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关键词：地下工程；工程地质问题；预防
城市地下工程具有现场环境条件复杂、施工难度大、技术要求高、工期长、对环境影响控制要求高等特点，是一项相当复杂的高风险性系统工程。但是，地下工程建设一般都在市区内，在其施工过程中常常会引起周围地层的位移、变形、沉降与塌陷等环境地质效应，对周围地面建筑物及基础、地下早期人防和其他构筑物、公共地下管线和各种地下设施以及城市道路的路基、路面等都可能构成不同程度的危害，已经出现并且孕育诸多工程地质问题。
1地下工程开挖引起的工程地质问题
1.1地面沉降
1.1.1地层初始应力状态的改变引起的地表沉降：地下工程开挖是在存在初始应力场的地层中进行的，开挖引起地层初始应力状态的改变，即二次应力场，它是由地层初始应力场与开挖引起的附加应力场的叠加应力场，对应二次应力场开挖的位移场仅是由开挖引起的附加应力场。地表沉降的主要机理是由开挖面的应力释放，附加应力等引起地层的弹塑性变形。引起初始地应力状态改变的主要原因有：
（1）地下工程开挖引起的附加应力；
（2）地下工程施工对地层的扰动和地层损；
（3）地下水渗流引起的地下水位的变化。
1.1.2土体的固结沉降：地下工程施工引起的地表沉降与时间有关。土体内部含水渗出，体积逐渐减少，这一现象成为土的“固结”。随着土体的固结，土体的压缩变形和强度逐渐增长。因此，土的固结所产生的沉降是城市地下工程施工中最值得注意的问题之一。根据地下工程施工的特点总结固结沉降的主要原因有：
（1）地下水位下降引起的固结沉降；
（2）土体空隙水压力变化，引起土体的固结沉降；
（3）土体扰动后，重新固结后产生沉降；
（4）土体的次固结和流变。
1.2洞室围岩失稳
地下开挖后，洞壁围岩由于失去了原有的岩体的支持而向洞内产生松胀变形，如果变形超过了围岩所能承受的能力，围岩就会被破坏。围岩的变形破坏程度常取决于围岩的应力状态、岩体结构和洞室的断面形状等。洞室开挖使地下原来的应力状态被破坏，围岩应力重分布，产生变形位移。
均质岩土体中应力未达到或未超过其强度以前，在开挖过程中的变形，以弹性变形为主，变形速度快，变量小，瞬时完成，一般不易察觉；当应力达到或超过岩土体强度时，塑性变形十分明显，发生压碎、拉裂或剪破。当岩体强度主要由结构面控制时，与上述情况基本一样，但当结构面组合构成围岩不稳定条件时，岩体除了弹性变形外，塑性变形也比较明显，它表现为围岩分离体（岩块）的相互错动，围岩松动时围岩稳定性降低，为进一步松动创造了条件。
1.3斜坡破坏
斜坡破坏主要发生在山区城市，除直接经济损失外，还可能造成人员伤亡，其原因主要是:由于自然地质作用和工程地质作用引发的，而工程地质作用造成的斜坡破坏较自然地质作用频率大。当然决非任何斜坡破坏都能称为地质灾害，但斜坡破坏确属重大的地质灾害类型之一。
斜坡破坏主要形式为滑坡，其影响因素主要有岩性、构造、地形、地震、降雨及人类活动等。其中，许多山体滑坡现象是由地下工程活动引发的，即主要是由于地下工程的开挖或采掘影响到了上部的山体，使岩体开裂，地面倾斜，并在一定条件的配合下，导致山体失稳形成滑坡。在隧道建设中，滑坡现象主要发生在浅埋、偏压及进出口等地段，其危害常常比较严重。为评价斜坡岩土的稳定性，预防斜坡破坏导致的地质灾害，认识引起斜坡破坏的内在原因与外部条件，掌握其运动发展规律显得非常重要，尤其是当前在城市这个人类经济活动的密集区，斜坡破坏造成的经济损失和人员伤亡都是巨大的，都是由于工程活动不合理造成的。
1.4地下水污染
在城市环境地质中地下水的不良作用主要表现为地下水的侵蚀。地下水的不良作用和地下水污染主要由人为引起。随着经济持续稳定发展，人类活动加剧，对地下水的污染越来越严重，主要表现为：多数城市垃圾随意堆放；工业废水和废液不经处理或初步处理后任意排放。首先污染地表水，经地表水补给地下水或渗入地下水，再污染地下水，使地下水具有侵蚀性，对城市的建筑物基础及地下工程不断侵蚀破坏。
2防治措施
2.1开展详尽的工程地质勘察
工程地质勘察资料是地下工程施工的重要依据，通过详细的工程地质勘察，为设计施工提供需要的参数和指标，确定合理的开挖方案、开挖步骤，如果地下工程建设所涉及勘察资料不详细、不准确，势必给支护工程带来事故隐患。
2.2做好开挖方案的优化选择
地下工程的开挖方法很多，以基坑工程为例，有分层全开挖、中心岛式开挖等等。开挖顺序不同，引起的位移不同，中心岛法的开挖顺序就比从一个方向按顺序向另一个方向的开挖方法，对基底隆起和桩后地面沉降有一定程度地减少。因此，基坑开挖时应做好开挖方案的优化选择。
2.3实行科学的降水设计
水是影响基坑工程稳定的重要因素之一，从实际统计资料来看，约有70%的基坑事故与地下水有关，因此，地下工程建设中应特别注意地下水的影响。地下工程建设绝大多数都需要进行人工降低地下水。要降低地下水位，就要合理地选择降水方法，在此基础上进行人工降水的方案设计，以及进行降水方案的水位预测，通过预测进行降水方案的优化，从而达到最佳的降水方案。
2.4做好现场监测，开展信息化施工技术
地下工程是土体与围护结构体相互共同作用的一个动态变化的复杂系统，仅依靠理论分析和经验估计是难以把握在复杂的开挖和降雨等条件下支护结构与土体的变形破坏，也难以完成可靠而经济的开挖设计。通过施工时对整个工程进行系统的监测，可以了解变化的态势，利用监测信息的反馈分析，就能较好地预测系统的变化趋势。当出现险情预兆时，可做出预警，及时采取措施，保证施工和环境的安全；当安全储备过大时，可及时修改设计，削减围护措施。
2.5积极采用新技术、新方法
1．1放炮影响范围根据开发方案，采场每次布置3排钻孔，每排10个孔，排距4．6m，孔距5．6m，共布置30个孔，每孔深16．5m，超深1．5m，以确保爆破后台阶高度达15m。
1．2采矿可能引发的地质灾害影响范围矿山开采过程中采用自上而下台阶式分层开采，高度为15m；开采时工作台阶切向坡和反向坡最终开采的边坡角不大于55°。由此可确定采矿可能引发的地质灾害影响范围为矿区开采最终边界外延15m。综上所述：矿山开采影响范围为露天采场外延215m。
2地质灾害危险性预测根据开发技术方案，矿山开采后四周将形成5段高度为110m的边坡，边坡编号分别为AB、BC、CD、DE、EF，边坡位置详见福禄镇周家槽周家槽水泥用石灰岩矿山矿区范围及开采平面图
3水文地质预测矿区范围内开采三叠系下统嘉陵江组三段（T1j3）石灰岩矿层，开采标高均高于当侵蚀基准面；开采范围内无河流、水库等地表水体；地下水与地表水没有必然的水力联系。矿山开采对岩溶裂隙水的补给条件破坏小，矿山开采后不会对含水层结构破坏，不会造成地下水水位下降、疏干等。对矿山地质环境影响程度较轻。
4地形地貌预测按照开发利用方案，矿山开采后将形成高度0～105m的边坡，矿山采矿活动对地形地貌景观影响严重。
5土地资源影响预测璧山县福禄镇周家槽水泥用石灰岩矿不单独设置料场及废渣场，在矿区东侧采区50m外设置破碎站及运输道路，占用耕地资源4．41ha；工业广场修建占用耕地资源1．59ha；矿区为露天采场，占用耕地资源43ha；石灰岩矿山开采共占用耕地49ha。因此，璧山县福禄镇周家槽水泥用石灰岩矿开采后对土地资源影响严重。
6建（构）筑物影响预测矿山为露天开采，将会对矿区范围内的所有建（构）筑物全部破坏。根据计算的爆破地震波安全距离为158．45m，计算的爆破产生飞石最远飞散距离为200m；对矿区周边200m范围内的建（构）筑物造成较严重破坏。因此，璧山县福禄镇周家槽水泥用石灰岩矿开采后对建（构）筑物影响严重。
二、矿山地质环境防治
针对矿山开采影响范围及采后地质环境因素的影响预测结果，将矿山地质环境保护与治理恢复划分为重点区、次重点区、一般区，设计以下防治工程：1）矿山开采时应及时清除边坡上的掉块，特别是在BC边坡东段边坡可能会发生局部掉块。2）对矿山采坑四周形成的边坡采用生物工程护坡；对采坑坑底进行绿化或土地复垦。3）对矿区道路、破碎站和工业广场区域进行环境恢复。4）修建截排水工程。
1边坡防治工程
