【摘要】：文章對(duì)巖土工程勘察方法做了簡(jiǎn)單的概述，分析了我國(guó)巖土工程勘察的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，探討了巖土土工程勘察數(shù)字化應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

　　【關(guān)鍵詞】：巖土工程；勘察；數(shù)字化

　　中圖分類(lèi)號(hào)：    P5         文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A                  文章編號(hào)：

　　【 Abstract 】 : The paper, as to the geotechnical engineering method simple overview, analysis of our geotechnical engineering investigation of the present situation and the existing problems, this paper discusses the application of geotechnical engineering investigation of soil digital key realization technology.

　　【 Key Words 】 : geotechnical engineering; reconnaissance; digital

　　引言

　　20世紀(jì)80年代以來(lái)，各種資料和數(shù)據(jù)急劇增多，出現(xiàn)了所謂的"資料數(shù)據(jù)爆炸性增長(zhǎng)"，在資料數(shù)據(jù)中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)十分重要，它們的有效期也幾乎是無(wú)限的。因此，如何有效地存儲(chǔ)、管理、交流從而充分利用(包括多次開(kāi)發(fā)利用和綜合開(kāi)發(fā)利用)這些數(shù)據(jù)，已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者共同關(guān)心的問(wèn)題。巖土工程勘察的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也不例外。

　　巖土工程勘察數(shù)據(jù)具有多源性和空間性特點(diǎn)，常規(guī)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已不能滿足人們對(duì)這些數(shù)據(jù)處理的需要，并且?guī)r土工程勘察數(shù)據(jù)顯著的空間特征和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)屬性，使巖土工程勘察成為計(jì)算機(jī)科學(xué)可視化的一個(gè)既非常重要又十分復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域。如何有效地在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察數(shù)據(jù)的時(shí)空分析并開(kāi)展定量結(jié)構(gòu)刻畫(huà)和空間建模，是擺在當(dāng)今巖土工程勘察工作者面前的一道急需攻克的難題。結(jié)合巖土工程勘察的研究現(xiàn)狀，在國(guó)內(nèi)多個(gè)巖土工程勘察現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)改造的基礎(chǔ)上，提出一些看法，以及對(duì)我國(guó)巖土工程勘察工作有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

　　1巖土工程勘察方法概述

　　巖土工程勘察數(shù)字化是指應(yīng)用當(dāng)代測(cè)繪技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和CAD技術(shù)．通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件，把一個(gè)工程項(xiàng)目的所有信息(勘察、設(shè)計(jì)、進(jìn)度、計(jì)劃、變更等數(shù)據(jù))有機(jī)地集成起來(lái)，建立綜合的計(jì)算機(jī)輔助信息流程，使勘察設(shè)計(jì)的技術(shù)手段從手工方式向現(xiàn)代化CAD技術(shù)轉(zhuǎn)變，作到數(shù)據(jù)采集信息化、勘察資料處理數(shù)字化、硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、圖文處理自動(dòng)化，逐步形成和建立適應(yīng)多專(zhuān)業(yè)、多工種生產(chǎn)的高效益、高柔性、智能化的工程勘察設(shè)計(jì)體系。該技術(shù)體系用系統(tǒng)工程觀點(diǎn)，把勘察、設(shè)計(jì)的圖紙、圖像、表格、文字等以數(shù)字化形式存貯，供各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)使用。

　　2我國(guó)巖土工程勘察的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

　　隨著3S技術(shù)的發(fā)展與集成已促使巖土工程勘察進(jìn)人到以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的勘察設(shè)計(jì)一體化產(chǎn)業(yè)體系。但是在注視上述發(fā)展的同時(shí)也應(yīng)該看到，目前雖然計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)已廣泛應(yīng)用于巖土工程勘察設(shè)計(jì)中，功能日益完善。但是由于多種原因，巖土工程勘察工作依然存在許多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在:

　　1)分散作業(yè)，手工操作;

　　2)資料共享性差;

