現實為基礎，確保提供信息具有實用性；（3）先進性原則，充分融合各種先進技術，實現資源共享，提高系統的可用性。其綜合數據的表述特征，可實現對數據的正確運算、精準分類、定向存儲[1]。因此，應積極將地理信息3D 模擬系統應用在巖土勘察中，基于此，本文設計一種新型基于地理信息3D 模擬系統的巖土勘察方法。

4 基于地理信息3D 模擬系統的巖土勘察方法

將地理信息3D 模擬系統應用于巖土勘察，在明確巖土工程勘察空間信息屬性的基礎上，可通過迭代分析巖土勘察數據，完成勘察數據的預處理，并通過系統對巖土勘察信息進行有效調用，提高信息的利用率。在基于地理信息3D 模擬系統的巖土勘察中，需要充分分析巖土勘察底層承載力，明確地質層的荷載情況，判斷巖土的物理學特征，以確保勘察結果在應用中的安全性。

4.1 迭代分析巖土勘察數據

在巖土勘察中，使用提出的3D 模擬系統進行巖土勘察過程中的地質劃分時，應基于矢量層面對數據進行更新，綜合巖層與地質周邊信息，對地質勘察區名、地質勘察編號、地質勘察覆蓋面積、核心勘察區等數據進行獲取并分析。在此基礎上轉換數據格式，將地理信息數據轉換成可支持巖土勘察格式數據。在完成數據的轉換后，將系統作為巖土勘察的工具，進行地質相關數據的獲取。巖土工程勘察空間信息屬性如表1 所示。

表1 巖土工程勘察空間信息屬性

結合表1 所示，基于地理信息3D 模擬系統迭代分析巖土勘察空間信息。通過迭代分析巖土勘察空間矢量數據的表達式，實現基于地理信息3D 模擬系統對巖土勘察數據的預處理。

4.2 基于地理信息3D 模擬系統相互調用巖土勘察數據

在基于地理信息3D 模擬系統迭代分析巖土勘察數據的基礎上，在巖土勘察工作中，將屬性作為參照數據，通過調用數據實現對巖土地質的勘察。在此基礎上，運用3D 系統對地質信息進行成像，直觀檢索巖土信息，并使用系統提供的專家處理技術，以此實現對地質信息的交互與有效調用。因此，地理信息3D 模擬系統能夠實現對巖土勘察信息的相互調用，以此提高巖土勘察中的信息利用率。

4.3 分析巖土勘察底層承載力

通過基于地理信息3D 模擬系統相互調用巖土勘察數據，分析巖土勘察底層承載力。巖土所承受荷載不同，地基巖土的變形情況也不同，地基承載力與受土質以及土層順序等因素的影響，且與巖土底層形狀、地下水位等因素相關。巖土底層承載力計算公式為：

式中，ρ 為承載力；a 為常數，取值0.25；γ 為巖土天然容重；h為極限深度；b 為常數；c 為黏聚力。

4.4 判斷巖土的物理學特征

運用地理信息3D 模擬系統可以判斷巖土的物理學特征，考慮巖土的三維空間有限性，計算底層巖土承載力。首先需要進行多點勘測，不僅要勘測表層巖土，還需要勘測工程深度范圍內容的各巖土層，包括土層的含水率、天然密度、孔隙比等；然后對所有鉆孔編號，將鉆孔編號、坐標位置、孔深、孔口高程等信息錄入模擬系統，對采集各巖土層的信息進行3D 模擬，并判斷巖土物理學特征，對后續研究具有重要意義。

5 實例分析

上述分析從理論上說明了地理信息3D 模擬系統在巖土勘察中應用的有效性，為驗證該方法的實際應用價值，進行實例分析，并將本文方法與傳統方法相對比進行驗證。

5.1 實驗準備

構建實例分析，測試設計巖土勘察方法在實際應用中的可行性。以某工程地質勘察工作為例，項目總面積約500 000m2，地上建筑以廠房為主，總荷載約為50kN/m2，在勘察作業前，需要對該區域內0～8m 范圍內原始土層做換土處理，在勘測區域布設320 個鉆孔，控制孔168 個，鉆孔深度在15～30m 不等，選用TOPCON-3010 型全站儀進行定位，確保定位誤差＜0.1m，測試巖土的承載力。

限定的巖土勘察范圍為10～50km2，以每5km2為一個范圍節點，劃分巖土勘察范圍。在此基礎上，整理實驗環境信息，構建實驗環境設備基本參數表，其中，實驗環境設備基本參數信息，如表2 所示。

表2 實驗環境設備基本參數表

實驗步驟為：（1）迭代分析巖土勘察數據，獲取項目基礎信息數據，并轉換數據格式；（2）調用巖土勘察數據，運用系統的專家處理技術，實現數據可視化；（3）計算巖土勘察底層承載力；（4）判斷巖土物理特征。在此步驟中，將所有鉆孔編號，并在系統中錄入所有項目基本信息及計算所得的底層承載力，由系統自動生成巖土3D 模擬圖，得出巖土物理特征。

使用本文基于地理信息3D 模擬系統設計方法，可以有效獲取圈定區域的巖土勘察信息，通過OPERTYLE 軟件獲取信息數據數量，設為實驗組。再使用傳統方法，有效獲取圈定區域的巖土勘察信息，同樣使用OPERTYLE 軟件統計獲取信息數據數量，設為對照組。由此可見，在本次實例分析中設置的對比指標為巖土勘察信息獲取量，巖土勘察信息獲取量越高證明該巖土勘察方法的信息獲取能力更強。

5.2 實驗結果分析與結論

利用地理信息3D 模擬系統，經過上述步驟生成如圖2 所示的模擬圖。

圖2 3D 模擬圖

并經分析可知，新黃土層呈現黃褐色，土質較為均勻，孔隙為針狀，含有微量的鈣、鐵元素，略濕；古土層呈現黃褐色，孔隙為針狀，團粒結構含有鈣質條紋；老黃土層顏色幾孔隙情況與新黃土層一致，但含有少量鈣質結合；粉質黏土層呈現灰黃色，土質均勻，含有大量鈣質幾鐵錳結核，其他物理學特征如表3 所示。

表3 巖土物理學特征

隨著勘查范圍的不斷增大，巖土工程勘察信息獲取量也必然隨之增加，但實驗組的巖土工程勘察信息獲取量一直高于對照組。由此可見，本文基于地理信息3D 模擬系統設計方法可識別的巖土勘察信息更為全面，可實現對巖土勘察信息的良好統計，并且該方法且具有現實推廣意義。

6 結語

通過巖土勘察中地理信息3D 模擬系統的應用研究，能夠解決傳統巖土勘察中存在的問題。說明地理信息3D 模擬系統能夠指導巖土勘察方法優化，進而通過實例分析體現出應用價值所在。在后期的發展中，應加大地理信息3D 模擬系統在巖土勘察中的應用力度。截至目前，國內外針對基于地理信息3D 模擬系統的巖土勘察方法研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進一步對巖土勘察方法的優化設計提出深入研究，為提高巖土勘察方法的綜合性能提供參考。希望通過本文的研究，能夠為巖土勘察的發展起到積極的促進作用。