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我国勘察软件的应用
安徽建筑工业学院 XX

【摘要】进入二十一世纪已有十余年，我们欣喜的看到祖国所发生的巨大改变。在不断的发展过程中，社会对于建设的需求愈来愈多，质量愈来愈高。在建设的过程中，相关专业的需求也因此增加。作为工程建设环节的重要部分，工程勘察的重要性不言而喻。由此，勘察这门专业的相关软件也被带动发展，并在具体的工作中得到了广泛的应用。
【关键词】勘察软件

一、关于勘查技术与工程专业的认识
岩土工程勘察是指根据建设工程的要求，查明、分析、评价场地的地质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动。与其他的勘察工作相比，岩土工程勘察具有明确的针对性，即其目的是为了满足工程建设的要求，因此所有的勘查工作都要围绕这一目的展开。岩土工程勘察的内容是要查明、分析、评价场地的地质、环境特征和岩土工程条件。其具体的技术手段有多种，如工程地质测绘和调查、勘探和取样、各种原位测试技术、室内土工试验和岩石试验、检查和现场监测、分析和计算、数据处理等等。但并不是每一项工程建设都要采用上述全部的勘察手段，可根据具体的工程情况合理地选用。岩土工程勘察的对象是建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，具体而言是指场地岩体的岩性或土层性质、空间分布和工程特性，地下水的补给、贮存、排泄特征和水位、水质的变化规律，以及场地及其周围地区存在的不良地质作用和地质灾害情况。岩土工程勘察工作的任务是查明情况，提供各种相关的技术数据，分析和评价场地的岩土工程条件并提出解决岩土工程问题的建议，以保证建设安全、高效进行，促进社会经济的可持续发展。
勘查技术与工程专业是国家重点学科。勘查技术与工程专业培养目标：本专业以工程技术应用能力和素质培养为主线，德、智、体、美等全面和谐发展与健康个性相统一，具有创新意识和创业精神，扎实的勘查技术与岩土工程专业基础和工程实践能力，获得岩土工程师基本素质的应用型高级专门人才。本专业为国家注册岩土工程师职业资格主专业。勘查技术与工程专业主要课程：地质学、地球物理勘探、钻探工艺与设备、基础工程与施工、地球化学勘探、工程地质学等。 　　工程力学地质学基础、工程地质分析原理、工程地质勘察、岩土力学、岩土钻孔工程、岩土工程设计与施工、岩土加固与治理、岩土工程检测技术、岩土工程机械、岩土工程施工项目管理、水文地质学、环境工程地质学等。人才培养方向：（1）培养从事矿产、能源和地下水等资源勘探与开发的高级技术与管理人才；（2）培养能从事岩土工程、地基与基础工程、地质灾害治理等的勘察与施工，并懂设计、检测、监理的高级技术与管理人才。科学技术研究与开发：本系可从事如下科技和工程研究、设计、施工、培训和咨询等方面服务：资源勘探与开发技术、钻进（井）设备及器具、超硬材料与碎岩工具、测试技术与自动化、钻进（井）工艺与工程浆液、水工设施建设、航道治理、桩基工程、地基处理与托换、基坑工程、地质灾害治理、供水与降排水成井、岩土工程勘察、非开挖铺设地下管线、微机软件开发。
二、岩土工程软件综述
岩土工程以工程岩土体作为研究主要对象，是一门理论和实践都很强的综合性的应用技术学科，它包括勘察、设计、施工、检（验）（监） 测和工程管理等全过程。现在计算机分析岩土工程问题的范围和领域很广，包括野外数据采集、土工勘察数据处理、勘察报告编写、土工实验数据处理等。随着计算机技术的发展，计算分析领域还在不断扩大。除应用在本构模型和不同介质间相互作用分析外，还包括各种数值计算方法，土坡稳定分析，极限数值方法和概率数值方法，专家系统、CAD技术和计算机仿真技术在岩土工程中应用，以及岩土工程反演分析等方面。岩土工程计算机数值分析方法除常用的有限元法和有限差分法外，离散单元法（DEM）、拉格朗日元法(FLAC)、不连续变形分析方法(DDA)、流形元法(MEM)和半解析元法(SAEM) 等也在岩土工程分析中得到应用。与此同时，各种岩土工程专业软件也随之开发出来，并得到了广泛的应用。
三、勘察相关软件具体应用实例
（一）AUTOCAD、理正、华宁等软件的具体应用
