广东省地质灾害应急抢险技术中心510425
摘要：岩土工程地质勘察是工程设计的先决条件，但传统的岩土工程地质勘察资料一般都局限于二维、静态的表达，这种表达描述场地地质空间构造起伏变化的直观性差，不能充分揭示场地地质空间变化的规律，难以使人们直接、准确、完整的理解和感受场地土的物理力学性质变化情况，也越来越不能满足岩土工程的空间分析要求，因此不能很好的服务于工程设计。如何突破传统岩土工程勘察的技术缺陷，如何利用岩土工程勘察资料来推断场地土的区域分布规律，如何利用岩土工程勘察资料来预测场地土的岩土工程性质，是岩土工程界一个古老而又有新意的问题。本文在分析、总结前人理论的基础上，提出并建立了岩土工程地质勘察数字化的体系和具体的实现方法。
关键词：岩土工程地质勘察；数字化；GIS；工程地质建模；数据库；模糊
1工程概况及综合勘察的目的
1.1工程概况
岩土工程勘察是工程设计的先决条件。一般岩土工程信息，包括地形地貌、地层界面、断层、地下水位、风化层厚度以及各种物探、化探资料，这些资料是直接从野外测量获得而用于某一工程设计的。虽然在工程设计中他们扮演着不可缺失的角色，但在工程完成以后他们一般就被“束之高阁”，很少再被使用。就算“有朝一日”再被利用，这些信息也只是一些离散的数据，岩土工程技术人员较难直接利用它们再去分析场地中工程地质参数的分布规律。更何况传统的岩土工程资料分析和解释一般都局限于二维、静态的表达，这种表达描述空间构造起伏变化的直观性差，往往不能充分揭示它们空间变化的规律，难以使人们直接、完整、准确地理解和感受场地土的物理力学性质变化情况，也就越来越不能满足工程的空间分析要求。
1.2综合勘察目的
常规钻探点的间距采用20～30m，钻探孔揭示的地质情况主要反映勘探点处的地层结构，勘探点间的地质变化仅能进行人为推断，无法获得较准确的变化情况。为了分析碎卵石层性质异常变化的情况，尤其是层面高低起伏变化情况，专项工作组采用综合物探技术和钻探相结合的手段进行进一步的解析。本次应用的综合物探手段有横波反射法、高密度电阻率法以及瞬态面波法3种。通过3种物探方法采集碎卵石及有关地层的相关信息，判别精度可达2～3m，再结合钻探“精准点”对采取的地质信息进行校核，从而达到“点”、“线”、“面”结合立体效果。
2综合物探
根据地质资料，拟建场地揭露的岩土层介质从上往下依次有：杂填土、淤泥、细中砂、淤泥（质土）夹砂、粉质粘土、（含砾）细中砂、淤泥质土互层、碎卵石、强风化岩、中等风化岩等。细中砂与淤泥（质土）夹砂、淤泥（质土）夹砂与（含砾）细中砂（或粉质粘土）、（含砾）细中砂砾岩与碎卵石、碎卵石与其下伏风化岩等之间均存在较大的波阻抗差异（密度和速度差异）及电阻率差异。在这些分界面将产生地震波的反射和折射，为浅层地震反射波法与瞬态面波法提供了地震地质分析的条件；而地层电阻率的差异为高密度电阻率法提供地质物理条件。
2.1工作原理
浅层地震横波反射的工作原理是利用地下介质的波阻抗差异来解决地质问题。其基本原理是：地震波在地下介质传播过程中，遇到介质存在波阻抗明显差异的界面时会发生反射，反射波信号通过安置在地表的检波器接收并记录到地震仪，通过分析计算反射波振幅及相位的时空特性来推断地下地层构造。与纵波反射相比，横波反射受转换波的干扰较小，且横波速度相对低，所以垂向分辨率较高。
2.2资料推断解释
本次浅层地震横波反射法采用多次CDP覆盖技术，接收道数12道，道距2m，炮间距2m，偏移距4m，覆盖次数6次。图2为E线偏移距2m的展开排列实测地震记录（24道），从图中可以看出，横波在淤泥（质土）夹砂、（含砾）细中砂、碎卵石及风化岩层面上均反发生反射，除风化岩外其它界面反射波能量较强，反射同相轴明显。图3为E线反射数据经过处理后的反射时间剖面图，从图上可看出，同相轴T1、T2、T3及T4分别反映淤泥质土夹砂、（含砾）细中砂、碎卵石及风化岩层面。
3地理信息系统的功能与应用
3.1地理信息系统的功能
作为地理信息自动处理和分析系统，地理信息系统的功能贯穿数据采集、分析、决策应用的全部过程，可概括为以下几个方面：
