楊圣華

摘 要 工程地質(zhì)信息化設(shè)計屬于工程地質(zhì)的應(yīng)用拓展，在工程設(shè)計中能夠發(fā)揮良好優(yōu)化作用。本文將主要針對工程地質(zhì)信息化設(shè)計方法進(jìn)行分析，并且以某高速公路工程舉例，對工程地質(zhì)信息化設(shè)計的實際應(yīng)用深入探討，驗證其優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞 工程地質(zhì);信息化設(shè)計;交通工程;數(shù)值模擬

前言

現(xiàn)階段工程地質(zhì)學(xué)在信息化設(shè)計中已形成了豐富理論與方法體系，尤其是隨著大量大規(guī)模交通工程項目建設(shè)增多，工程地質(zhì)理論也得到全面深化，方法逐步更新，地質(zhì)勘查、設(shè)計、施工等一系列思想完全成型，也進(jìn)一步推動了工程地質(zhì)信息化設(shè)計的全面發(fā)展。在過去的工程地質(zhì)工作中，其重點在于為工程建設(shè)提供詳細(xì)地質(zhì)資料，并不會參與到設(shè)計中去，也不會對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，所以往往在復(fù)雜工程地質(zhì)條件下會出現(xiàn)地質(zhì)與設(shè)計相脫節(jié)的情況，造成工程安全事故頻出，影響工程質(zhì)量與成本[1]。而現(xiàn)代工程地質(zhì)則需要基于設(shè)計層面去開展地質(zhì)工作，無論是前期布置還是資料收集匯總，都需要與設(shè)計相融，貫穿于設(shè)計各個階段，結(jié)合地質(zhì)詳情反饋去優(yōu)化工程設(shè)計?；诖耍疚膶⒅饕槍こ痰刭|(zhì)信息化設(shè)計中數(shù)值模擬、巖體結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬這兩項技術(shù)進(jìn)行分析，并結(jié)合具體交通工程建設(shè)去分析其應(yīng)用實情。

1 工程地質(zhì)信息化設(shè)計的技術(shù)手段

（1）巖體結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)。該技術(shù)手段主要是按照既定測量方法，以Monte-Carlor為基本原理，結(jié)合少量的巖體結(jié)構(gòu)面資料便能夠推算出巖體空間結(jié)構(gòu)面的分布特點，通過軟件算法能夠直接繪制出巖體空間的三維結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)圖[2]。在網(wǎng)絡(luò)模擬輔助下，巖體的主要類型幾何參數(shù)能夠直接獲取，為工程設(shè)計帶來重要參考。同時，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)模擬的巖體結(jié)構(gòu)面線密度分布特征，能夠獲取到其結(jié)構(gòu)面信息，尤其是能夠在施工中不斷更新結(jié)構(gòu)面資料，從而實施更新模擬的最終結(jié)果，對設(shè)計進(jìn)行修正優(yōu)化。

（2）數(shù)值模擬技術(shù)。隨著計算機信息技術(shù)的高速發(fā)展，大量能夠直接解決工程地質(zhì)問題的數(shù)值模擬理論與方法得以涌現(xiàn)，該技術(shù)方法的成熟度不斷更高，也促使越來越多工程地質(zhì)地位得到妥善解決。數(shù)值模擬技術(shù)方法的透視在于能夠綜合考量各種復(fù)雜地質(zhì)條件，能將巖體工程結(jié)構(gòu)視作為整體去進(jìn)行仿真模擬，再進(jìn)行“實驗”去不斷優(yōu)化設(shè)計方案。相較于其他固體力學(xué)研究對象而言，巖體有著一定特殊性，其中有限單元法、邊界單元法、有限差分法等方法都可以用在對均質(zhì)巖體問題方面。而數(shù)值模擬方法則能夠結(jié)合方法本身的發(fā)展，引入節(jié)理單元、強化非線性分析等手段，對不連續(xù)界面與多介質(zhì)的復(fù)雜巖體力學(xué)行為進(jìn)行分析。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，對巖體認(rèn)識的逐步深化，單單依靠固體力學(xué)方法難以滿足如今的工程地質(zhì)要求，再加上工程地質(zhì)數(shù)值模擬問題要比其他工程力學(xué)問題復(fù)雜更多，所以急需建立更簡潔的數(shù)值方法?；诖?，近年來國際上逐漸出現(xiàn)了節(jié)理單元法、塊體理論、不連續(xù)變形分析法、塊體彈簧元法等，在解決工程地質(zhì)特殊問題方面有著不錯效果。