1．1边坡放坡根据开发方案矿山开采的最终边坡角为55°，自上而下台阶式分层开采，采高15m，台阶宽度约10．5m；AB边坡长约600m，高2～50m；BC边坡长约440m，高50～106m；CD边坡长约360m，高40～96m3；DE边坡长约526m，高17～42m3；EF边坡长约210m，高2～17m；放坡处理各段边坡。
1．2清理危石及时清理采场边坡上的危石，避免发生危石滚落伤人事故。按照“边采边治”的原则，对各边坡上的危石清理完成后，才能进行下一台阶的开采。
1．3截水沟矿区位于沥鼻峡背斜轴部，地形呈浑圆状的小型独立山包，自然排水条件良好，汇水面积小，在矿区DE、EF边坡顶部修建截水沟长约300m，以防治地表水进入矿区。在其余每个台阶坡面每隔50m，高差10～20m，设置横向和竖向的截排水沟，将边坡顶部的地表水汇入采坑内的排水沟，避免对坡面草籽植物造成冲刷，竖向的排水沟按急流槽设计。迎坡面沟壁需设置泄水孔。
2水文防治工程矿山开采后的采场地面标高高于当地侵蚀基准面，对地下水的影响小。对矿山地质环境影响程度较轻。故本次不对其进行处理。但未解决矿山生产、生活用水，需在工业广场内修建一个蓄水池。蓄水池尺寸为15m×15m×2m，墙体宽度为0．3m，预计砌筑工程量约为36m3。生产废水主要为清洗矿车及挖掘机所排除的污水，设计每个污水处理池采用尺寸为2．5m×2．5m×1．6m，容积10m3污水处理池3个，墙体宽度为0．3m。预计开挖工程量30m3；砌筑工程量约为14．4m3，污水经生化处理后由砼管排放。露天采石场的作业点应实行湿式作业和喷雾洒水，对采场及装载点设2台洒水器进行了洒水降尘，防止粉尘飞扬。
三、地形地貌景观防治工程矿山环境恢复治理设计方案图。
1露天采场采坑地貌景观恢复根据划定矿界和开发方案，露天开采结束后采坑的平面面积为302013m2，矿山开采前矿区土地主要为耕地，以种植果树为主；矿山开采难以恢复原来的地面植物，故矿山环境恢复治理主要以绿化为主。可采取治理方案如下：（1）回填土壤，平均厚度不得小于0．8m，预计回填方量为241610m3；（2）平整场地，场地平整应采坑中间高，四周低，便于地表水排入排水沟中；（3）植树，行距×株距为5m×5m，预计12080株，建议种植樟树或果树等经济类树木（4）排水，沿采坑边坡坡脚围绕采坑修建截排水沟，保证采坑内地表水排泄通畅，将矿区的地表水有序的排放到矿区东侧地形较低地段，用以灌溉耕地。排水沟采用梯形断面，底宽400mm，顶宽700mm，高800mm，壁厚300mm，预计长度约2350m。排水沟每隔10～15m设置一道伸缩缝，用沥青麻丝进行有效止水。
2采坑边坡地貌景观恢复采坑边坡采用坡面绿化＋截排水的矿山环境恢复设计方案。对于采坑边坡主要采取分阶放坡＋绿化处理。每级边坡分阶高度取15m，每阶平台宽度取10．5m，种植蔓藤类植物绿化坡面，在坡顶设置截排水沟。台阶边缘修砌墙体，墙体嵌入基岩0．1m，墙体截面0．3m×0．5m（宽×高）。墙背回填0．3m厚的土壤，蔓藤种植行距×株距为5m×3m。截排水工程在边坡防治工程中实施。
3矿区公路及破碎站矿区公路两侧及破碎站区域的空地进行植树绿化，预计植树60株。待矿山闭坑后，建筑垃圾清除干净，将表层1．0m范围土地掘松，种植樟树等经济类树木。矿区公路和破碎站的平面面积约为4410m2，可采用挖掘机松土，植树绿化，行距×株距为5m×5m，预计176株。
4土地资源的采后处理矿区主要的土地资源占用和破坏为矿区范围内的采场、矿区东侧的破碎站及工业广场，矿山闭坑后，采场及破碎站将对其进行地貌景观恢复，工业广场建（构）筑物提供给当地使用，不进行处理。
5地表建（构）筑物的处理矿山为露天开采，将会对矿区范围内的所有建（构）筑物全部破坏，对矿区周边200m范围内的建（构）筑物造成较严重破坏。为保护村民的人身财产安全，对在影响范围内的村民实施搬迁。
四、结论
1）分析了矿山地质条件，认为矿山开发技术条件的级别为中等；
二、工程地质勘测中水文地质问题及其危害性
1．上文对水文勘测重要性进行了分析，通过这些分析能够更加透彻的了解到水文勘测对于岩土工程整体结构以及稳定性的影响，进行工程地质勘测的时候，正确对待水文地质勘测，全面分析存在于水文地质中的问题，针对这些问题，积极进行勘测，具体分析如下:1．1关于取土样做腐蚀性分析的问题在实际勘测中，一般都是取的水样，取土样做腐蚀性测试的较少，土试样的腐蚀性测试是将土试样放在纯净水中制备浸出液，对浸出液测定的结果作为土的腐蚀性。地下水的腐蚀性一般高于土的腐蚀性，因为地下水位以下的土长期浸在地下水中，显然地下水的腐蚀性高于土的腐蚀性，因此只要测定水的腐蚀性就可以了。1．2地下水的腐蚀问题地下水有很多种类型，其水位变化也非常大，同时季节不同，降水量不同，都会对地下水水位造成影响。与地表水一样，地下水也具有很大的腐蚀作用，其主要的原因就是因为内其中的矿物成分比较多，这个时候，一旦收到污染，其矿物质成份还会继续增加，所以说在进行岩土工程勘测的时候，工作人员必须要对地下水的腐蚀性进行严密的勘测。通过对其中矿物质成份的测量和分析，来确定其腐蚀性的高低，在地下水中的某一种化学成分含量超过一定标准时，其还会对建筑材料产生一定的腐蚀。2．岩土工程整体稳定性和可靠性与地下水的活动变化有着密切联系，地下水位不同程度的变化，必然会对岩土工程造成危害，为了能够最大限度的降低这些危害，稳定岩土工程结构，全面分析地下水变化引起的岩土工程危害，才能够有针对性的采取治理以及预防措施，下面就对一些常见危害进行分析:2．1水位上升问题引起的岩土工程危害地下水位上升必然会对岩土工程造成一定程度的危害，而导致其水位上升的原因有很多中，例如:总体岩性产状以及含水层结构，水文、气象以及温度等等都会导致地下水位上升，甚至有的时候是几种因素综合作用，从而导致水位上升。另外，还有一些比较特殊的岩土机构强度以及湿度不符合施工要求，并导致其出现粉土以及管涌现象发生，这些都是由于水位上升而引起的岩土工程危害。2．2地下水位下降引起的岩土工程危害无论是地下水位上升，还是下降，对于岩土工程都会造成带来巨大危害，上文对地下水位上升的危害性进行了研究，下面来具体分析地下水位下降的危害，通常来讲地下水位下降的大部分都是由于人为因素导致的，比如:大量抽取地下水、采矿、以及修改水库等等。这些行为会导致地下水位大幅度下降，从而造成地面沉降、塌陷以及开裂等现象。这些都对建筑物的稳定性造成巨大影响，并危及到人们的生命财产安全。2．3地下水频繁升降对岩土工程造成的危害针对地下水位的沉降现象，我国地质勘测技术人员经过多年的研究，已经取得了一些成绩，但是与实际的要求相比，还是远远不够的，由于地下水位的变化会导致膨胀性岩石发生一定程度的膨胀形变，因此，如果这种显现反复出现，必然会使岩土的膨胀收缩幅度更大，最终必然导致地面开裂，引发建筑物结构的破坏，这种破坏在轻型建筑结构中更加明显。另外，地下水的升降变动带，由于地下水的不断侵入，还会带走土层中的铝铁成份，土层失去胶结物，会变得松动、含水空隙变大、其承载力以及强度就会降低，从而对岩土工程基础处理带来巨大阻碍。
三、水文地质勘测的任务
在充分了解地下水变化所带来的危害性后，强化水文勘测力度，做好钻探以及物探工作，是提供准确情况评价与判断结果的前提。1．钻探的任务钻探工作是水文地质勘测中的重要环节，其最主要的任务就是冲击凿碎岩石，工作人员会借助专业的工具和设备进行，钻探的最大优点就是适应性强，能够在多种复杂的环境下进行，并能够深入到岩体内部，勘测结果精确度高。2．物探的任务电法勘测与弹性勘测是目前工程地质勘测中最为常见的两种方法，前者会受到地形条件的影响较大，并且要更具岩石的电学特性为基础，分析岩石缝隙，岩石程度强弱等情况对电法勘测效果的影响，专业的技术人员适用专业的勘测仪器，对目标岩层进行物理参数的测定，从而确定地下深层的地质状况。3．野外测验在水文地质勘测的过程中，还有一种测验方式也十分常见，那就是野外测验。这种勘察方法是能够获取全方位的水文地质资料，为日后的工程设计、测评、施工提供最为科学的参数依据。综上所述，我国的地质勘测工作人员，要不断提高自身的勘测技能，将以上三种勘测方法全面掌握，将水文地质勘察工作作为共组重点，积极进行创新和研究，做到具体问题，具体分析，科学采用检测方法，从而最大限度的提高勘测数据的准确性。
