浅谈岩土工程勘察及软件应用

 

关键词：勘查  岩土工程  软件

 

一、 对勘查技术与工程专业的认识

勘查技术与工程专业是国家重点学科。勘查技术与工程专业培养目标：本专业以工程技术应用能力和素质培养为主线，德、智、体、美等全面和谐发展与健康个性相统一，具有创新意识和创业精神，扎实的勘查技术与岩土工程专业基础和工程实践能力，获得岩土工程师基本素质的应用型高级专门人才。本专业为国家注册岩土工程师职业资格主专业。勘查技术与工程专业主要课程：地质学、地球物理勘探、钻探工艺与设备、基础工程与施工、地球化学勘探、工程地质学等。 　　工程力学、地质学基础、工程地质分析原理、工程地质勘察、岩土力学、岩土钻孔工程、岩土工程设计与施工、岩土加固与治理、岩土工程检测技术、岩土工程机械、岩土工程施工项目管理、水文地质学、环境工程地质学等。人才培养方向：（1）培养从事矿产、能源和地下水等资源勘探与开发的高级技术与管理人才；（2）培养能从事岩土工程、地基与基础工程、地质灾害治理等的勘察与施工，并懂设计、检测、监理的高级技术与管理人才。科学技术研究与开发：本系可从事如下科技和工程研究、设计、施工、培训和咨询等方面服务：资源勘探与开发技术、钻进（井）设备及器具、超硬材料与碎岩工具、测试技术与自动化、钻进（井）工艺与工程浆液、水工设施建设、航道治理、桩基工程、地基处理与托换、基坑工程、地质灾害治理、供水与降排水成井、岩土工程勘察、非开挖铺设地下管线、微机软件开发

　

二、 对岩土工程勘察的认识

岩土工程的定义：是求解岩体与土体工程问题，并将此作为研究对象。学科涉及岩土体的利用、政治和改造。

中国大百科全书定义为：“土木工程的一个分支，以工程地质学、岩石力学、土力学与基础工程为理论基础，涉及岩石和土的利用、整治和改造的一门技术科学。”专家定义为：“土木工程的一个分支，研究岩土体（水）作为支承体、荷载、介质或材料，必要时对其改良或治理的一门工程技术。”以上表述方法虽不完全一致，但主要方面是相似或相同的。表现在：第一岩土工程是土木工程的一个分支；第二研究对象是岩石和土，包括岩土中的水；第三是一门技术科学或工程技术。

岩土工程勘察是指根据建设工程的要求，查明、分析、评价场地的地质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动。与其他的勘察工作相比，岩土工程勘察具有明确的针对性，即其目的是为了满足工程建设的要求，因此所有的勘查工作都要围绕这一目的展开。岩土工程勘察的内容是要查明、分析、评价场地的地质、环境特征和岩土工程条件。其具体的技术手段有多种，如工程地质测绘和调查、勘探和取样、各种原位测试技术、室内土工试验和岩石试验、检查和现场监测、分析和计算、数据处理等等。但并不是每一项工程建设都要采用上述全部的勘察手段，可根据具体的工程情况合理地选用。岩土工程勘察的对象是建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，具体而言是指场地岩体的岩性或土层性质、空间分布和工程特性，地下水的补给、贮存、排泄特征和水位、水质的变化规律，以及场地及其周围地区存在的不良地质作用和地质灾害情况。岩土工程勘察工作的任务是查明情况，提供各种相关的技术数据，分析和评价场地的岩土工程条件并提出解决岩土工程问题的建议，以保证建设安全、高效进行，促进社会经济的可持续发展。

