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数字化技术对工程勘察的影响

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《中华建设杂志》2014年第九期

一、岩土工程勘察对象的基本特征

虽然岩土工程构造的起因、规模、形态、结构差别很大,但任何复杂的地质构造都可以抽象为点、线、面、体四种元素的集合。点状构造如测点等、线状构造如地质剖面线等、面状构造如人工填土层等厚度面等、体构造如地下岩体等。任何地质对象在空间上都占有一定的位置和范围,具有一定的形态和性质特征,并与其它地质对象之间存在着一定的空间联系:因此地质对象的基本特征可归结为空间特征、属性特征和空间关系特征三个方面。空间特征表示地质对象所处的空间位置特征,也称作几何特征或定位特征。地质对象一般是通过地质体来反映的,地质体的形态通常是不规则的,而且具有不同的产状。属性特征表示地质对象的各种性质特征,如地质对象的年代、岩性、孔隙度、渗透率、含水性、力学强度参数等。不同的地质对象具有不同的属性特征,同一地质对象的属性特征在空间上往往是不均一的。如岩体的抗压强度随着位置的不同而发生变化。地质对象之间的空间关系主要为拓扑关系,包括邻接、包含、相离等关系。从上述分析不难看出,三维地质模型应该是对研究范围内各种地质对象的几何属性和拓扑信息的表达。岩土工程建模就是要建立岩土工程空间特征与岩土工程属性特征之间的对应关系。

二、数字化技术在岩土工程勘察中的应用

1.岩土工程的数字化建模方法岩土工程地质建模的方法目前采用的主要有表面模型法,表面模型法(也叫数字表面模型)的历史较早,它的基本内容就是通过精确地表示出工程地质体的外表面来表示均质地质体的建模方法。也是目前广泛使用的建模方法。表面模型法的数据来源是通过测点获得的一系列离散的测点资料,包括测点的几何特征数据和属性特征数据。然后利用数据解释结果重构地质体界面。可以抽象为把一系列同属性的点按照一定的规则连接起来,构成网状曲面片,进而确定整个地质体的空间属性。有很多方法用来表示表面,常用的方法主要有数学模型法和图示模型法。

2.岩土勘察工程数字化数据库系统的建立岩土工程勘察信息处理系统是一个信息处理系统,信息或数据及其作用在信息或数据之上的处理是系统需求分析的主要任务,即要弄清需要有哪些数据,数据之间有何联系,数据本身有何性质,数据的结构和应对数据进行哪些处理,每个处理有什么逻辑功能。因此,为了把用户的数据要求明确地表达出来,首先在较高的抽象层面上,使用一种面向问题的数据模型(概念性数据模型),按照用户的观点来针对数据和信息建模,最常用的方法是实体一联系方法。实体是客观世界中存在的且可相互区分的事物,它可以是人、事物,也可以是抽象的概念或联系,而联系则反映了信息世界中实体内部或实体之间的关系。岩土工程勘察数据管理的实体主要有:钻孔、地层、图形资料、文档资料等,岩土工程勘察数据库管理作为岩土工程勘察数字化系统的一项基础工作是一个数据密集、处理复杂的数据库应用问题,为了能获得反映信息世界的概念性数据模型,将与实体和联系相关的功能与行为剥离出来,仅从现实世界中实体的数据侧面来建立模型即研究数据对象与属性及其关系。实体一联系方法是抽象和描述现实世界的有力工具,用E.R图表级的概念模型独立于具体的RDBMS所支持的数据模型。

3.数据库建立及实现过程岩土工程一体化系统的数据有三类:用户输入的原始数据、系统生成的中间数据及最终数据。原始数据由测点数据组成,而测点数据又由测点几何属性数据(位置)和测点信息属性数据(地层厚度、地层顶面标高、含水率、孔隙度、抗压强度等参数)。中间数据包括根据原始数据系统自动生成的地层层面等值线模型、三维表面模型、剖面模型等,按照这些模型可以生成用户需要的各种图件,还可以进行各种信息查询操作。最终数据种类繁多,主要是根据用户需要由中间数据生成,包括图形资料(如单孔柱状图、连线剖面图等)和文档资料(如地质勘察报告等)。由于岩土工程的复杂关系,对于岩土工程的数据库管理必须严格遵循时间序列,即遵循原始数据一中间数据一最终数据的关系。

基于GIS的岩土工程勘察涉及到的原始数据主要为地理信息方面的空间数据和非空间数据,数据来源包括:(1)基础地理数据;这些数据主要包括:①自然区划图,该图反映被研究区域的地理区划、河流、道路、居民区、山川、公共设施等等自然地理信息。②地形、地貌图,该图反映被研究区域的自然地貌情况。(2)岩土工程勘察数据;这些数据主要包括:①研究区域的工程地质勘探资料,经过筛选、处理的各勘探点包括地理、环境、土的物理力学指标在内的所有信息。②各类建筑场地的地层信息,比如液化等级、液化指数、特征周期、年代、沉积相等文档资料。四、结束语在先进科学技术的作用下,岩土工程勘察方法得到不断的改进,并逐渐过渡到数字化勘察技术中,实现其广泛的应用和推广。勘察工程发展的必然趋势已经是岩土工程数字化勘察技术。当然在整个发展的过程中,会出现较多问题,需要加大培养数字化岩土工程勘察技术人员的力度,能够不断推进相关技术的研究,并做好相关的推广和使用工作,在最大程度上实现岩土工程的可持续发展,并能够在真正意义上实现岩土工程数字化勘察的广泛应用。

作者:孙治法单位:陕西工程勘察研究院

中华建设杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次
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