张菊明等对风化带分布、多层地层等地质信息的可视化和断层错断岩层的表达和显示的算法[1,2]进行了较为深入的研究，为工程地质三维可视化软件的开发准备了数学基础，并借助AutoCAD平台实现了复杂三维地质图形的显示。国内的灵图VRMap地理信息系统软件有较强的地形模拟和地表地物的查询功能，但不是真三维的地质建模工具。北京东方泰坦科技有限公司开发TITAN三维建模软件，基于框架建模的思想，利用平行或基本平行的剖面数据，建立起三维空间复杂形状物体的真三维实体模型，但目前只是初步的三维建模与图形处理的引擎，在面向具体专业时，需要添加或扩充专业模块，比如工程地质专业模块等。
纵观国内外几种软件的研究与开发现状，它们为工程地质三维建模与可视化打下了很好的技术基础，提供了很宝贵的开发经验。但是，对于工程地质专业的地质体建模与可视化分析的针对性不强，不能够很好地满足工程地质生产与研究的专业功能需要。因此本文将从分析工程地质的三维建模和可视化的关键技术问题入手，简单描述作者在工程地质三维建模和可视化方面的初步开发研究成果。
2关键技术问题分析2.1离散数据的插值与拟合
工程地质复杂地质体中的各种地质信息，包括地表地形、地下水位、地层界面、断层、节理、风化带分布、侵入体及各种地球物理、地球化学、岩土体的物理力学参数或数据的等值面(线)等，都可以看作是三维空间中的函数，它们的拟合函数要根据实际勘测数据建立，实测数据越丰富，越能够真实描绘出这些信息的空间分布规律。地表地形测量数据、地下水位埋深测量信息等的单值曲面图形生成可归结为双自变量离散数据的插值和拟合，多值曲面如倒转褶皱和空间等值面等，则应采用多参变量插值等其他一些较复杂的方法。空间曲面插值函数有以下构造方法，如与距离成反比的加权方法(Shepard方法)，径向基函数插值法(Multiquadric方法)[3]，平面弹性理论插值法[1,2]等，它们同样适用于单个连续地层界面、地球物理勘探数据、地球化学勘探数据以及岩土体物理力学参数在地质体空间的分布。
2.2三维数据结构
工程地质体一般是不规则形体，在计算机图形学中曲线和曲面总是分别通过很多微小直线段和微小三角面逼近来模拟地层岩性界线和岩层曲面，即岩层界面（和地表曲线、地下水位面等地质层面界线）和岩层曲面都分别是许多微小直线段和微小三角面的集合。地质体三维空间数据结构是工程地质三维建模和可视化的基础，这就要求必须具备有效的分层的三维数据结构，能够确保人机交互和查询的实现。
2.3曲面求交
地质体中存在大量各种层面，当出现地层不整合、断层错断岩层、地层尖灭和地下水出露于河谷地表等情形时，就自然会遇到曲面间求交的问题；地质体三维模型的上部边界是地表曲面，通过数学方法拟合出的岩层面或地下水位面不应超出地表曲面，即超出部分不应显示。同样的，当显示多层地层时，下面的每一岩层应以其上一岩层为边界。因此，为了可视化地层界面必须要解决地层面与地表、断层面和其他地层面的求交问题。另一方面，在剖面图成图时，地质界线的绘制是通过显示剖面(平面)与各种地质界面(曲面)求交所得出的交线。因此曲面求交包括地质界面（层面）之间的相交，和地质界面与剖面的相交两类问题。
2.4三维拓扑结构分析
从地质学角度看，拓扑是地质对象间关系的表格，拓扑表存储层位间上覆、下伏和交切(被断层切割后地层的拓扑表达)等的地层学关系及地质空间位置关系。拓扑也可视为允许这些地质关系合理储存的数据结构。例如，考虑多层地层，上一个岩层的底面和与其相邻的下一个岩层的顶面是上下岩层这两个实体的公共部分或共享边界，它们之间的拓扑关系就是相邻和同一的关系，在存储数据时只存储上一个岩层的底面或其相邻的下一个岩层的顶面，即相邻岩层的边界曲面可以存为一个地层曲面，大大减少数据存储量。评价地质模型系统的优缺点往往决定于描述地质对象所用的拓扑结构[4]。
2.5可视化技术
工程地质复杂地质体可视化，是利用计算机技术将工程勘测获得的数据，转换为形象直观的便于进行交互分析的地下地质结构空间形态的立体图和剖面图形，其基础是工程数据和测量数据的可视化〔5〕。利用可视化技术可以从庞大的地质勘测数据中构造出地质工程中对于边破稳定性和地下硐室变形破坏等起关键作用的岩层和结构面，并显示其范围、走向和相互交切关系，帮助工程地质人员对原始数据做出正确解释，继而为工程地质分析具体问题提供决策支持。
3工程地质三维可视化技术的初步开发与应用3.1研究框图
工程地质复杂地质体三维建模与可视化的研究框图如图1所示。
基于离散采样数据的插值与拟合的思想，即将离散数据转化为连续曲线曲面,工程地质复杂地质体三维建模与可视化的过程是，从勘探数据库中提取各种地质信息的坐标位置及岩土体的物理力学参数，通过不同的拟合与插值函数得到地质层面(曲面)和地质实体的三维计算机图形显示，表达地质信息在研究区域内的分布规律。生成地质岩层面和地质实体后，实现从任意角度观察建立的模型，实现根据指定的剖面走向、倾向和倾角生成垂直剖面。
3.2初步开发与应用3.2.1工程勘测空间数据库管理
在收集整理现场勘测数据后录入金沙江某水电工程勘测空间数据库各分项数据表，这些数据表不仅包括地质信息的位置数据，更重要的是提供属性数据。
以地层岩性数据表为例，要求录入钻孔编号、岩层起始深度、岩层终止深度、层厚、岩性（地层名称）、地层代码（地层年代）、岩层走向、岩层倾向、岩层倾角、接触关系、地质描述等数据。随着工程勘测的进展，能够方便地修改补充和管理勘测数据。图2是工程勘测数据库中钻孔地层系统数据表的管理界面。
3.2.2三维浏览
通过孔口坐标和测量数据等的离散数据的拟合和插值法绘制坝址区的右岸地表曲面网格（图3），进而可在三维图形环境中进行虚拟现实浏览观察（图4）。
3.2.3三维地质立体图
利用工程勘测数据，建立了坝址区右岸三维立体地质图。该坝址区自上而下地层岩性组合为：第四系崩坡堆积物，侏罗系泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，三叠系上统厚至巨厚层状细至中粒砂岩，三叠系上统薄至中厚层状粉细纱岩、粉砂岩，三叠系上统中厚至厚层状中粗砂岩。通过有限的工程勘测数据得出的立体图，能够较好地满足工程地质的精度。图5表达了该坝址区右岸三维地质图。
3.2.4三维可视化查询
通过图形与工程勘测数据库中的属性数据的链接，实现可视化查询地层岩性和其他工程地质信息，最终完成向三维地质信息系统的转变。图6是一简单的被断层错断的水平多层地层模型，通过模型的每个地层实体名称与数据表中的岩石名称字段对应链接，能够查询地层的岩性，地质年代，起止深度和地质描述等工程地质人员关心的地质信息。
4结论
(1)运用先进的可视化技术与交互图形技术建立数据库，存储和管理现场勘探实测和试验数据，建立工程地质体的三维模型，工程地质工作者可随着勘察或研究工作的不断深入细致，对研究(工作)区域随时补充信息来自动显示地质信息在研究(工作)区域内的分布，从而不断提高模型精度，并且利用模型反馈回来的信息及时发现已有勘察工作中的不足，从而及时修改勘察或研究工作方案，指导下一步勘探或研究工作的实施。
(2)工程地质三维建模与可视化的深入研究，可以充分利用已有现场勘探实测或试验数据，达到节约投资减少勘察或研究成本的目的。当现场勘探和试验数据资料不足情况下，通过对已有数据的插值与拟合到建立三维模型，可以推断和预测未知区域或研究较少区域的地质信息或岩土体物理力学参数的分布趋势，从而为减少勘探工作量提供科学的可靠的依据，达到节约花费，为生产或研究部门产生直接经济效益的目的。
(3)工程地质岩土体是复杂的不规则形体，存在各种地质岩性层面、结构面以及各种空间分布的地质与力学信息，完全表达地质信息的空间分布及岩层和结构面间的位置关系，工程地质三维建模与可视化研究是大有作为的。
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[4]孟小红王卫民姚长利等.地质模型计算机辅助设计原理与应用.北京:地质出版社，2001,4-8.