岩土工程和其它专业的关系：

  岩土工程与工程地质的关系：

二者的区别：工程地质是地质学的一个分支，是研究与工程建设有关地质问题的科学。工程地质学的产生源于土木工程的需要，其本质是一门应用科学；岩土工程是土木工程的一个分支，其本质是一门工程技术。从事工程地质的是地质专家（地质勘察师），侧重于研究地质现象、地质成因和演化过程、地质规律、地质与工程的相互作用；从事岩土工程的是工程师，关心的是如何根据工程目标和地质条件，建造满足使用功能要求和安全要求的工程或工程的一部分，解决工程建设中的岩土技术问题。因此，无论学科领域、工作内容、关心的问题，两者都是有区别的，各自的侧重点不同。但是，二者的关系又非常密切。有人说，工程地质是岩土工程的基础，岩土工程是工程地质的延伸，虽然不一定十分准确，但有一定道理。岩土工程师面临的岩土材料，无论性能和结构，都是自然形成的，都是经过了漫长的地质历史时期，是多种复杂地质作用下的产物。对岩土的性能和结构，只能通过勘察来查明，而又不能完全查明。一些关键性的问题，需根据地质规律推测或预测。尤其在地质构造复杂的山区，有经验的工程地质学家，通过大量的地面地质调查，综合分析就可大致判断、推断地质构造的框架、轮廓，利用物探、钻探、槽井探等勘探手段揭示，由粗而细，由浅入深，构画出工程地质模型。没有地质学基础，哪能识别断层、裂隙？哪能识别软弱夹层和结构面的空间分布形态？哪能说清地下水的赋存条件和补给、径流、排泄的运动规律？如果要开挖隧道，哪些地段会冒顶？哪些地段会突水？在地质构造复杂地区，离开了工程地质专家，可以说土木工程寸步难行。

新时期岩土工程的外延：岩土作为支承体：房屋建筑、道路、桥梁、弃渣场、各种大型设备等等，都建造在岩土体上，岩土体作为地基，作为支承体，研究的主要问题是承载力和变形问题、稳定问题。岩土作为荷载或自承体：边坡工程、基坑工程、露天采矿工程等地面工程开挖，隧道、地下洞室等地下工程开挖，面临的是另一类稳定和变形问题。这时，岩土体担任的角色, 既可能是荷载，也可能是自承体。同时，地下水的时空分布状态常常具有举足轻重的影响。岩土作为材料：填方工程，特别是大面积高填方、填海造陆，要用大量岩土作为回填材料；水工围堰、水利大坝、填筑路堤等也用岩土作为当地材料，就近取材。这些工程除了研究其稳定和变形等特性外，岩土材料的质量、数量、运距和施工质量控制是主要的岩土工程地质问题。地质灾害的防治：岩溶、塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害，对工程构成严重威胁，防治工程必须针对具体地质条件和地质演化规律进行设计和施工。场地和地基的地震效应也是岩土工程的一部分。

 

三、 对岩土工程勘察软件的认识

岩土工程软件综述：岩土工程以工程岩土体作为研究主要对象，是一门理论和实践都很强的综合性的应用技术学科，它包括勘察、设计、施工、检（验）（监） 测和工程管理等全过程。现在计算机分析岩土工程问题的范围和领域很广，随着计算机技术的发展，计算分析领域还在不断扩大。除应用在本构模型和不同介质间相互作用分析外，还包括各种数值计算方法，土坡稳定分析，极限数值方法和概率数值方法，专家系统、CAD技术和计算机仿真技术在岩土工程中应用，以及岩土工程反演分析等方面。岩土工程计算机数值分析方法除常用的有限元法和有限差分法外，离散单元法（DEM）、拉格朗日元法(FLAC)、不连续变形分析方法(DDA)、流形元法(MEM)和半解析元法(SAEM) 等也在岩土工程分析中得到应用。与此同时，各种岩土工程专业软件也随之开发出来，并得到了广泛的应用。

岩土工程勘察：

计算机在工程勘察领域的应用较为广泛，工程勘察的软件也比较多。包括野外数据采集、土工勘察数据处理、勘察报告编写、土工实验数据处理等。我国和国外的不少企业生产出各类静探采集仪，它们具有操作方便和体积小等特点，大部分都实现了数据卡自动闪存，在静探结束的同时，静探数据就储存在数据卡上。国内的勘察软件如华岩的岩土工程勘察数据处理系统、理正的工程地质勘察CAD等都提供了与采集仪的数据接口，实现了数据的一次性录入。大部分的土工实验和实验程序在《土工实验规范》、《公路土工实验规程》以及《铁路工程土工实验方法》等规范上都有硬性规定，但是长期以来市场上很少见到此类软件，有的只是单位或个人自我开发的内部软件。如今国内软件公司的土工数据处理系统如HNTGCS、HYST2000以及国外的GDSLAB 和GEOCEL 软件都可以在WINDOWS95/981NT下运行，拥有很好的用户界面，可以很容易的定义和监控实验，并能完成自动