我国和国外的不少企业生产出各类静探采集仪，它们具有操作方便和体积小等特点，大部分都实现了数据卡自动闪存，在静探结束的同时，静探数据就储存在数据卡上。国内的勘察软件如华岩的岩土工程勘察数据处理系统、理正的工程地质勘察CAD等都提供了与采集仪的数据接口，实现了数据的一次性录入。大部分的土工实验和实验程序在《土工实验规范》、《公路土工实验规程》以及《铁路工程土工实验方法》等规范上都有硬性规定，但是长期以来市场上很少见到此类软件，有的只是单位或个人自我开发的内部软件。如今国内软件公司的土工数据处理系统如HNTGCS、HYST2000以及国外的GDSLAB 和GEOCEL 软件都可以在WINDOWS95/981NT下运行，拥有很好的用户界面，可以很容易的定义和监控实验，并能完成自动分析和处理实验结果。国内的软件系统还可以根据不同的系统采用相应的标准和规范中的计算公式、计算参数报表格式和土样定名。在进行现场数据采集和土工实验以后，就要根据它们的数据进行计算，划分场地类别以及选择合适的设计参数等。有关这一环节的软件开发开始的较早，如HYJS、GHSCAD2.0、GICAD5.0、HNCAD FOR WINDOWS98 等。GICAD工程地质勘察软件可以自动统计综合地质分层参数，提供多种方式的数据转换工具及数据接口；按照指定比例和原始录入参数，自动划分土层，生成钻孔平面图、剖面图和柱状图，包括动探曲线、大比例尺静探曲线、设计标高、基础标高示意等；其中柱状图内容包括岩心采取率、EF4 和剪切波速。现以华宁岩土工程勘察软件包为例。
华宁岩土工程勘察软件包HNCAD从1986年开始研制，1987年开始在工程中大量应用。经过不断完善、扩充，先后推出17个版本。现推出在WINDOWS XP/VISTA平台上HNCAD 17版。其主要功能包括：
岩土试验: 打印土工试验报告表、打印分层土工试验报告表、物理指标计算，物理力学指标分层统计，打印物理力学指标分层统计表、打印物理力学指标及承载力表、进行特殊土工试验分层统计、查表法计算承载力。进行渗透试验分层统计。岩石单轴抗压强度分层统计。软件有南自、KTG及南京土壤仪器厂等土工采集系统接口。
静力触探: 绘制静探柱状图、静探分层统计、计算静探承载力、静探分层统计一览表。软件有各种静探微机接口。

动力触探:绘制动探柱状图、动探分层统计、计算动探承载力。打印N10一览表、打印N63.5一览表。验桩N10、N63.5、N120、标贯动力触探曲线柱状图。
计算软件:打印标贯一览表，打印标贯分层表，饱和砂（粉）土液化判别及液化指数计算，单桩承载力计算，沉降计算程序（矩形基础、桩基础），膨胀土评价（计算膨胀土分级变形量），湿陷性黄土评价（计算黄土自重湿陷量、总湿陷量），边坡稳定性分析，折线滑坡稳定性验算，滑坡推力计算，工程设计参数综合确定一览表，深基坑回弹变形量计算，承载力深宽修正，软弱下卧层验算，场地厚度统计，勘察工作量统计，勘察收费预决算系统，辅助生成勘察报告；上海承载力上海单桩承载力计算，上海天然地基及桩基沉降计算、上海静探判别液化；水利砂土液化，水利土的渗透变形判别；南京承载力特征值计算，南京单桩承载力特征值计算；注水试验计算。高层建筑岩土工程评价。
原位测试:十字板成果图、波速试验成果图、静载试验（天然基础、复合基础、桩基础）、旁压试验、微型贯入仪、螺旋板载荷试验、扁铲侧胀试验
绘图:勘探点平面位置图、工程地质剖面图、综合工程地质柱状图、钻孔柱状图、含土工试验柱状图、含动力触探柱状图、广东柱状图、验桩柱状图、石油柱状图、综合图例、勘探点一览表、绘制综合压缩试验曲线、标贯N-h曲线、二维等值线及三维立体图、公路柱状图、公路剖面图、公路线路断面图、铁路柱状图、铁路剖面图等。
（二）GIS系统在勘察中的应用
计算机的应用决不仅仅是用来解决一个个孤立的勘察项目，而是希望将我们所接触到的大量工程地质信息集中起来，进行有效的管理，最大限度地发挥现有资料的价值，为工程建设提供决策。因此地理信息系统(Ggeographic Information System,简称GIS)应该是岩土工程勘察软件的一个发展方向。地理信息系统(GIS)都是某种目的而建立的。尽管由于数据源、数据类型、输出结果和分析方法不同而取名为区域信息系统、国土信息系统、资源信息系统、城市信息系统等各种各样，但它们都是以处理各种空间和实体和空间关系为主要特征，都可确切称为空间信息系统。随着计算机技术、网络技术、数据库技术及图形处理技术的快速发展，科技人员越来越重视GIS在岩土工程勘察设计中的应用。由于岩土工程勘察谢懦要涉及到大量的勘察数据处理、图件绘制、自动计算及辅助决策等，所以给GIS技术提供了广阔的应用空间。将GIS技术引入岩土勘察设计领域，可以大大提高工作效率，节省人力物力资源，提高勘察设计结果的准确性。 国外将（GIS）应用与岩土工程研究已经做了不少工作。如日本大阪地区历时10年多建立了大阪湾地层数据库信息系统，钻孔数达到了30000 个；日本九州大学正与国内外有关单位合作开发三峡边坡的三维数据库系统。我国的许多单位也开展了这方面的研究和开发工作，如长江水利委员会建立的面向全部工程地质勘察行业的工程地质信息系统；中国科学院岩土力学研究所目前正在开展长江大堤的三维可视化研究工作。
GIS下岩土工程勘察系统的建立分为录人数据、软件运用、二次开发和系统的运行四个阶段。
　　录人数据：录人数据的工作是起点，是在对用户深入调查基础上明确系统的轮廓和目标。找到大量的钻孔信息，当然可以是电子版的，经过修改或者直接输入EXCEL表格，达到最大限度的利于本地质勘察资料的目的.
