岩土勘察中地理信息3D 模拟系统的应用

高明

（中国市政工程东北设计研究总院有限公司，长春130021）

1 引言

岩土勘察是指运用测试的方法对建筑场地进行调查与判断，研究修建各种工程建筑物的地质条件和建设对自然地质环境的影响。在岩土勘察中更是融入了地理信息系统等计算机技术来辅助工作，但仍存在不足之处，此次针对传统岩土勘察中存在的不足，优化设计岩土勘察方法。为提高岩土勘察中的信息获取量，本文将地理信息3D 模拟系统应用在岩土勘察中，进而提高岩土勘察信息获取量。

2 在岩土工程勘察中应用的必要

随着国民经济的高速发展，城乡建设与工程建设的步伐和规模都以前所未有的速度展开，大量的建设项目使工程勘察活动在深度和广度上都达到了相当的规模，这些成果资料是非常宝贵的信息资源，不仅对过去的工程建设起到过重要作用，而且还有很高的重复利用价值。勘察分为初勘和详勘等阶段，初勘阶段如有勘察区域的地质工程资料，可省去很多时间和工作，也有利于详勘方案的制订和实施，可提高勘察水平。因此，已有的勘察资料对勘察工作非常有利用价值。

3 地理信息3D 模拟系统概述

本文研究的系统在实际应用中对空间数据有较强的基础表现能力，主要是由于岩土勘察的过程受到计算机等运行环境的支持，采集的岩土勘察数据具有时效性。地理信息3D 模拟系统的应用需要遵循3 个原则：（1）一致性原则，是指系统作为地理信息展示的整体，在全程变量设置等方面需统筹全局，统一安排；（2）实用性原则，系统应以现实为基础，确保提供信息具有实用性；（3）先进性原则，充分融合各种先进技术，实现资源共享，提高系统的可用性。其综合数据的表述特征，可实现对数据的正确运算、精准分类、定向存储[1]。因此，应积极将地理信息3D 模拟系统应用在岩土勘察中，基于此，本文设计一种新型基于地理信息3D 模拟系统的岩土勘察方法。

4 基于地理信息3D 模拟系统的岩土勘察方法

将地理信息3D 模拟系统应用于岩土勘察，在明确岩土工程勘察空间信息属性的基础上，可通过迭代分析岩土勘察数据，完成勘察数据的预处理，并通过系统对岩土勘察信息进行有效调用，提高信息的利用率。在基于地理信息3D 模拟系统的岩土勘察中，需要充分分析岩土勘察底层承载力，明确地质层的荷载情况，判断岩土的物理学特征，以确保勘察结果在应用中的安全性。

4.1 迭代分析岩土勘察数据

在岩土勘察中，使用提出的3D 模拟系统进行岩土勘察过程中的地质划分时，应基于矢量层面对数据进行更新，综合岩层与地质周边信息，对地质勘察区名、地质勘察编号、地质勘察覆盖面积、核心勘察区等数据进行获取并分析。在此基础上转换数据格式，将地理信息数据转换成可支持岩土勘察格式数据。在完成数据的转换后，将系统作为岩土勘察的工具，进行地质相关数据的获取。岩土工程勘察空间信息属性如表1 所示。

表1 岩土工程勘察空间信息属性

结合表1 所示，基于地理信息3D 模拟系统迭代分析岩土勘察空间信息。通过迭代分析岩土勘察空间矢量数据的表达式，实现基于地理信息3D 模拟系统对岩土勘察数据的预处理。

4.2 基于地理信息3D 模拟系统相互调用岩土勘察数据

在基于地理信息3D 模拟系统迭代分析岩土勘察数据的基础上，在岩土勘察工作中，将属性作为参照数据，通过调用数据实现对岩土地质的勘察。在此基础上，运用3D 系统对地质信息进行成像，直观检索岩土信息，并使用系统提供的专家处理技术，以此实现对地质信息的交互与有效调用。因此，地理信息3D 模拟系统能够实现对岩土勘察信息的相互调用，以此提高岩土勘察中的信息利用率。

4.3 分析岩土勘察底层承载力

通过基于地理信息3D 模拟系统相互调用岩土勘察数据，分析岩土勘察底层承载力。岩土所承受荷载不同，地基岩土的变形情况也不同，地基承载力与受土质以及土层顺序等因素的影响，且与岩土底层形状、地下水位等因素相关。岩土底层承载力计算公式为：

