GIS支持下岩土工程勘察设计一体化

【摘要】本文详细分析了我国岩土工程勘察设计的现状和GIS在岩土工程勘察设计中的应用现状，以及GIS与岩土工程勘察设计的关系，提出了基于GIS的岩土工程勘察设计一体化的设想，讨论了其结构体系和应用前景。

【关键词】GIS技术;岩土工程;勘察设计;一体化技术

1.GIS 技术简介

随着 3G 网络覆盖率的不断提高和移动终端智能化水平的不断提升，定位技术越来越多地应用到了我们的工作和生活中。特別是在物流、户外活动、交通运输等生产经营活动中，由于定位目标是移动的，因此对于移动定位的需求越来越多。GIS（Geographical Information System，地理信息系统）是多种学科交叉的产物，它以地理空间数据为基础，采用地理模型分析方法，可以根据需要对地理信息进行不同形态的展现，对于各类涉及地理信息的决策能够起到很好的辅助作用。它的基础图形数据以瓦片地图的形式存在，通过一定的算法可以将分布于不同路径下的图片数据按规律进行组合以满足用户的不同要求。通过将地理数据信息进行图形化显示，允许用户对展示的图形化结果进行各种需要的在定义以内的操作。

当前 GIS 技术已经在很多行业进行了应用，比如物流跟踪、路线规划、实时定位等。对于移动终端在 EMIS 中的应用，巡视轨迹再现、最优路径决策等都是当前需要解决的问题。因此，将 GIS 技术应用到 EMIS 中对其进行功能拓展能够解决供电段较多的现实需求。若要将 GIS 应用到移动终端，主要有一下几种解决方式。

一是完全自主开发。自主实现 GIS 功能、WebServer，难度较大，且投入产出效益不明显，容易偏离自身业务方向。

二是利用现有的移动 GIS 开发平台软件进行二次开发，比如 SuperMap  iServer  for Android/iOS。由于相关的公司已经做了大量的前期工作，为二次开发提供了相应的功能接口，所以此方法开发工作量比较小，且容易实现较强功能，但此类平台需要支付一定的费用并且需要经过专业的培训，在成本控制上会增加额外开销。

三是基于百度 LBS 中的 Android  地图 SDK 进行开发，开发人员可以直接调用百度LBS 提供的各类接口来实现业务逻辑而不需要考虑 GIS 的功能实现，由于地图数据更新及时，完全不需要考虑 GIS 系统的升级维护，在可以连接互联网的前提下是一种经济有效的解决方案。

2.GIS支持下岩土工程勘察设计一体化

随着降雨诱发的滑坡事故增多、造成的损失增加、在社会中的影响增大，工程勘察设计研究的课题成为业界研究的热点课题之一。目前针对GIS技术下的岩土工程勘察设计工作一般从以下三个方面展开：

2.1 GIS技术与现场试验的一体化

结合GIS技术的现场试验在某些方面有着无可比拟的优越性，由于试验在边坡现场进行，边坡土体处于原始状态，土颗粒尺寸、土体密实程度、边坡角度、天然植被、不同深度土体的渗透性能、土样成分都是试验室试验与数值模拟中无法做到的。试验过程中只需对降雨条件进行控制，测定所需要的观测结果，对结果进行系统的整理分析，就能得到针对该边坡的准确结论。

有研究标明，自然降雨条件下，雨季边坡土体水分动态变化与蒸发和降雨有着密切的关系。边坡土体内水平应力增加，水平应力与竖向应力的比值达到了理论极限状态下的比值。当降雨直至现场原位边坡发生滑动形成泥石流时，对整个过程进行监测分析，得出土体的强度尤其是抗剪强度是土体渗透系数wK、土体饱和度、颗粒级配及土体张力等多个变量的函数。

原位现场试验也有自身的缺点。一方面，原位试验中土体的各项指标都是特定的，而自然中的边坡是多种多样的，所以现场试验所得到的结论有局限性，试验结论的可利用率不高;另一方面，试验中试验周期长，设备复杂，费用高也是制约该方法的一个因素。甚至试验中还有一定的破坏危险性。如1971年日本在 Kawasaki（川崎）的现场勘察中，试验边坡发生快速滑动破坏，并超过事先预估的影响范围，波及在场人员，造成技术人员与摄影记者共 15 人死亡的重大伤亡事故。这次事故也使日本进行现场滑坡试验的研究停滞，直至 1985年，Yagi等人才重启相关研究。

2.2 GIS技术与数值模拟的一体化

与原位试验相比，数值模拟与GIS技术结合后，操作简单、时间短、试验效率高、费用低，大量的数值模拟结果所得结论具有一定的规律性，结论利用率高。此外，计算机技术的不断发展、有限元仿真计算软件的大力开发使数值模拟越来越准确的模拟现场状况，计算结果也越来越合理、准确。有研究在降雨入渗机理的基础上开发了非饱和渗流程序 SUSC，并且运用该程序计算出了降雨渗流条件下边坡土体内的渗流场分布。张艳刚（2005）利用 Flac 软件对某高速公路边坡模拟时发现，边坡的安全系数随黏聚力c和内摩擦角变化，且十分敏感，该一体化技术利用 ABAQUS 实现了对渗流与应力耦合状态下边坡稳定性的计算分析，给出了边坡稳定性随地下水位变化的关系，通过利用修正的 BBM 模型对边坡在降雨条件下的湿陷变形规律进行了研究。

以上研究从不同角度对降雨条件下的滑坡稳定性作出了合理的解释，为之后的研究提供了坚实的依据。但是，数值模型中材料参数的选取一直是数值模拟的最大难点。如何正确模拟实际边坡土体的重度、空隙率、复杂多变的裂隙、渗透性、饱和程度等复杂的参数是将来数值计算软件亟待解决的问题。

2.3 GIS技术与模型试验的一体化

GIS支持下的模型试验一体化技术兼具以上两种试验的优点，模型能够在一定情况下模拟出现场试验中的边坡情况。若控制得当，可以得到与现场试验相近的试验条件。另外，模型可以多次填筑，填筑材料可以采用多种材料混合，模拟多种边坡土体。借助外界工具，可以实现边坡角度，上土覆重，下滑推力等条件变化。模型试验还能直观的反应边坡变化和破坏的过程，对降雨入渗机理、滑坡形成过程的研究有巨大帮助。将边坡模型浸水之后利用离心机为模型施加下滑动力，得到了在粉砂水下边坡的高度对边坡所能保持稳定的极限坡度没有影响。该技术利用离心机模型进行了降雨入渗条件下边坡模型试验，得到了随着边坡土体含水率增加，土体损伤量变大，边坡越容易达到破坏条件，且模型下部的土体对边坡的抗滑起着重要的作用。并且在采用室内模型试验，对土质边坡的失稳过程进行了研究，得到了边坡随降雨破坏的规律。张卢明采用室内模型试验，对地下水位变化条件下边坡滑带土基质吸力特征进行了研究。但模型试验也同时兼具二者的缺点。模型试验对现场各个方面的模拟不能做到彻底，又不能避免试验费用较高，时间较长等缺点。

结  语

岩土工程勘察设计一体化势在必行，基于GIS下的岩土勘察设计一体化，把GIS与岩土工程勘察设计之间，以及各CAD工种之间紧密地联系在一起，形成一体化的生产体系，必将会提高生产效率，产生巨大的经济效益，提高企业的竞争力，推动岩土工程勘察设计现代化。

参考文献：

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