地质灾害危险性评估
笔者对研究区内地质灾害危险性评估方法采用“危险性积分法”，即列出与地质灾害危险性最密切的评分项目，按100分制逐段、逐项进行考核打分，分高为危险性大，分低为危险性小［5－6］。最后根据评分结果，结合实际情况给出危险性不同级别的标准分值，并按这个标准综合评估每一地段地质灾害危险性等级(表略)。综合评估原则与量化指标，对管道工程和附属站场逐段逐场进行综合评估。据管道沿线各段地质环境条件、地质灾害发育程度、施工和营运过程中可能发生的地质灾害、管道施工方法、管线附近人类工程活动、地质灾害对管道和周边的危害程度等方面的依据，将整个天然气管道工程1967.05km长管线(含支线工程)划分为162个段进行地质灾害危险性综合评估。全路段及分省段地质灾害危险性综合评估结果统计。
地质灾害防治对策
二、遥感技术的应用
遥感技术按照遥感平台的高度不同,一般分为航天遥感、航空遥感和地面遥感共3大类。遥感技术由于视域广阔、信息丰富、具立体感、卫星影像成周期性重现以及获取资料快速等特点,被广泛应用于水利水电工程中有关重大工程地质问题及相关的环境等问题的调查与研究。
(一)区域构造稳定性研究。由于遥感图像能提供大量宏观的线性构造信息,较好地反映区域地质特征、水系分布特征和地貌形态,所以对研究区域构造格架,确定断裂体系及活动性以及评价工程及其周缘地区的构造稳定性有重大作用。因此遥感技术的应用也成为研究此问题必用的手段。
(二)水库区塌、滑坡、泥石流调查。在大型水利水电工程库区岸坡的滑坡、崩塌、泥石流以及某些松散堆积体的调查中,有一些工程应用遥感技术利用航卫片或彩红外片进行地质解译,结合野外现场观察、复查和检查查明了许多久拖不决的影响库岸稳定性评价的大型或较大型、塌滑体的数量,分布及其稳定状态。
(三)岩溶调查。利遥感影像,特别是彩红外影像进行岩溶及岩溶水文地质调查有其特殊的优势,像片解译不仅能很好地判读各种岩溶地貌现象,而且还可以充分利用和其它介质红外光谱的差异,判断地下水的分布和泉水分布等。清江招来河、高坝洲,黄河万家寨等工程曾利用彩红外航片解译来研究岩溶及岩溶渗漏问题,都取到了良好的效果。
(四)中小比例尺地质测绘填图。推广遥感技术,在保持必须的野外工作量和成图现场校核工作的前提下,中小比例尺地质图以遥感成图取代常规地质测绘;建筑物及其它重要地区大比例尺工程地质图优先考虑遥感成图。这是十年前在全国水利水电勘测工作会议上由水利水电规划总院提出的“勘测技术发展目标”文件所确定的。
(五)岩土工程开挖面地质编录。为适应大型水利水电工程施工中进行反馈设计、安全预报和存档备查的需在人工开挖高边坡、大型地下建筑物和大坝基坑的开挖中采用地面遥感技术,进行地质编录,并为有关的稳定分析和现场预报提供翔实的地质资料和数据是很必要的。为此长江勘测技术研究所在“七五”、“八五”和“九五”科技攻关中开发和完善了“高边坡快速地质编录系统”,并成功地应用于长江三峡永久船闸、澜沧江小湾、清江水布垭等工程的岩质高边坡开挖中的地质编录。该项技术采用的是数码像机摄影,微机现场采集及预处理,自主开发的软件处理可随时提供岩质高边坡的连续彩色影像图和地质所需的将边坡开挖面置于任意方位的线划图。
(六)水土保持、防洪与移民安置容量研究。如1994年,长江勘测技术研究所承担的长江上游水土保持重点治理区滑坡、泥石流发育程度与稳态区域研究项目,该项目在研究中利用TM卫片对陇南、金沙江下游、三峡库区3大片进行解译与发育程度的划分(滑坡分四级,泥石流分五级)作出了区划图,提出了防治意见和预警系统建立的基本设想。1990年地矿部航空物探中心与长江委规划处、综勘局一道,开展长江中游干流防洪工程现状遥感调查,用TM卫片和1∶3万～1∶5万彩红外航片进行解译和编写报告,提交的成果获得了较好的成效。移民安置容量研究,航卫片,尤其是彩红外航片,以其对土地利用类型的可判读性和现实性,为移民安置容量分析确定提供了新手段。
三、地理信息系统(GIS)
GIS技术可自动制作平面图、柱状图、剖面图和等值线图等工程地质图件,还能处理图形、图像、空间数据及相应的属性数据的数据库管理、空间分析等问题,将GIS技术应用于工程地质信息管理和制图输出是近几年工程地质勘察行业的热点和发展趋势。目前,国内应用较多且比较成熟的专业软件是由中国地质大学开发研制的MAPGIS,是一种专业的地理信息系统软件。
四、工程物探技术
在我国工程物探虽然起步较晚,但在水利水电工程勘测设计单位从20世纪80年代初至90年代初逐渐引进和装备了一些必要的仪器,如信号增强式地震仪、综合测井仪、电法仪、透视仪、声波仪、管线仪、地质雷达和钻孔彩色电视系统等,使物探仪器得到了全面的更新,其中有些是当时或至今都是世界水平的新仪器,大大地提高了数据采集精度和野外工作效率,促进了物探的发展。
(一)地球物理层析成像技术(CT)。CT技术是利用已有的平洞或钻孔,通过对采用一定发射和一定接收方式产生的透射波的采集与处理,反演孔洞间岩体的波速值,并对区间岩体进行判断、评价的一种技术方法。当前在勘探孔洞间了解岩体情况尚没有一个经济的、有效的技术措施做进一步工作的情况下,CT技术不失为是一个查明孔洞间岩体总体完整性程度的好方法。做得好,不仅能节约一定的勘探工作量而且还会对岩体物理力学性的整评价质量的提高有所促进。所以“七五”国家重点科技攻关以来,包括“八五”和“九五”攻关几个涉及水电建设的项目,涉及水利水电工程地质勘探的课题和专题中大多数都涉及CT技术攻关的内容,并获得许多很有成效的成果。
(二)钻孔彩色电视系统。a53mm的钻孔彩电是为适应水利水电工程勘察的大多数钻孔都是a56mm的金刚石钻孔而设计制造的;50mm的钻孔彩色电视是在电子技术发展的基础上为适应水平风钻孔观察而设计制造的,并首次将CCD光电偶合器件应用于钻孔电视。该产品的特点是电路设计合理,集成度高,性能稳定,与传统的摄像管探头相比,具有彩色图像重现性好、几何失真小、寿命长、耐冲击、体积小、重量轻、功耗低等特点,是一个更新换代产品。当前,随着数字技术的发展,钻孔彩电又在开发的图像处理系统基础上研制出多功能钻孔彩色电视系统,系统采用工控级主机,形成控制器、监视器、录相机三合为一的一体化主机。主机可配接多种不同口径的钻孔电视探头,实现图像数字化实时采集压缩存储,成果可刻录成VCD光盘,还可进行后期图像处理及制作。
参考文献:
[1]杨连生,水利水电工程地质[M].武汉:武汉大学出版社,2004.
[2]王妙月,勘探地球物理学[M].北京:地震出版社,2003.
1前言
现有的地理信息系统(GIS)都主要表达二维的地表地物的图形和属性信息，要扩展到真三维包含地下地质结构的地质信息系统还有差距。一个大型地质工程项目从可行性研究阶段、初步设计阶段到详细设计阶段，乃至到工程施工与运行阶段，往往积累了大量的地质资料，用三维模型图形图像来表达和解释如此庞大的资料，比光靠数据库和图表图纸等传统手段来得有效的多。建立工程地质体的三维模型，处理岩层界面与结构面组合关系，逼真反映地下主要地质结构全貌，将为工程地质工作者分析研究工程地质现象和发现掌握岩土体结构规律，提供一种崭新的研究手段和研究方法。
国外三维地质建模和可视化研究发展较快。加拿大阿波罗科技集团公司推出的三维建模与分析软件MicroLYNX，通过对离散点采样、钻探采样和探槽采样等空间数据的处理，产生剖面、块和面等模型，确定矿藏分布和等级变化并计算矿藏储量。加拿大GemcomSoftwareInternationalInc.公司开发的Gemcom软件通过钻孔、点、多边形等数据，利用实用的图形编辑和生成工具，显示钻孔孔位分布，运用不规则三角网建立表面和实体模型，运用多义线圈闭岩层和矿体边界进行储量和品位分析，提供了交互操作功能并允许用户根据自己的经验和专家知识勾画地质模型，实现任意剖面切割任意角度观察和实体与实体或实体与表面的交切与布尔运算等。国外软件主要是瞄准采矿工程，能够较好地满足采矿工程活动中的矿产资源勘探和评价、地下矿井和露天矿坑设计和规划、矿产资源管理和采矿生产管理等需求。美国Kinetix公司开发的3DStudioMAX，Alias/Wavefront公司开发的Maya和微软公司开发的Softimage等大众化的三维建模软件，在构建工业和建筑模型与动画制作方面有其独到之处，但交互查询的功能较弱，与工程勘测数据库结合并应用于工程地质三维建模方面还有较大距离。