①数据采集与编辑。即在数据处理系统中将系统外部原始数据传输给系统内部，主要用于获取数据，保证系统数据库中的数据在内容上与空间上的完整性、数据值逻辑一致、无错等。目前可用于地理信息系统数据采集的方法和技术很多，如跟踪数字化、扫描数字化、遥感等。
②数据操作，包括数据的格式化、转换、概化。数据的格式化是指不同数据结构的数据间变换；数据转换包括格式转换（如矢、栅格式的转换）、数据比例尺的变换、投影变换等；数据概化包括数据平滑、特征集结等。
③数据的存储与组织。这是一个数据继承的过程，也是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织，其关键是如何将二者融合为一体。
（2）地理信息系统的应用
GIS针对特定的应用任务如岩土工程，存储岩土工程的空间数据和属性数据，根据事物的地理坐标对其进行管理、检索、评价、分析、结果输出等处理。提供决策支持、动态模拟、统计分析、预测预报等服务。随着地理信息技术的发展，它的应用领域己从早期用于自动制图（AM）、设施管理（（FM）和土地信息系统（LIS）.逐步扩展到地质、地理、测绘、资源、土地、市政、旅游、交通、水利、农林、环保、教育、文化、国防、公安等领域，其应用水平也己从简单的机助制图、提供简单的数据检索和查询，发展到分析和解决问题‘14102.1.3地理信息系统的发展趋势
3.2GIS与RS，GPS的结合
全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RSX简称“3S"）是目前对地观测系统中空间信息获取、存贮、管理、更新、分析和应用的三大支撑技术，它们有着各自独立、平行的发展和成就。随着3S技术研究和应用的不断深入，人们逐渐认识到单独地应用之中的某一项技术往往不能满足综合性工作的需要，不能提供所需的对地观测、信息处理、分析模拟的综合能力。因此，将三者无缝或者在线地连接、实时地处理、有机地结合成一个整体的系统，即3S的技术集成（Integration）就成为3S研究和应用发展的方向。
在3S集成岩土工程系统中，GPS主要用于实时、快速提供场地目标、各类传感器测试、试验、施工场地和运载平台的空间位置；RS用于实时或准时地提供场地目标及其环境的语义或非语义信息，发现场地信息的各种变化，及时地对GIS的空间数据进行更新；GIS则是对多种来源的时空数据综合处理、动态存贮、集成管理、分析加工，作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供相关知识。使许多岩土工程现场工作分析与预测在计算机系统的虚拟世界中实现
总结：从上述可以看出，目前岩土工程中最主要问题是勘察与设计分离、设计软件功能不够完善。要解决目前存在的问题，迫切需要建立一体化的体系。一体化作业的主要特点是勘察、设计各环节使用计算机作业。勘察阶段为设计阶段，上道工序为下道工序以及各专业工种间提供接口数据文件以使数据传递流畅，达到数据共享。这样，作业速度快，缩短了勘察设计周期，文件资料一致、整洁、质量高，从而提高岩土工程勘察设计的效率，节省人力，提升经济效益。
要实现岩土工程勘察设计的二体化，应该实现岩土工程勘察设计流程的数字化。掌握先进的地理信息系统技术（GIS）、空间数据管理技术、岩土工程建模技术、计算机图形学技术、地质统计技术和随机场理论，这一些技术与理论应该是实现岩土工程勘察设计数字化的基础。
岩土工程勘察设计一体化系统是一个多专业多学科的系统工程，是学科计算机技术的集成。集成即是创新，因此岩土工程勘察设计一体化建设是一项长期的而艰巨的任务。要解决目前存在的问题，一方面需要建立一个统一的框架结构和协同工作环境，进行系统的总体设计和制定切合实际的实施方案，另一方面要充分利用大量的己经成熟的技术并寻求新的或有待开发的先进技术的支持，如虚拟现实技术、专家系统、数据挖掘和知识发现技术等等，虽然这些技术的出现只不过是几十年，甚至是十几年、几年的事情，但它们在岩土工程勘察的应用中已取得了许多长足的进展。
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