分析和处理实验结果。国内的软件系统还可以根据不同的系统采用相应的标准和规范中的计算公式、计算参数、报表格式和土样定名。在进行现场数据采集和土工实验以后，就要根据它们的数据进行计算，划分场地类别以及选择合适的设计参数等。有关这一环节的软件开发开始的较早，如HYJS、GHSCAD2.0、GICAD5.0、HNCAD FOR WINDOWS98 等。GICAD工程地质勘察软件可以自动统计综合地质分层参数，提供多种方式的数据转换工具及数据接口；按照指定比例和原始录入参数，自动划分土层，生成钻孔平面图、剖面图和柱状图，包括动探曲线、大比例尺静探曲线、设计标高、基础标高示意等；其中柱状图内容包括岩心采取率、EF4 和剪切波速。由于这一环节是岩土工程的勘察和设计中最为重要的一个步骤，因此岩土工程师的技术和经验也是必不可少的。但是我们应该明白，我们对计算机的应用决不仅仅是用来解决一个个孤立的勘察项目，而是希望将我们所接触到的大量工程地质信息集中起来，进行有效的管理，最大限度地发挥现有资料的价值，为工程建设提供决策。因此地理信息系统(Ggeographic Information System,简称 GID)应该是岩土工程勘察软件的一个发展方向。国外将（GIS）应用与岩土工程研究已经做了不少工作。如日本大阪地区历时10年多建立了大阪湾地层数据库信息系统，钻孔数达到了30000 个；日本九州大学正与国内外有关单位合作开发三峡边坡的三维数据库系统。我国的许多单位也开展了这方面的研究和开发工作，如长江水利委员会建立的面向全部工程地质勘察行业的工程地质信息系

统；中国科学院岩土力学研究所目前正在开展长江大堤的三维可视化研究工作。

岩土工程设计

岩土工程设计包括基础设计、桩基设计、沉降分析、渗流分析等。关于基础设计软件，在我国有基础CAD设计软件以及国外的BERCAP、BCAP等。其中RCAP用来估计浅基础极限承载力，基础形式可以是圆形、矩形等，在基础上可以施加各个方向的力和力矩，并且采用了确定性分析和概率分析两种方法，在概率分析方法中，土体参数可以用概率函数的形式输入。国内的桩基础设计软件有Pile2000等，在国外，对于单桩设计Pile, 使用传统的分析方法，Pile 使用有效应力的方法，而Cemset则使用双曲线函数。对于群桩的分析，DEFPIG将桩数在160根以内视为相同情况，GROUP使用3 维方法分析桥梁基础和其他刚性结构，PC-PGROUP 使用边界元方法解决桩数达到200根的情况。UNIPILE程序可以确定桩的承载力、沉降以及负摩擦力等，分析方法则采用有效应力法和总应力法，适用的桩型有打入桩、钻孔桩、单桩、群桩、矩形桩、方形桩和;截面桩等。并且可以求得桩的承载力、桩身应力分布和桩底阻力。国内和国外都有许多的边坡稳定分析程序， 如KZTeBpo3.1、GBSLOPE、Slipcircle-1 Plus 和 Slope/W等，所有的程序都通过有限条分法采用圆弧分析或非圆弧分析来实现。它们能解决诸如复杂地层分布、地下水作用、荷载分布复杂以及不规则破裂面等问题。进行条分的方法各种程序有所不同，如Bishop法、 JanBu法和瑞典条分法等。所有最近有关边坡

稳定分析的程序都和AutoCAD有良好的界面，Slope/W还可以在有限元计算应力的基础上与SIGMA/W共同确定稳定系数或者与SEEP/W有限元渗透分析程序确定稳定状态或瞬时孔隙水压力条件。SLOPBG和SLOPNC 有确定型分析和概率型分析两种边坡稳定分析模式。

 

四、 小结

  岩土工程勘察，在国民建设及滑坡等灾害中，起到越来越重要的作用，我们应该学好这门课。在平时的学习中多把课本上的理论知识与实际相结合，加强对理论知识的理解。

 

五、参考文献

王奎华 陈新民 岩土工程勘察 中国建筑工业出版社 2010.6

施灿彬 杨成斌 寇明国 杜娟 岩土工程的计算机软件综述 2002.2

吕迎春 浅谈岩土工程勘察 2009