张菊明等对风化带分布、多层地层等地质信息的可视化和断层错断岩层的表达和显示的算法[1,2]进行了较为深入的研究，为工程地质三维可视化软件的开发准备了数学基础，并借助AutoCAD平台实现了复杂三维地质图形的显示。国内的灵图VRMap地理信息系统软件有较强的地形模拟和地表地物的查询功能，但不是真三维的地质建模工具。北京东方泰坦科技有限公司开发TITAN三维建模软件，基于框架建模的思想，利用平行或基本平行的剖面数据，建立起三维空间复杂形状物体的真三维实体模型，但目前只是初步的三维建模与图形处理的引擎，在面向具体专业时，需要添加或扩充专业模块，比如工程地质专业模块等。
纵观国内外几种软件的研究与开发现状，它们为工程地质三维建模与可视化打下了很好的技术基础，提供了很宝贵的开发经验。但是，对于工程地质专业的地质体建模与可视化分析的针对性不强，不能够很好地满足工程地质生产与研究的专业功能需要。因此本文将从分析工程地质的三维建模和可视化的关键技术问题入手，简单描述作者在工程地质三维建模和可视化方面的初步开发研究成果。
2关键技术问题分析2.1离散数据的插值与拟合
工程地质复杂地质体中的各种地质信息，包括地表地形、地下水位、地层界面、断层、节理、风化带分布、侵入体及各种地球物理、地球化学、岩土体的物理力学参数或数据的等值面(线)等，都可以看作是三维空间中的函数，它们的拟合函数要根据实际勘测数据建立，实测数据越丰富，越能够真实描绘出这些信息的空间分布规律。地表地形测量数据、地下水位埋深测量信息等的单值曲面图形生成可归结为双自变量离散数据的插值和拟合，多值曲面如倒转褶皱和空间等值面等，则应采用多参变量插值等其他一些较复杂的方法。空间曲面插值函数有以下构造方法，如与距离成反比的加权方法(Shepard方法)，径向基函数插值法(Multiquadric方法)[3]，平面弹性理论插值法[1,2]等，它们同样适用于单个连续地层界面、地球物理勘探数据、地球化学勘探数据以及岩土体物理力学参数在地质体空间的分布。
2.2三维数据结构
工程地质体一般是不规则形体，在计算机图形学中曲线和曲面总是分别通过很多微小直线段和微小三角面逼近来模拟地层岩性界线和岩层曲面，即岩层界面（和地表曲线、地下水位面等地质层面界线）和岩层曲面都分别是许多微小直线段和微小三角面的集合。地质体三维空间数据结构是工程地质三维建模和可视化的基础，这就要求必须具备有效的分层的三维数据结构，能够确保人机交互和查询的实现。
2.3曲面求交
地质体中存在大量各种层面，当出现地层不整合、断层错断岩层、地层尖灭和地下水出露于河谷地表等情形时，就自然会遇到曲面间求交的问题；地质体三维模型的上部边界是地表曲面，通过数学方法拟合出的岩层面或地下水位面不应超出地表曲面，即超出部分不应显示。同样的，当显示多层地层时，下面的每一岩层应以其上一岩层为边界。因此，为了可视化地层界面必须要解决地层面与地表、断层面和其他地层面的求交问题。另一方面，在剖面图成图时，地质界线的绘制是通过显示剖面(平面)与各种地质界面(曲面)求交所得出的交线。因此曲面求交包括地质界面（层面）之间的相交，和地质界面与剖面的相交两类问题。
2.4三维拓扑结构分析
从地质学角度看，拓扑是地质对象间关系的表格，拓扑表存储层位间上覆、下伏和交切(被断层切割后地层的拓扑表达)等的地层学关系及地质空间位置关系。拓扑也可视为允许这些地质关系合理储存的数据结构。例如，考虑多层地层，上一个岩层的底面和与其相邻的下一个岩层的顶面是上下岩层这两个实体的公共部分或共享边界，它们之间的拓扑关系就是相邻和同一的关系，在存储数据时只存储上一个岩层的底面或其相邻的下一个岩层的顶面，即相邻岩层的边界曲面可以存为一个地层曲面，大大减少数据存储量。评价地质模型系统的优缺点往往决定于描述地质对象所用的拓扑结构[4]。
2.5可视化技术
工程地质复杂地质体可视化，是利用计算机技术将工程勘测获得的数据，转换为形象直观的便于进行交互分析的地下地质结构空间形态的立体图和剖面图形，其基础是工程数据和测量数据的可视化〔5〕。利用可视化技术可以从庞大的地质勘测数据中构造出地质工程中对于边破稳定性和地下硐室变形破坏等起关键作用的岩层和结构面，并显示其范围、走向和相互交切关系，帮助工程地质人员对原始数据做出正确解释，继而为工程地质分析具体问题提供决策支持。
3工程地质三维可视化技术的初步开发与应用3.1研究框图
工程地质复杂地质体三维建模与可视化的研究框图如图1所示。
基于离散采样数据的插值与拟合的思想，即将离散数据转化为连续曲线曲面,工程地质复杂地质体三维建模与可视化的过程是，从勘探数据库中提取各种地质信息的坐标位置及岩土体的物理力学参数，通过不同的拟合与插值函数得到地质层面(曲面)和地质实体的三维计算机图形显示，表达地质信息在研究区域内的分布规律。生成地质岩层面和地质实体后，实现从任意角度观察建立的模型，实现根据指定的剖面走向、倾向和倾角生成垂直剖面。
3.2初步开发与应用3.2.1工程勘测空间数据库管理
在收集整理现场勘测数据后录入金沙江某水电工程勘测空间数据库各分项数据表，这些数据表不仅包括地质信息的位置数据，更重要的是提供属性数据。
以地层岩性数据表为例，要求录入钻孔编号、岩层起始深度、岩层终止深度、层厚、岩性（地层名称）、地层代码（地层年代）、岩层走向、岩层倾向、岩层倾角、接触关系、地质描述等数据。随着工程勘测的进展，能够方便地修改补充和管理勘测数据。图2是工程勘测数据库中钻孔地层系统数据表的管理界面。
3.2.2三维浏览
通过孔口坐标和测量数据等的离散数据的拟合和插值法绘制坝址区的右岸地表曲面网格（图3），进而可在三维图形环境中进行虚拟现实浏览观察（图4）。
3.2.3三维地质立体图
利用工程勘测数据，建立了坝址区右岸三维立体地质图。该坝址区自上而下地层岩性组合为：第四系崩坡堆积物，侏罗系泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，三叠系上统厚至巨厚层状细至中粒砂岩，三叠系上统薄至中厚层状粉细纱岩、粉砂岩，三叠系上统中厚至厚层状中粗砂岩。通过有限的工程勘测数据得出的立体图，能够较好地满足工程地质的精度。图5表达了该坝址区右岸三维地质图。
3.2.4三维可视化查询
通过图形与工程勘测数据库中的属性数据的链接，实现可视化查询地层岩性和其他工程地质信息，最终完成向三维地质信息系统的转变。图6是一简单的被断层错断的水平多层地层模型，通过模型的每个地层实体名称与数据表中的岩石名称字段对应链接，能够查询地层的岩性，地质年代，起止深度和地质描述等工程地质人员关心的地质信息。
4结论
(1)运用先进的可视化技术与交互图形技术建立数据库，存储和管理现场勘探实测和试验数据，建立工程地质体的三维模型，工程地质工作者可随着勘察或研究工作的不断深入细致，对研究(工作)区域随时补充信息来自动显示地质信息在研究(工作)区域内的分布，从而不断提高模型精度，并且利用模型反馈回来的信息及时发现已有勘察工作中的不足，从而及时修改勘察或研究工作方案，指导下一步勘探或研究工作的实施。
(2)工程地质三维建模与可视化的深入研究，可以充分利用已有现场勘探实测或试验数据，达到节约投资减少勘察或研究成本的目的。当现场勘探和试验数据资料不足情况下，通过对已有数据的插值与拟合到建立三维模型，可以推断和预测未知区域或研究较少区域的地质信息或岩土体物理力学参数的分布趋势，从而为减少勘探工作量提供科学的可靠的依据，达到节约花费，为生产或研究部门产生直接经济效益的目的。
(3)工程地质岩土体是复杂的不规则形体，存在各种地质岩性层面、结构面以及各种空间分布的地质与力学信息，完全表达地质信息的空间分布及岩层和结构面间的位置关系，工程地质三维建模与可视化研究是大有作为的。
参考文献：
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2工程地质勘察信息
集成化的前提应是信息化。实现系统集成化的途径就是要以信息为纽带，通过信息的传递和作用，贯穿勘察整个周期。因此，信息的组织和管理在集成化中起着关键作用。一般工程地质信息包含的内容是多方面的。就铁路工程地质勘察而言，按工序可分为前期信息、中期信息和后期信息。前期信息多为指定性和任务性信息，包括勘察大纲、各种勘探点事前指导书(任务书)、岩土水试样试验委托书等;中期信息一般为中间成果信息和过程信息，有勘探点成果图表、野外调查的观测点表、岩土水试验报告、物探报告等;后期信息以成果文件为主，含工程地质平面图、工程地质纵断面图、各种类型的汇总表、计算表单、各类工程勘察报告或说明、工程地质勘察总说明等。总之，信息十分庞杂也十分多样化。集成化的目的就是为了信息的有效利用、有效管理。为了达到集成化，就必须实现铁路工程地质勘察过程信息化，信息化的前提显然就是信息必须存储。因此，首先着重考虑了各期信息存储的方式和内容、信息传递途径以及信息作用的方式。