软件运用：获得本地地图，在地图上进行分析，运用相关的软件软件，例如：MapInfo、MapX、Arcview等相关应用。
二次开发：将选择的软件或者软件中的插件进行二次开发，选择常用的几种命令放^工具栏，最后打包成本地所需要的小程序。34系统的运行：系统交付使用，当地就可以开展相关材料的最大化运用。可以使信息充分发挥内在的潜力和价值，输出成果用于辅助重大决策。 GIS专业软件与传统岩土勘察软件相比，在勘察数据的存储管理地图可视化效果及勘察点及建（构）筑物空间分析功能等方面具有显著的优势 因此将GIS应用到岩土勘察查中是非常有效的一种手段，对于提高工作效率及成图效果都有重要的作用。
（三）桩基础设计和边坡稳定分析软件的应用
岩土工程设计包括基础设计、桩基设计、沉降分析、渗流分析等。关于基础设计软件，在我国有基础CAD设计软件以及国外的BERCAP、BCAP等。其中RCAP用来估计浅基础极限承载力，基础形式可以是圆形、矩形等，在基础上可以施加各个方向的力和力矩，并且采用了确定性分析和概率分析两种方法，在概率分析方法中，土体参数可以用概率函数的形式输入。国内的桩基础设计软件有Pile2000等，在国外，对于单桩设计Pile, 使用传统的分析方法，Pile 使用有效应力的方法，而Cemset则使用双曲线函数。对于群桩的分析，DEFPIG将桩数在160根以内视为相同情况，GROUP使用3 维方法分析桥梁基础和其他刚性结构，PC-PGROUP 使用边界元方法解决桩数达到200根的情况。UNIPILE程序可以确定桩的承载力、沉降以及负摩擦力等，分析方法则采用有效应力法和总应力法，适用的桩型有打入桩、钻孔桩、单桩、群桩、矩形桩、方形桩和;截面桩等。并且可以求得桩的承载力、桩身应力分布和桩底阻力。国内和国外都有许多的边坡稳定分析程序， 如KZTeBpo3.1、GBSLOPE、Slipcircle-1 Plus 和 Slope/W等，所有的程序都通过有限条分法采用圆弧分析或非圆弧分析来实现。它们能解决诸如复杂地层分布、地下水作用、荷载分布复杂以及不规则破裂面等问题。进行条分的方法各种程序有所不同，如Bishop法、JanBu法和瑞典条分法等。所有最近有关边坡稳定分析的程序都和AutoCAD有良好的界面，Slope/W还可以在有限元计算应力的基础上SIGMA/W共同确定稳定系数或者与SEEP/W有限元渗透分析程序确定稳定状态或瞬时孔隙水压力条件。SLOPBG和SLOPNC 有确定型分析和概率型分析两种边坡稳定分析模式。
四、结语
我们可以看到，同十多年前的勘察工作相比，由于对于质量和效率的要求的提高，计算机相关的应用也应需求不断的被开发出来。随着信息化、电子化技术在工程建设中的应用越来越多，越来越广泛，不久的将来，会有更多的建筑和勘察软件被开发出来。作为勘察技术与工程专业的一份子，我们也应紧追潮流，不但要熟练掌握这些程序的具体操作和应用步骤，如果有计算机相关知识并对软件开发有一定兴趣的话，也可以尝试开发出更好的软件，以造福勘察及其他工程建筑行业，为祖国建设和专业发展做出更加重要的贡献。这是作为一个勘察人所应作的，也是为了社会和自己的发展应必须做的。相信在学习了这些知识以后，定将能将它们在将来加以应用，以实现自己和社会祖国的抱负。