基于Qt和Access数据库的旁压试验数据管理和计算分析软件设计与实现

2015-02-11黄大中铁道第三勘察设计院集团有限公司天津300251DesignandImplementationofPressuremeterTestDataManagementandAnalysisSoftwareBasedonQtandAccessDatabaseHUANGDazhongLIPengGAOJing

铁道勘察 2015年6期

关键词：插值数据管理标定

黄大中　李　鹏　高　敬(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)Design and Implementation of Pressuremeter Test Data Management and Analysis Software Based on Qt and Access DatabaseHUANG Dazhong　LI Peng　GAO Jing

黄大中李鹏高敬(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)Design and Implementation of Pressuremeter Test Data Management and Analysis Software Based on Qt and Access DatabaseHUANG DazhongLI PengGAO Jing

摘要针对目前工程勘察中大规模旁压试验数据的计算处理需求，基于Qt和Access数据库，开发旁压试验数据管理和计算分析软件，实现对旁压试验数据的有效管理，三次样条插值自动修正旁压试验数据，计算地质成果指标和试验成果报告文档输出等功能，大幅提升了旁压试验数据处理工作的效率。

关键词旁压试验Qt图形框架Access数据库软件设计地质成果

旁压试验是利用旁压器对试验孔的孔壁施加水平压力，使土体产生径向变形，从而得到压力与变形间的关系。旁压试验可用于原位测定土层水平向初始压力、临塑压力、极限压力，可用于测求土层的旁压模量、抗剪强度指标、地基承载力和水平基床系数等[1-2]。

旁压试验操作简便，成本低廉，试验成果能够较好地反应土体的原位参数，适用于黏性土、粉土、黄土、砂类土、软质岩石及风化岩石等多种地质条件，在工程勘察中应用广泛[3-10]。旁压试验数据需要经过数据校正、图形绘制和特征点选取等一系列复杂的计算处理过程，传统的人工处理方法精度和效率较低，难以满足大规模工程应用需求。

Qt是一个跨平台的C++图形界面应用程序开发框架[11-12]，联合Access数据库可以实现对大规模数据的有效管理和计算处理。针对目前工程勘察中大规模旁压试验数据的计算处理需求，基于Qt和Access数据库，开发了旁压试验数据管理和计算分析软件，该软件能够自动通过三次样条插值修正旁压试验数据，绘制旁压试验曲线，根据规范计算各项地质成果指标并输出试验成果报告文档，大幅提升了旁压试验数据处理工作的效率。

1软件结构设计

旁压试验数据管理和计算分析软件(PTMAS)的模块结构设计如图1所示，主要包括工程项目、旁压试验数据管理、数据计算分析、成果图表输出和帮助。

软件数据库采用了Access数据库，数据库结构设计如图2所示，包括工程项目表、旁压试验孔表、旁压试验点表、旁压试验项目表、旁压标定试验列表和旁压标定试验项目表，通过数据库可以实现对旁压试验数据的有效管理。

2软件功能实现

2.1　旁压试验数据管理

软件界面如图3所示，菜单栏包括工程管理、编辑、成果、接口和帮助。其中工程管理菜单的子菜单包括新建工程、打开工程、工程信息、保存工程、关闭工程、工程数据备份、导入备份数据、打印、退出。

点击相应子菜单后可以弹出相应的对话框，图4所示为新建工程对话框，单击确定后将建立该工程项目的数据管理项目树(如图5所示)，包括旁压仪器标定和旁压试验项目树，其中旁压仪器标定包括弹性膜约束力标定和仪器综合变形标定子项目树。

双击项目树中子项目后，可打开相应的数据表，图6所示为旁压试验孔数据列表。在数据表中可录入相应的旁压试验数据，也可以针对行和单元格进行数据的复制、删除、恢复等编辑操作。

软件实现了多种导入、导出接口，可将项目中的数据备份为access格式的数据库文件或txt文本数据文件，当需要恢复备份数据时可将相应备份文件导入至项目中。

2.2　旁压试验数据计算分析

旁压试验数据录入或导入完成后，可对数据进行计算分析。软件中采用三次样条插值法对旁压试验数据点进行插值，绘制试验曲线，在数据区间[xj，xj+1]内，三次样条插值函数表达式为

式中，Mj、Mj+1为数据点处的二阶导数值，hj=xj+1-xj，j=0，1，…，n-1。

根据曲线特征，假定数据初始点和终点处满足自然边界条件，通过求解联立的方程组可以得出Mj的值，进而得出各数据区间内的三次样条插值函数表达式。图7所示为插值后绘制的弹性膜标定试验曲线。