2.1信息存储
工程地质勘察有关信息类型无外乎有3种:文本型信息、数值型信息和图形信息。不同信息存储的格式和目的有所不同。而且实际工作中，需要将不同类型信息整合在一张表上，如勘探事前指导书，既含文本型信息，如技术要求，又有数值型信息，如孔深、里程、坐标;观测点表和岩心鉴定表中既含文本信息，如地层描述，又含图形信息，如素描图和岩心柱状图。
2.1.1文本型信息
文本型信息包括word、excel及txt格式文件，多是一些描述性和说明性的信息，它必须与其他数值型和图形信息一起使用才有意义。存储的目的主要是便于以后查询、浏览以及与其他信息合并组成一种规定的格式，以便整体输出。
2.1.2数值型信息
数值型信息主要包括数字、术语、符号和excel格式文件，这类信息用途最广。存储的目的是为了后期查询、核对、纠错、调用、汇总、统计、计算时方便调用。哪些信息需要按数值型信息存储是根据后期需要来确定的。
2.1.3图形信息
图形信息包括照片、CAD图等。存储的目的是为了后期调用、修改，同时也为了与数值型信息和文本型信息有关联性，如一张照片的里程位置，CAD图中所涉及的勘探信息、计算结果等。
2.2信息传递
各部分相互间的联系就是通过信息传递来完成的。信息传递既有单向的，又有双向的。需要信息传递的内容均设为单独字段。单向传递的多为文本信息，如描述性的内容;双向传递的多为数值型信息，如里程、坐标、试验数据等。图形信息既有单向的，如平面图中的符号、小柱状图等;也有双向的，断面图中的静探分层等。单向信息传递按工作流程设计，其目的就是为了简化人工干预、提高工作效率和准确性，为此，可以设置信息字段的继承性、递增性，避免重复输入。双向传递是根据后期信息结果反馈给前期信息库进行核对和修改，然后再返回到后期信息。如砂土的定名、黏性土的稠度、粉土的密实程度和潮湿程度等，野外定名和试验室定名有时不一致，就需要根据试验室定名来修改野外定名，即根据试验室定名自动修改前期相应字段内容。平面图勘察点的里程、坐标换算、顺号、换号等也是信息双向传递的典型例子。
2.3信息作用
信息作用和信息传递是分不开的。大部分字段都是根据信息作用设置的，如钻探事前指导书中设定孔深、是否取样等为单独字段，就是为了实际完成后进行核对是否按指导书要求的孔深进行，是否进行了取样。信息的主要作用反映在后期信息处理上，如统计、汇总、滑坡计算、沉降计算、湿陷计算、节理统计、赤平投影等。
3系统介绍
3.1系统概述
系统建设的目标是建立和铁路勘察工作业务流程相符合的工程地质信息管理与应用系统，以数据管理为核心，包含野外勘察、资料整理、资料提交等内容，实现项目内数据库管理、平面图编辑、断面图编辑、统计分析、计算评价、专业接口等功能，使系统实现集成化、信息化和智能化，提高工作效率和工作质量。
3.2系统功能架构
本系统包括了工程地质勘察所需的大部分功能，从数据录入到提交相关专业的数据接口，都在本系统内完成。为保证与项目有关的内容都能方便管理和查询利用，系统设计时就按上节讨论的信息内容依据不同的目的和用途放入数据库中进行管理。基于集成化的考虑，本系统主要包含了项目管理、数据录入、数据管理、平面图编辑、断面图编辑、计算分析、统计汇总、辅助工具、出图管理、接口管理等模块组成(图2)。其中的计算分析工具也将大部分常用的工程地质计算方法，如赤平投影图，纳入到系统中，以便充分利用数据库进行有关分析计算(图3)。
3.3系统集成特点
3.3.1勘察管理功能的集成
(1)项目管理系统实现对项目内的信息按勘察设计阶段、勘察起始时间、勘察分段、方案勘察进行分类管理，具体的应用都是在方案下进行的。同时考虑了其他项目资料、其他段落资料、其他方案资料的引用管理。也考虑了不同段落、不同人员、不同方案下资料的归并管理。通过各种项目管理方式，可以实现一条铁路线的工程地质勘察信息一体化，方便勘察信息的归档管理。该系统的项目管理方式也是类似软件中首次使用。(2)数据管理系统基本将整个勘察过程中发生的所有资料进入数据库并进行有效的管理，数据库包括了现场信息数据库、勘察点数据库、土工试验数据库、设计文件数据库、工点资料数据库、平面图和断面图数据库等。值得一提的是，系统首次将现场管理、内业资料整理、分析计算、统计汇总、出图管理、数据接口等进行了集成。实现了对野外勘察工作中有关工序文件的管理，包括钻探事前指导书、试坑事前指导书、原位测试事前指导书、物探事前指导书、土岩水试验委托书等;实现了各种图的图纸选择、自动分页、批量出图的管理。
系统中设计图形编辑的内容很多，包括岩芯鉴定表、原位测试成果表、观测点表、平面图、断面图、剖面图等。前两种在自主平台上实现图形编辑和生成，彻底避免了过去在AutoCAD下出图顺序难调、批量出图困难的缺点，也方便了资料的顺序归档。观测点因编辑量较大，主要依托AutoCAD进行编辑，然后依靠系统生成pdf图，实现批量生成和出图。平面图和断面图编辑主要是利用AutoCAD功能，充分利用勘察点数据库，实现图形的部分内容自动填绘，图上查询数据库，智能连层，并到达断面图接口数据生成的目的。总之，图形编辑的集成是信息化的基础上进行的，是靠信息的传递实现了图与数据库的有效串通。
3.3.3分析工具的集成
分析工具由计算、统计、汇总、分析四部分组成。计算包括滑坡计算、地基沉降计算、桩基计算、黄土湿陷计算、液化判定、盐渍土计算等功能，后三种能实现成批计算，并将计算结果放入相应勘探点数据库，以便后期统计、汇总。统计有工作量统计、节理统计、地基土的物理力学参数统计等。分析主要为赤平投影图。
3.3.4专业协作功能的集成
(1)与勘探和土工试验的协作勘探包括钻探、试坑、原位测试等内容。勘探作业人员可以只录入最原始的数据，后期由地质人员根据需要进行整理，这样就保证了数据的真实性，也方便了在此基础上的二次分析整理。更重要的是提供了各种勘探成果图表的生成和输出功能。地质人员可根据实际需要，调整静探分层位置，重新计算各层参数等。系统明确了土工试验数据的接口标准，依据试验结果，自动对勘探数据进行校核。依据事前指导书和试验委托书，对勘探取样数量和质量进行比对，以方便地质人员监控勘探质量。(2)与上、下游专业的协作系统提供了对其他专业提供图纸的一系列数字化处理功能，从而使地质专业在同一张图纸上进行本专业的工作，并确保空间上的统一。同时，随着上游专业图形的变动而变动，如线路方案的调整引起的各种地质内容里程的变化。地质专业产生的成果提交给其他专业时，同时提交标准格式的数据接口文件。
3.3.5行业标准的集成
铁路工程地质勘察不仅要执行铁路行业制定的规范标准，而且还要针对改移公路、房屋建筑执行公路行业和工民建地基勘察相应的规范和标准。因此，本系统在基础数据录入、图形的生成也一并进行了考虑，用户使用时根据需要选择即可，无需再用其他软件完成。最重要的是实现了数据的共用。
3.3.6系统设置的模板化
模板化也是系统集成化的一种体现。本系统秉承系统设置模板化的先进做法，把一些通用的图表、符号设置为标准模板，集成在系统中，使整个系统图表输出和符号标注保持统一，也为用户个性修改提供了条件。如岩芯鉴定表，试坑鉴定表，原位测试成果表，各种统计汇总表，地层时代符号标注、各种计算表单等，用户可以根据自己的需要设置编辑，而不用再修改程序代码。
3.3.7功能实现的灵活性
长大铁路线的工程地质勘察，会遇到各种各样的问题，即使同一类问题因条件不一样也会出现不同的情况，要求采取不同的解决方式。如果有线路的中线数据和断链数据，在图下即可完成坐标里程换算;如果没有中线数据，则可利用CAD图进行。平面图上的地质小柱状图填绘既可人机交互完成，也可利用既有勘探资料自动生成。地质产状既能人机交互标注，也能读数据库自动解决。最具特色的就是在系统的任何位置都可很方便地查询到勘察数据中的内容。
3.3.8辅助工具的集成自然界地层种类繁多，因工程目的，命名和表示方式也不尽相同，系统不可能开发出所有地层花纹、地层时代成因符号、岩性符号、地质线型、不良地质和特殊岩土符号等。本系统以集成辅助工具的方式有效地解决了系统符号、线型、花纹不足的问题。这也是同类软件中的首创。
3.3.9对BIM技术的支持随着BIM技术在各个领域的持续走红，近年来铁路行业也在大力推广BIM技术的应用。作为最重要的基础信息，铁路工程地质信息模型的建立也势在必行。本系统为实现铁路工程地质信息模型建立已经打下了坚实的基础，其庞大的数据库为模型建立提供了强有力的支撑，信息化的二维断面图为模型信息的传递提供了有力的帮助。一旦三维地质建模技术成熟，将具备快速建立地质BIM模型的能力。
4应用实例