2 工程地質(zhì)信息化設(shè)計在交通工程中的應(yīng)用

對于工程地質(zhì)信息化設(shè)計在交通工程中的應(yīng)用，我們以某高速公路工程為例，公路沿線主要發(fā)育片巖、片麻巖，斷裂高度發(fā)育，巖體破碎程度高。

（1）設(shè)計思路。為了能夠保證設(shè)計方案與現(xiàn)實情況相符，將采取勘察與設(shè)計相互滲透的思路展開工作，改變過去設(shè)計人員完全依靠勘察單位提供的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計的做法。具體來講，在工程地質(zhì)勘查開展后，需要對邊坡巖體的穩(wěn)定性展開分析，用到Monte-Carlor模擬方法，構(gòu)建巖體邊坡幾何模型，開展結(jié)構(gòu)面力學(xué)實驗、巖體RMR分類與Q分類，獲取邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)。確定好幾何模型與相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)之后，采取Sarma法與剩余推力法對所有縱剖面展開穩(wěn)定性驗證，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計方案[3]。不難看出，加固設(shè)計的基礎(chǔ)在于結(jié)合實情的穩(wěn)定性分析，同時加固設(shè)計對于邊坡開挖手段高度關(guān)注，因為開挖與加固本身屬于矛盾共同體，開挖不當(dāng)一定會影響邊坡穩(wěn)定，所以在設(shè)計中一定要明確開挖的方法與具體爆破參數(shù)。在設(shè)計中需要提到信息化施工要求，意味著設(shè)計、開挖、加固、信息反饋需要形成整體，實現(xiàn)設(shè)計與施工的最優(yōu)狀態(tài)。

（2）邊坡加固設(shè)計。經(jīng)過對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，獲知該高速公路工程的A段、B段的邊坡并不存在整體滑移的可能性，不過因為巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育且風(fēng)化嚴(yán)重，所以局部受損情況一定會有，特別是如果開挖方式不當(dāng)，不可避免會出現(xiàn)局部失穩(wěn)的情況，這也是邊坡加固設(shè)計需要重點關(guān)注的地方。該交通工程項目的設(shè)計需要遵從如下原則：①結(jié)合邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果作為設(shè)計依據(jù)，如果開挖邊坡整體穩(wěn)定，那么只需要處理不穩(wěn)定的局部邊坡;②優(yōu)選最佳開挖邊坡角度，保證無論是開挖還是加固，都能盡量縮減工程量;③設(shè)計方案要具有高度可行性，施工要更加簡便;④加固與開挖需要充分結(jié)合治水工作。按照上述原則最終確定的加固方案為：其一，結(jié)合類比法分析，采取分層開挖、光面爆破、錨噴網(wǎng)加固、綜合治水的一體化設(shè)計與施工方案;其二，結(jié)合剩余推力法與Sarma法的計算結(jié)果，A段邊坡角度為55°，B段邊坡角度為60°，絕大部分邊坡處在穩(wěn)定狀態(tài)，即便不加固其穩(wěn)定性系統(tǒng)也高于1.25，因此錨噴支護(hù)的設(shè)計重點要放在由于爆破應(yīng)力波對邊坡表層形成破壞后出現(xiàn)的邊坡失穩(wěn)情況，所以需要應(yīng)用砂漿短錨桿，通過錨噴網(wǎng)支護(hù)去提高穩(wěn)定系數(shù)，提升邊坡巖體穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

綜上所述，在復(fù)雜地質(zhì)條件下采取工程地質(zhì)信息化設(shè)計是對工程設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化的合理選擇，意味著工程地質(zhì)工作與工程設(shè)計全面滲透，按照全盤化工作體制去規(guī)劃工作流程。其中，數(shù)值模擬方法作為信息化設(shè)計的關(guān)鍵方式，能夠?qū)r體結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體模擬，經(jīng)過反分析為工程設(shè)計提供需要的應(yīng)力及計算數(shù)據(jù)。而巖體結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)測量與模擬作為工程地質(zhì)超前預(yù)報與信息化的關(guān)鍵手段，能夠為巖體結(jié)構(gòu)面的體征帶來圖像和數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式。這兩項技術(shù)手段在交通工程建設(shè)中均能實現(xiàn)良好應(yīng)用，發(fā)揮對交通工程設(shè)計優(yōu)化的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜暉，鄭桂芹.淺析工程地質(zhì)信息化設(shè)計及其在工程中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（16）：1-5.

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[3] 朱子國.GIS技術(shù)在公路工程地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].建材與裝飾， 2018，530（21）：220-221.