工程地质信息化设计及其在交通工程中的应用研究

杨圣华

摘 要 工程地质信息化设计属于工程地质的应用拓展，在工程设计中能够发挥良好优化作用。本文将主要针对工程地质信息化设计方法进行分析，并且以某高速公路工程举例，对工程地质信息化设计的实际应用深入探讨，验证其优越性。

关键词 工程地质;信息化设计;交通工程;数值模拟

前言

现阶段工程地质学在信息化设计中已形成了丰富理论与方法体系，尤其是随着大量大规模交通工程项目建设增多，工程地质理论也得到全面深化，方法逐步更新，地质勘查、设计、施工等一系列思想完全成型，也进一步推动了工程地质信息化设计的全面发展。在过去的工程地质工作中，其重点在于为工程建设提供详细地质资料，并不会参与到设计中去，也不会对设计进行优化，所以往往在复杂工程地质条件下会出现地质与设计相脱节的情况，造成工程安全事故频出，影响工程质量与成本[1]。而现代工程地质则需要基于设计层面去開展地质工作，无论是前期布置还是资料收集汇总，都需要与设计相融，贯穿于设计各个阶段，结合地质详情反馈去优化工程设计。基于此，本文将主要针对工程地质信息化设计中数值模拟、岩体结构面网络模拟这两项技术进行分析，并结合具体交通工程建设去分析其应用实情。

1 工程地质信息化设计的技术手段

（1）岩体结构面网络模拟技术。该技术手段主要是按照既定测量方法，以Monte-Carlor为基本原理，结合少量的岩体结构面资料便能够推算出岩体空间结构面的分布特点，通过软件算法能够直接绘制出岩体空间的三维结构面网络图[2]。在网络模拟辅助下，岩体的主要类型几何参数能够直接获取，为工程设计带来重要参考。同时，结合网络模拟的岩体结构面线密度分布特征，能够获取到其结构面信息，尤其是能够在施工中不断更新结构面资料，从而实施更新模拟的最终结果，对设计进行修正优化。

（2）数值模拟技术。随着计算机信息技术的高速发展，大量能够直接解决工程地质问题的数值模拟理论与方法得以涌现，该技术方法的成熟度不断更高，也促使越来越多工程地质地位得到妥善解决。数值模拟技术方法的透视在于能够综合考量各种复杂地质条件，能将岩体工程结构视作为整体去进行仿真模拟，再进行“实验”去不断优化设计方案。相较于其他固体力学研究对象而言，岩体有着一定特殊性，其中有限单元法、边界单元法、有限差分法等方法都可以用在对均质岩体问题方面。而数值模拟方法则能够结合方法本身的发展，引入节理单元、强化非线性分析等手段，对不连续界面与多介质的复杂岩体力学行为进行分析。随着科学技术水平的提升，对岩体认识的逐步深化，单单依靠固体力学方法难以满足如今的工程地质要求，再加上工程地质数值模拟问题要比其他工程力学问题复杂更多，所以急需建立更简洁的数值方法。基于此，近年来国际上逐渐出现了节理单元法、块体理论、不连续变形分析法、块体弹簧元法等，在解决工程地质特殊问题方面有着不错效果。

2 工程地质信息化设计在交通工程中的应用

对于工程地质信息化设计在交通工程中的应用，我们以某高速公路工程为例，公路沿线主要发育片岩、片麻岩，断裂高度发育，岩体破碎程度高。

（1）设计思路。为了能够保证设计方案与现实情况相符，将采取勘察与设计相互渗透的思路展开工作，改变过去设计人员完全依靠勘察单位提供的地质数据进行室内设计的做法。具体来讲，在工程地质勘查开展后，需要对边坡岩体的稳定性展开分析，用到Monte-Carlor模拟方法，构建岩体边坡几何模型，开展结构面力学实验、岩体RMR分类与Q分类，获取边坡稳定性计算参数。确定好几何模型与相关物理力学参数之后，采取Sarma法与剩余推力法对所有纵剖面展开稳定性验证，进一步优化设计方案[3]。不难看出，加固设计的基础在于结合实情的稳定性分析，同时加固设计对于边坡开挖手段高度关注，因为开挖与加固本身属于矛盾共同体，开挖不当一定会影响边坡稳定，所以在设计中一定要明确开挖的方法与具体爆破参数。在设计中需要提到信息化施工要求，意味着设计、开挖、加固、信息反馈需要形成整体，实现设计与施工的最优状态。

（2）边坡加固设计。经过对边坡稳定性进行分析，获知该高速公路工程的A段、B段的边坡并不存在整体滑移的可能性，不过因为岩体结构面发育且风化严重，所以局部受损情况一定会有，特别是如果开挖方式不当，不可避免会出现局部失稳的情况，这也是边坡加固设计需要重点关注的地方。该交通工程项目的设计需要遵从如下原则：①结合边坡稳定性计算结果作为设计依据，如果开挖边坡整体稳定，那么只需要处理不稳定的局部边坡;②优选最佳开挖边坡角度，保证无论是开挖还是加固，都能尽量缩减工程量;③设计方案要具有高度可行性，施工要更加简便;④加固与开挖需要充分结合治水工作。按照上述原则最终确定的加固方案为：其一，结合类比法分析，采取分层开挖、光面爆破、锚喷网加固、综合治水的一体化设计与施工方案;其二，结合剩余推力法与Sarma法的计算结果，A段边坡角度为55°，B段边坡角度为60°，绝大部分边坡处在稳定状态，即便不加固其稳定性系统也高于1.25，因此锚喷支护的设计重点要放在由于爆破应力波对边坡表层形成破坏后出现的边坡失稳情况，所以需要应用砂浆短锚杆，通过锚喷网支护去提高稳定系数，提升边坡岩体稳定性。

3 结束语

综上所述，在复杂地质条件下采取工程地质信息化设计是对工程设计进行优化的合理选择，意味着工程地质工作与工程设计全面渗透，按照全盘化工作体制去规划工作流程。其中，数值模拟方法作为信息化设计的关键方式，能够将岩体结构进行整体模拟，经过反分析为工程设计提供需要的应力及计算数据。而岩体结构面网络测量与模拟作为工程地质超前预报与信息化的关键手段，能够为岩体结构面的体征带来图像和数据的表现方式。这两项技术手段在交通工程建设中均能实现良好应用，发挥对交通工程设计优化的作用。

参考文献

[1] 杜晖，郑桂芹.浅析工程地质信息化设计及其在工程中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012（16）：1-5.

[2] 叶志峰.工程地质信息在桥梁设计中的应用分析[J].科技传播， 2012（8）：152，176.

[3] 朱子国.GIS技术在公路工程地质领域的应用[J].建材与装饰， 2018，530（21）：220-221.