　　3)資料再利用率低。因此需要發(fā)展和推廣巖土工程勘察數(shù)宇化和一體化技術(shù);

　　4)數(shù)字化地圖與數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)間不夠貫通。地形圖是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的底圖或稱(chēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由于數(shù)字化地圖中的某些環(huán)節(jié)技術(shù)條件不成熟，與CAI設(shè)計(jì)軟件的接口不匹配，很難順利實(shí)現(xiàn)對(duì)接，設(shè)計(jì)系統(tǒng)不得不重新將勘察資料數(shù)字化，影響了設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD的推廣應(yīng)用;

　　5)勘察信息數(shù)字化程度低。勘察部門(mén)提供的勘察信息往往以圖紙、表格、文字等形式為主，內(nèi)容上定性描述較多。一方面造成設(shè)計(jì)人員對(duì)于勘察信息很難準(zhǔn)確理解;另一方面造成對(duì)勘察信息處理、利用上的困難。

　　3巖土工程勘察數(shù)字化應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)探討

　　3．1巖土工程數(shù)字化建模方法

　　巖土工程地質(zhì)建模的方法目前采用的主要有表面模型法，表面模型法(也叫數(shù)字表面模型)的歷史較早，它的基本內(nèi)容就是通過(guò)精確的表示出工程地質(zhì)體的外表面來(lái)表示均質(zhì)地質(zhì)體的建模方法。也是目前廣泛使用的建模方法。表面模型法的數(shù)據(jù)來(lái)源是通過(guò)測(cè)點(diǎn)獲得的一系列離散的測(cè)點(diǎn)資料，包括測(cè)點(diǎn)的幾何特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)，然后利用數(shù)據(jù)解釋結(jié)果重構(gòu)地質(zhì)體界面。可以抽象為把一系列同屬性的點(diǎn)按照一定的規(guī)則連接起來(lái)，構(gòu)成網(wǎng)狀曲面片，進(jìn)而確定整個(gè)地質(zhì)體的空間屬性，有很多方法用來(lái)表示表面，常用的方法主要有數(shù)學(xué)模型法和圖示模型法，本論文主要討論圖示模型法。常用的圖示模型法有邊界表示法、規(guī)則格網(wǎng)法、等值線法、不規(guī)則格網(wǎng)法等，其中不規(guī)則格網(wǎng)法是本系統(tǒng)選用的模型表示法，將做詳細(xì)分析討論。不規(guī)則格網(wǎng)法是將區(qū)域內(nèi)有限個(gè)點(diǎn)區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)。區(qū)域中任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、邊上或三角形內(nèi)，如果任意點(diǎn)不在頂點(diǎn)上，則該點(diǎn)的數(shù)字屬性值通常通過(guò)線性插值的方法得到，在邊上用邊的兩個(gè)頂點(diǎn)的高程，在三角形內(nèi)則用三個(gè)頂點(diǎn)的高程，所以TIN是一個(gè)三維空間的分段線性模型，在整個(gè)區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。有許多種表達(dá)TIN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)方式，這里采用一個(gè)簡(jiǎn)單的記錄方式是：對(duì)于每一個(gè)三角形、邊和節(jié)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)記錄，三角形的記錄包括三個(gè)指向它三個(gè)邊的記錄的指針，邊的記錄有四個(gè)指針字段，包括兩個(gè)指向相鄰三角形記錄的指針和它的兩個(gè)頂點(diǎn)的記錄的指針；也可以直接對(duì)每個(gè)三角形記錄其頂點(diǎn)和相鄰三角形。每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括三個(gè)坐標(biāo)值的字段分別存儲(chǔ)X，Y，Z坐標(biāo)。這種拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：對(duì)于給定一個(gè)三角形，查詢(xún)其三個(gè)頂點(diǎn)屬性和相鄰三角形所用的時(shí)間是定長(zhǎng)的。它在沿直線計(jì)算地形剖面線時(shí)具有較高的效率，當(dāng)然可以在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加其它變化，以提高某些特殊運(yùn)算的效率。巖土工程數(shù)字化建模過(guò)程如圖1所示。