式中，ρ 为承载力；a 为常数，取值0.25；γ 为岩土天然容重；h为极限深度；b 为常数；c 为黏聚力。

4.4 判断岩土的物理学特征

运用地理信息3D 模拟系统可以判断岩土的物理学特征，考虑岩土的三维空间有限性，计算底层岩土承载力。首先需要进行多点勘测，不仅要勘测表层岩土，还需要勘测工程深度范围内容的各岩土层，包括土层的含水率、天然密度、孔隙比等；然后对所有钻孔编号，将钻孔编号、坐标位置、孔深、孔口高程等信息录入模拟系统，对采集各岩土层的信息进行3D 模拟，并判断岩土物理学特征，对后续研究具有重要意义。

5 实例分析

上述分析从理论上说明了地理信息3D 模拟系统在岩土勘察中应用的有效性，为验证该方法的实际应用价值，进行实例分析，并将本文方法与传统方法相对比进行验证。

5.1 实验准备

构建实例分析，测试设计岩土勘察方法在实际应用中的可行性。以某工程地质勘察工作为例，项目总面积约500 000m2，地上建筑以厂房为主，总荷载约为50kN/m2，在勘察作业前，需要对该区域内0～8m 范围内原始土层做换土处理，在勘测区域布设320 个钻孔，控制孔168 个，钻孔深度在15～30m 不等，选用TOPCON-3010 型全站仪进行定位，确保定位误差＜0.1m，测试岩土的承载力。

限定的岩土勘察范围为10～50km2，以每5km2为一个范围节点，划分岩土勘察范围。在此基础上，整理实验环境信息，构建实验环境设备基本参数表，其中，实验环境设备基本参数信息，如表2 所示。

表2 实验环境设备基本参数表

实验步骤为：（1）迭代分析岩土勘察数据，获取项目基础信息数据，并转换数据格式；（2）调用岩土勘察数据，运用系统的专家处理技术，实现数据可视化；（3）计算岩土勘察底层承载力；（4）判断岩土物理特征。在此步骤中，将所有钻孔编号，并在系统中录入所有项目基本信息及计算所得的底层承载力，由系统自动生成岩土3D 模拟图，得出岩土物理特征。

使用本文基于地理信息3D 模拟系统设计方法，可以有效获取圈定区域的岩土勘察信息，通过OPERTYLE 软件获取信息数据数量，设为实验组。再使用传统方法，有效获取圈定区域的岩土勘察信息，同样使用OPERTYLE 软件统计获取信息数据数量，设为对照组。由此可见，在本次实例分析中设置的对比指标为岩土勘察信息获取量，岩土勘察信息获取量越高证明该岩土勘察方法的信息获取能力更强。

5.2 实验结果分析与结论

利用地理信息3D 模拟系统，经过上述步骤生成如图2 所示的模拟图。

图2 3D 模拟图

并经分析可知，新黄土层呈现黄褐色，土质较为均匀，孔隙为针状，含有微量的钙、铁元素，略湿；古土层呈现黄褐色，孔隙为针状，团粒结构含有钙质条纹；老黄土层颜色几孔隙情况与新黄土层一致，但含有少量钙质结合；粉质黏土层呈现灰黄色，土质均匀，含有大量钙质几铁锰结核，其他物理学特征如表3 所示。

表3 岩土物理学特征

随着勘查范围的不断增大，岩土工程勘察信息获取量也必然随之增加，但实验组的岩土工程勘察信息获取量一直高于对照组。由此可见，本文基于地理信息3D 模拟系统设计方法可识别的岩土勘察信息更为全面，可实现对岩土勘察信息的良好统计，并且该方法且具有现实推广意义。

6 结语

通过岩土勘察中地理信息3D 模拟系统的应用研究，能够解决传统岩土勘察中存在的问题。说明地理信息3D 模拟系统能够指导岩土勘察方法优化，进而通过实例分析体现出应用价值所在。在后期的发展中，应加大地理信息3D 模拟系统在岩土勘察中的应用力度。截至目前，国内外针对基于地理信息3D 模拟系统的岩土勘察方法研究仍存在一些问题，在日后的研究中还需要进一步对岩土勘察方法的优化设计提出深入研究，为提高岩土勘察方法的综合性能提供参考。希望通过本文的研究，能够为岩土勘察的发展起到积极的促进作用。