软件中采用最小二乘法对仪器综合变形标定试验数据点进行线性拟合，计算仪器综合变形修正系数，图8所示为仪器综合变形标定试验数据的拟合结果。

旁压试验数据需要根据标定试验数据进行校正，根据《铁路工程地质原位测试规程》，修正后压力p的计算公式为

p=pm-pi+pw

式中，pm为压力表读数；pi为压力修正值；pw为土的静水压力。

修正后测管水位下降值s的计算公式为

式中，s180为3 min测管水位下降值；η为仪器综合变形修正系数。

对应于s的体积膨胀量V=s×A，其中A为测管内截面积。

根据修正后的旁压试验数据可以绘制旁压试验p-V曲线，并确定试验参数p0、pF、pL、V0、VF、VL。软件中提供了2种参数值确定方法，包括《铁路工程地质原位测试规程》中的直线端点法和《土工试验规程》中的作图法。直线端点法中p-V曲线直线段起点对应压力为p0，作图法中需将直线段延长交于纵坐标轴上一点，过该点做横坐标轴的平行线交于曲线一点，此交点对应的压力值为p0，直线段终点对应临塑压力为pF，极限压力pL为曲线上VL=Vc+2V0对应的压力值。在软件中可根据需要选择计算方法，计算得出参数值p0、pF、pL、V0、VF、VL，如图9所示。

2.3　旁压试验成果计算

根据旁压试验数据计算得出参数值p0、pF、pL、V0、VF、VL后，可进一步计算得出土体的各项物理力学指标成果。

旁压剪切模量

临塑荷载法和极限荷载法计算得出的地基基本承载力分别为

水平基床系数

式中，Vcm=Vc+V0+ΔV/2；Vc为旁压器测量腔固有体积；Δp=pF-p0；ΔV=VF-V0；μ为土体泊松比；σh0为地基土的静止水平总应力；l为旁压器测量段长度。

软件中旁压试验成果计算界面如图10所示，可以根据不同岩土类别的泊松比、静止土压力系数、土层平均重度值，自动计算旁压剪切模量、旁压模量、地基承载力、水平基床系数等地质成果。

3软件工程应用

软件可以将旁压试验数据的计算分析结果输出为word或pdf格式文档。应用本软件对某工程的旁压试验数据进行了计算处理，得出的单个旁压试验综合成果word文档如图11所示，包括旁压试验孔信息、修正后旁压试验数据、旁压曲线及各项地质成果值。

对试验孔内的全部旁压测试数据进行处理分析，计算得出地质成果值后，可利用软件生成旁压试验孔成果柱状图(如图12所示)，可打印输出为pdf格式文档。

4结论

基于Qt和Access数据库，开发了旁压试验数据管理和计算分析软件。利用软件可以有效地管理工程勘察中的大规模旁压试验数据，通过三次样条插值实现了对旁压试验数据的自动修正，能够按各行业规范要求计算分析旁压试验点的各项地质参数，生成旁压试验综合成果图表和试验孔成果柱状图等文档，大幅提升了旁压试验数据处理工作的效率。

参考文献

[1]《工程地质手册》编委会.工程地质手册：第四版[M].北京:中国建筑工业出版社，2007:252-262

[2]中华人民共和国铁道部.TB10018—2003铁路工程地质原位测试规程[S].北京:中国铁道出版社，2003:34-45

[3]王福，高敬，赵艳良，等.旁压试验等体积增加测试方法研究[J].铁道勘察，2011，37(6):53-55

[4]郭建波，刘晓明.预钻式旁压试验在厦门地铁岩土工程勘察中的应用[J].铁道勘察，2014，40(2):54-57

[5]王哲威，付开隆.阿尔及利亚东西高速公路梅拉尔旁压试验应用[J]. 铁道工程学报，2013(1):15-19

[6]任建喜，贺小俪，刘朝科，等.旁压试验在西安地铁岩土工程勘察中的应用研究[J].铁道工程学报，2013(11):98-101

[7]杨超，汪稔，孟庆山.滨海沉积软土中旁压试验成果分析[J].岩土力学，2011，32(S1):275-279

[8]康巨人，刘明辉.旁压试验在强风化花岗岩中的应用[J].工程勘察， 2010(S1):932-937

[9]兰嵩.黄土地基中旁压试验的结果分析及应用研究[D].西安建筑科技大学，2010:17-41

[10]鲁辉，杨红云，张腾.旁压试验在砂卵石地层中的应用及改进[J].河南水利与南水北调，2012(20):72-73

[11]霍亚飞.Qt Creator快速入门[M].北京:北京航天航空大学出版社，2012:331-376