　　3．2數(shù)字化巖土勘察工程系統(tǒng)

　　基于GIS的巖土工程勘察涉及到的原始數(shù)據(jù)主要為地理信息方面的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源包括：

　　1)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)

　　這些數(shù)據(jù)主要包括：

　�、僮匀粎^(qū)劃圖

　　該圖反映被研究區(qū)域的地理區(qū)劃、河流、道路、居民區(qū)、山川、公共設(shè)施等等自然地理信息。

　�、诘匦�、地貌圖

　　該圖反映被研究區(qū)域的自然地貌情況。

　　2)巖土工程勘察數(shù)據(jù)

　　這些數(shù)據(jù)包括：所研究區(qū)域的工程地質(zhì)勘探資料。經(jīng)過(guò)篩選、處理的各勘探點(diǎn)包括地理、環(huán)境、土的物理力學(xué)指標(biāo)在內(nèi)的所有信息。各類(lèi)建筑場(chǎng)地的地層信息，比如液化等級(jí)、液化指數(shù)、特征周期、年代、沉積相等。結(jié)合上述分析，數(shù)字化巖土勘察工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以按以下幾個(gè)步驟實(shí)施構(gòu)建：

　　①巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型設(shè)計(jì)

　　巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫(kù)管理作為巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，是一個(gè)數(shù)據(jù)密集、處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用問(wèn)題，為了能獲得反映信息世界的概念性數(shù)據(jù)模型，將與實(shí)體和聯(lián)系相關(guān)的功能與行為剝離出來(lái)，僅從現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的數(shù)據(jù)側(cè)面來(lái)建立模型，即研究數(shù)據(jù)對(duì)象與屬性及其關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上建立相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)。

　�、跀�(shù)據(jù)庫(kù)建立實(shí)現(xiàn)

　　巖土工程一體化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有三類(lèi)：用戶(hù)輸入的原始數(shù)據(jù)、系統(tǒng)生成的中間數(shù)據(jù)及最終數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)由測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)組成。而測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)又由測(cè)點(diǎn)幾何屬性數(shù)據(jù)(位置)和測(cè)點(diǎn)信息屬性數(shù)據(jù)；中間數(shù)據(jù)包括根據(jù)原始數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)生成的地層層面等值線模型、三維表面模型、剖面模型等，根據(jù)這些模型可以生成用戶(hù)需要的各種圖件，還可以進(jìn)行各種信息查詢(xún)操作；最終數(shù)據(jù)種類(lèi)繁多，主要是根據(jù)用戶(hù)需要由中間數(shù)據(jù)生成，包括圖形資料和文檔資料(如地質(zhì)勘察報(bào)告等)。巖土工程數(shù)字化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)巖土工程勘察的發(fā)展趨勢(shì)就是將巖土工程勘察與地理信息系統(tǒng)(GIS)結(jié)合起來(lái)，利用地理信息系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、管理能力和空間查詢(xún)、分析能力，解決傳統(tǒng)巖土工程勘察由于勘察數(shù)據(jù)內(nèi)容上的復(fù)雜性和形式上多樣性而在數(shù)據(jù)處理上無(wú)能為力的狀況，而且利用地理信息系統(tǒng)強(qiáng)大的可視化操作能力為巖土工程勘察提供了一個(gè)可視化的操作平臺(tái)。相信未來(lái)巖土工程勘察必將是數(shù)字化的天下。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[l]趙柏木．關(guān)于軟土地基巖土工程勘察的思考．今日科苑，2007一11一23．

　　[2]包息明.胡長(zhǎng)順.GIS支持下巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化[J]水文地質(zhì),2006(2):36-37.

　　[3]李廣信．高等土力學(xué)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2004．

　　[4]肖興國(guó).巖土工程勘探的監(jiān)理[M]，北京：工程工業(yè)出版社，200l..