本系统不仅已在多个铁路项目中得到应用，而且还在公路项目勘察中发挥了巨大作用，尤其是系统中的里程、坐标换算，自动顺号、统计汇总、计算等使地质人员从繁琐的数字处理中解脱出来，极大地提高了工作效率。下面以西安至铜川城际铁路可研勘察为主，介绍系统使用效果。西安至铜川城际铁路长110km左右，可研阶段的项目管理结构如图4所示。由图4中可以看出，项目管理是以设计阶段为一个完整周期考虑的。这样考虑的原因是铁路工程地质勘察涉及的数据量非常巨大，如果将各个勘察阶段放在一个库里管理，会影响计算机处理速度，甚至无法启动。可研(初测)阶段就划分为一个段落，主要有3个方案，每个方案下包括从任务下达到资料提交整个周期内的各种勘察内容。所以，勘察数据是以方案为依托进行管理的，所有勘察信息都是基于线路方案进行存储和管理的。图4项目管理结构西铜城际铁路从西安北客站引出，与郑西、大西客运专线铁路并行几公里后跨渭河北上。所以，需要大量引用郑西、大西客运专线的勘察资料。本系统导入其他线路勘察资料功能就提供了很大的方便，使我们顺利地将郑西、大西客运专线勘察资料导入到西铜城际铁路勘察数据库中。大量的钻孔、静力触探、试坑等勘探任务都是通过该系统直接生成下达，基本是一气呵成，并存入系统，后期很方便地查阅。观测点、钻探、试坑、静力触探等输入基本符合规范要求和单位工作习惯，重复内容的继承性和递增性极大地减少了操作人员的工作量，尤其是自主平台的成果图表输出更是克服了过去不能成批完成的缺点，最重要的是可以人为控制排列顺序，使输出按用户要求的顺序完成，大大降低了工作强度，提高了工作质量。此外，分离出来的一些内容，如黏性土的塑性状态、粉土的密实程度和潮湿程度、砂土及碎石类的潮湿程度和密实程度、岩石的层理产状和节理产状，以及湿陷性、液化判定结果等都为后期信息的分析、计算提供了必要条件。西安至铜川城际铁路主要走行于黄土塬上，黄土湿陷是其遇到的主要工程地质问题，所以，针对大批量的湿陷计算，该系统只一键完成铁路工程地质勘察最为繁琐的是各种勘察点和地质产状的标注。本系统充分发挥了集成化的优势，一键完成从数据库调用勘察点、地质产状，并自动按坐标标注到平图上。同时完成顺号、里程计算等回馈到数据库。仅此一项，提高工作效率达70%以上。此外，本系统在广西资兴高速公路详勘项目的应用也集中体现了标准集成的好处。资兴高速公路全长82km，详勘加上利用的初勘资料共计有1200多个钻探、500余个观测点、100多个试坑、千余张照片，涉及的工程有500多个桥、隧道、路基工点等。系统对此都进行了有效管理，实现了里程坐标换算、编号顺号、纸上布孔、平面图勘察点及产状标注、断面图勘探点标注、工作量统计等自动化。实现了各种地质符号标注、断面图地层连层及标注等的智能化。节理统计和赤平投影的功能为地质人员分析岩体稳定性提供了有力的帮助，极大地提高了工作效率和质量。在此公路上的应用也充分说明了该系统标准集成的成功。
1．1隧道工程地质调绘地质调绘的方法主要包括追索法与路线穿越法，对工程整个地质单元与隧道区两部分控制地质体与不良地质。与以往的方法进行比较，打破了调绘范围的限制，让调绘内容更细致、更准确。通过调绘方式，能够查明岩堆、危岩、软土、瓦斯、地下水等不良地质的分布情况，尤其是在隧道中部发育的岩溶管道水水流方向。隧道工程的地质调绘为下一步工作的实施奠定了坚实的基础。
1．2地质钻探由于隧道区域地层与岩性变化的多样性，进行地质钻探时需要布置多个钻孔，加大钻孔分布范围。钻探方式主要是采用金刚石或合金钻进，一部分煤系地层地带的岩石粉碎，采用的是无水反循环钻进工艺。钻孔的深度除有特殊要求的钻孔外，都应当深入隧道设计标高2m～3m以下。钻进岩芯采取率要求破碎岩层与强风化层不小于50%;完整基岩不小于80%;覆盖层不小于50%。钻探钻进过程中，仔细测定地下水位，并及时记录，记录内容包括岩土分层、地下水位、钻进速率、水的颜色等。利用详细与具有代表性的钻探方式，隧道洞室围岩的岩性与整体情况能够直观显示;利用钻孔实施抽水、钻孔声波测试、压水测试、煤层瓦斯检测等一系列工作，以定性与定量两方面为隧道围岩的分段与分级带来有效的地质依据。
1．3高密度电物探法若存在钻探方式难以查证的地质，则能采用高密度电物探法，物探仪器为拥有我国先进水平的重庆奔腾数控技术研究所研究的WGMD-1型高度探测系统，方法是用α排列方式予以高密度数据采集，采用国际水平的Surfer软件与RES2DINV软件进行二维电阻率成像反演。能够准确判断地质情况，改善隧道工程施工的危险性，降低严重社会问题的发生率，有时还能避免路线更改，从而节约建设项目的投资资本。
1．4地震勘探与钻孔超声波测井以及探测岩石波速因其隧道区域地层岩性多样化，地表风化程度严重，钻探取芯能力弱，岩芯大多为碎块、砂状以及块状。地质人员大都是通过人为因素来判断岩石风化程度，很少客观判断岩体基本质量，未能科学划分隧道围岩类型。因而，地震勘探与钻孔超声波测井以及探测岩石波速技术逐渐被应用。地震勘探仪器采用的主要方式为折射波法，通过定性划分结合定量指标的整体分析，确定了岩石风化情况与隧道围岩类型，该方式更为合理，更具创新特色。
1．5抽水与压水检验方式若隧道区域属于条带状岩层组成的山岭，其水文地质单元更加复杂，含有较多含水单元与隔水层，其透水性与含水单元具有较大差异。为了能检验出准确的洞身段各岩石的裂隙性与透水性，准确预判隧道涌水量，于钻孔施工结束后分别实施抽水与压水试验。抽水及压水试验使用的是自制提桶与专业高扬程空气压缩机抽水与压水设施，其中提桶抽水试验应用于地下水位浅的地段，空气压缩机抽水和压水设施应用于地下水位深或不存在地下水的岩层内。并且还对一些钻孔实行了将抽水与压水相整合的试验，以便同单一试验进行对比。
1．6瓦斯检验对专门施工的ZK11钻孔，采用一套煤管、一套瓦斯解吸仪、两个取样瓦斯灌予以瓦斯检验，其具体方法为:在钻孔钻遇煤层后，下采煤管采煤同时迅速装灌后封闭，5min内进行解吸，获得现场瓦斯解吸量，最后采用图解法算出瓦斯耗损量，二者相加即为煤层瓦斯逸出量。该方式简易可行，结果接近实际情况，具有相对开拓性。
2关于工程地质环境对隧道工程的影响
在建设长隧道、深埋隧道以及大隧道过程中，会遇到各种各样的地质环境问题，不仅会对工程工期与造价造成影响，还会给隧道的施工与运行带来安全隐患。下述对影响隧道工程的几种地质环境作了探讨。
2．1软土地基在湖相与滨海相等古地质环境中，软土大都沉积在相对停滞与相对运动迟缓的水环境内，此类沉积软土颗粒细软、土质软弱、孔隙度大、含水量高、容易形成蠕变、凝聚力小几乎可以被忽略。在这种地质条件上建设隧道，必须考虑工程的地质问题。1)该地质土性较软，受到隧道重负荷时容易发生沉陷，从而厚度发生改变，形成不均匀沉陷，导致隧道内衬砌等结构发生形变;2)隧道结构会受软土蠕变的影响，及时进行支护与衬砌有重要作用;3)软土一般存在于地下还原环境中，微生物作用容易形成甲烷气体，聚积在软土层孔隙内，隧道挖进时工作人员可能会受甲烷气体的危害，若遇到火源还可能引起爆炸。建设隧道时，对于软土地基，长度不长的隧道应采用盾构穿越更为简易;然而长度过长的隧道，因其软土的蠕变特点，会形成超量切削，导致在隧道盾构掘进的前端会出现蠕变凹槽，如果软土层厚度不够，容易使得上方活河水与海水大量潜入隧道。因此，在海域上存在众多沉积软土地带时，借助盾构穿越软土层，必须充分重视所存在的安全隐患。
2．2砂卵石层地基在多样化地质条件如平原、河流、滨海、盆地中，会存在不同成因的砂卵石沉积层。各地砂卵石层的结构由于沉积时受到古地质地理环境的影响，各结构间存在差异。砂卵石层的沉积韵律和颗粒级配受到沉积时水动力条件的影响。砂卵石层危害隧道工程的几个方面主要是:1)因为隧道施工排水，使得周边砂层的机械塌陷与管涌;2)砂层涌入会引发丰富地下水;3)砂层地质结构的不同，形成不规则沉陷，为隧道带来安全隐患;4)砂层内夹杂的大块卵石，影响盾构施工，严重时会卡住刀片。采用沉管法在湍急河流的砂卵石层中建设隧道，容易使沉管下砂层形成冲刷，损害沉管隧道。在厚砂层上建设隧道时，要注重下述几点:1)抽水起始水位降低引发地面沉降、冲刷、潜蚀;2)进行大量抽水后，水位降低迟缓，产生压力水头，极易使得下方的大量砂层溃入;3)下方存在相对隔水层时，因为上方隧道抽水降低水压，下方高压水汇合;4)透水层凸起，形成众多越流向上补给，影响隧道运行。
2．3碳酸盐岩地层在分布有可溶碳酸盐地层地区，受到不同程度的喀斯特化作用，作用结果为在地表上形成奇特山峰，地下形成多个洞穴与通道。活跃在洞穴和通道中的喀斯特水包括孔隙水与裂隙水等，存在不同的特点。喀斯特水有五个对立统一的特点，具体包括:1)独存与半独存的管道水流和拥有统一水力相关的地下水力面与扩散流同时存在;2)不含水岩体与含水岩体同时存在;3)非承压水流同承压水流之间互相变换;4)层流运动和紊流运动同时存在;5)非均质含水性和均质含水性复杂变化。在喀斯特化地层中，具有相当明显的三相流，即是气体、固体、液体三相物质混合形成的三相流。三相流具备一个重要特性，泥砂等固体流与水等液体流是不能被压缩的，而气体能被压缩，受压气体还会发生多种变化。
2地质勘查工程施工成本控制工作的原则
2.1遵循全员成本控制原则。地质勘查工程施工的过程中，有多个部门和大量工作人员的参与，如果只是依靠地质勘查管理人员进行成本控制工作，是无法实现最终的降低成本的目标的。因此，必须使地质勘查工作中的各个部门及每一位职员都充分意识到节约工程施工成本的重要意义，从而使各部门及职员能够自觉地为工程施工节约成本。只有实现了全员成本控制，才能够使控制工程施工成本的目标得以实现。
2.2遵循全过程成本控制原则。地质勘查工程的全过程中，包括工程项目的准备、工程施工以及后期检验等多个环节，在每一个环节中，都需要大量的人力消耗和资金的支出，地质勘查工程的施工成本就是出自于这个过程中的各个环节中。如果只是注重某一环节的成本控制，那么其他环节中的资金支持很有可能出现超出预算的情况，整体来看，并未能达到理想的成本控制的效果。因此，地质勘查工程施工的成本控制必须贯穿整个过程，在保证施工每一个环节正常进行的前提之下，均衡地控制施工成本，不仅能够实现成本控制，也更有利于对施工质量的整体把握。防止因返工而再次投入更多成本。
2.3遵循成本目标风险分担的原则。在地质勘查工程施工的整个过程中，要达到更好的成本控制效果，必须明确不同岗位职员的职责。将整个工程施工的成本控制目标分解为多个小的目标，并为各个职员制定相应的工作指标。在这种情况下，每位职员的责任就非常明确了。并且不会因为多位职员责任重复而出现相互推卸责任的情况。在这种情况下，每位职员都会为了完成自己的工作指标而付出自己的精力，从而从工程施工的每一个阶段节约成本。
2.4遵循开源与节流并行的原则。地质勘查工程中，需要耗费大量的资金，只有不断地拓宽融资渠道，为工程施工获取更多的资金支持，才能够保证工程施工的正常进行，使工程施工的过程中有足够的资金进行周转，从而避免因资金短缺而降低质量或延误工期，只有在拥有足够资金的基础上，才能实现成本控制。而节约资金则是进行成本控制的另一种方式，在地质勘查工程施工过程中，可以通过不断提高勘查技术，聘用具有丰富经验的专业人员、优化地质勘查设备等多种方法来减少施工中的资金支出，从根本上达到成本控制的效果。
3地质勘查工程施工成本控制工作的具体方法
3.1从成本支出目标进行控制。首先，是人工费用的控制，地质勘查企业在工程施工之前，应当根据勘查工作人员的不同类型、专业素质等进行合理的安排，通过合理配置人力资源来节约成本。其次，则是要控制施工材料的费用，一方面，购置质优价廉的施工材料，选择最为适合施工环境的材料，且购置数量应当合理，避免不足或过量。另一方面则是要控制施工过程中材料的使用量，避免浪费材料。再次，则是要控制施工设备的费用支出，根据施工现场的具体情况采用合适的施工设备，减少机械设备的磨损，节约检修费用。最后，则是控制施工现场支出费用，从施工现场的各个部分中节约资金。
3.2从减少资源消耗方面进行控制。在地质勘查工程施工之前，应当根据施工现场的具体情况，制定合理的施工计划，这个计划中包括对各类资源的消耗的预计，在施工过程中提供基本的依据。其次，则是要制定科学严格的施工方案，根据该方案，合理配置人力资源、机械设备、施工材料等，进行有计划地施工，保证施工过程安然有序，从而减少意外状况而造成的成本增加。最后，则是要权衡施工整体价值，对施工方案进行优化，以达到更好的成本控制效果。
3.3利用施工网络图进行成本控制。第一步是要根据地质勘查工程施工时间做出工程施工网络图，并指出其中最重要的施工路线，再根据这些施工路线，寻找最为适合通过缩短施工时间而节约成本的方案。第二步，则是要对一些并存的施工路线进行分析，找出几条路线中相同的施工工序，并优先完成这些工序，从而一次性缩短多个施工时间。通过对施工网络图的优化，得出最终的施工路线，就能够通过缩短工期来节约成本。
3.4成本赢得值控制。运用成本赢得值的方法来控制地质勘查工程施工的成本，则是将施工的工程量用货币量来代替。使得较为复杂的工程量转变为较为直观的货币量，对于指导工程施工过程中各个环节的成本控制有着更为高效的作用。赢得值中包含三个基本值，一是计划累计成本额，二是完成投资额，三是实际成本额。三个基本值可以较为明确直观地表达出施工过程中的成本量，对于控制施工成本有着极大的作用。
2岩土水理的性质
岩土由于受到地下水的影响，就可能出现各种各样的性质，这就是岩土的水理性质。我们在进行工程地质勘察工作时，一定要将岩土水理性质的勘察作为关键工作，这样才能掌握最真实的岩土地质状况。
2.1地下水的储存形式
我们平时生产、生活中所使用的地下水，都是以三种状态储存在岩土层中的，也就是重力水、结合水和毛细管水。地下水之所以能以这种状态储存在岩土深处，其实就是因为地下水有着赋存的特征。
2.2岩土的水量性质
2.2.1软化性。若岩土受到水的浸湿，就会使其力学强度显著降低，在这种条件下，岩土就会体现出软化性的特征。我们在评估岩土的软化性强弱时通常会将软化系数作为指标。而在评价岩土的耐风化程度和耐水浸性能时，则需要以软化系数为依据，因此我们必须准确的确定软化系数。几乎所有类型的岩石都会表现出一些软化性特征。
2.2.2透水性。岩土的透水性就是指当水受到重力的作用，岩土让水通过自身的一种性质。岩土的透水性通常都是用渗透系数来表示的，但岩土的透水性强弱却要受到岩土自身的物质组成和结构的很大影响，通常情况下，岩土的坚硬性和岩土的透水性是成反比的。此外，岩土的颗粒直径也会对其透水性产生一定的影响。
3地质勘查中水文地质的问题分析
工程勘察中，应密切结合建筑物地基基础的类型预测地下水对建筑工程可能存在的危害，并以实际状况为前提，根据勘察区域的水文地质条件差异，对地下水存在的问题按照水文地质勘察计划，找出应对的措施，保证水文地质勘察工作的进行，降低地下水对地质勘察工程的危害，提高建筑质量。进行水文地质勘察工作时，地下水与岩土的相互作用是重要的工作内容。尤其是地下水的运动，对于岩土工程的整体质量有着不可估量的影响，所以我们必须做好这方面的工作。它可能带来的不良作用主要包括下述几点：
3.1给基坑开挖造成的影响。进行基坑的挖掘工作时，地下水常常会流到基坑的内部，这便会影响基坑挖掘工作的顺利开展，不仅延误工作进度，还可能降低工作质量。这时，我们应该做的工作是及时的排水，可是这有可能会影响基坑结构的稳定性，甚至可能会使附近的建筑工程发生不均匀沉陷。
3.2给土质造成的影响。万一基坑内涌入了地下水，则处理会影响工程的顺利施工，还可能会影响地质结构的稳定性，极易产生流沙或者是管涌等问题，因此我们要极力避免地下水的这种恶劣影响。若基坑中存有地下水，还可能导致基坑的侧壁变形或者是底鼓，无法保障基坑工程的质量。所以，在整个基坑施工的过程中，我们都一定要注意避免地下水的不良影响。
3.3地下水水位上升。导致地下水位升高的诱因是多种多样的，主要有环境影响、人类活动和地质的变动等主要方面。在岩土工程的施工中，一旦地下水位发生变动，则会给工程施工带来极其恶劣的影响。比如说地下水的水位上升会让土壤沼泽化，水量的增大会增大对建筑物的腐蚀性，对整个岩体的结构造成破坏，导致一些岩土出现滑移、崩塌等现象，甚至使整个建筑工程丧失结构的稳定性，无法正常使用。
3.4地下水水位下降。在岩土工程施工中，经常会出现的一个问题就是地下水位的下降，主要原因是人们日常的生产生活中常常会抽取地下水，这便会导致地下水位的下降。而这一变化对于岩土工程的施工同样有着非常恶劣的影响，可能会出现地面的不均匀沉陷、塌陷或者是地裂等问题，这对于岩土工程的整体结构是致命性的破坏，并且也不利于生态环境的稳定发展，因此，在施工的过程中一定要注意好这一问题，保证好施工的质量和安全。
4地质勘查过程中水文地质问题的注意事项
开展岩土工程的水文地质勘察工作时，不仅要分析水文地质状况，还需要解决好与之相关的各种问题。在工作过程中一般会做好下列几项工作：首先，必须给予各种水文地质问题足够的关注，并保证各项水文地质参数的准确性，要了解施工地区的水文地质状况、岩土结构和地下水的运动状况。其次，开展工程地质的水文地质勘察工作时，若土层内含有地下水，则必须深入探究地下水的性质及相关参数，这样才能给后续的工作提供科学的依据。
