岩土工程中计算机技术的应用概述

李盛斌 崔保龙

（延安大学建筑学院，陕西延安 716000）

1 岩土工程及计算机技术概述

1.1 岩土工程概述

岩土工程是欧美国家在上世纪60年代在土木工程实践中建立的一种新的技术体制，它以岩土力学为理论基础。作为土木工程的分支，岩土工程主要是利用工程地质学、土力学、弹塑性力学、岩石力学等解决岩石和土的问题，按照工程建设来分主要有：岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程治理、岩土工程监测、岩土工程检测。岩土工程的主要研究方向有以下三种：城市地下空间和地下工程、边坡和基坑工程、地基与基础工程。城市地下空间及地下工程主要以地下空间为主体，研究地下空间在开发利用过程中遇到的各种岩石土体问题，边坡和基坑工程主要研究基坑开挖对周围环境的影响，地基模型的建立，地基处理技术及受力分析的研究。

1.2 计算机技术概述

随着计算机技术的迅猛发展，计算机技术开始在各个领域发挥着越来越重要的作用。随着计算机可视化技术的发展，使数据库、监测信息等更清晰明了。能够提高有限元应用的可靠度和精确度。虚拟技术的应用，他是以现实参数等各种信息融入到模拟系统中，通过模拟实际施工为工程作出判断依据。多媒体仿真技术是采用不同媒体形态描述不同性质的模型信息，将系统的行为与数学模型以及在时空中表现有机的结合起来进行建模。随着计算机软件的不断开发应用，众多的计算机技术开始在岩土工程中应用。

随着岩土工程的不断发展，其在内容上更全面，在控制要求上更严格，为了做好岩土工程的设计、处理、计算必须要结合迅速发展的计算机技术，现代的计算机技术在岩土工程中发挥着越来越重要的作用。

2 岩土工程计算软件

岩土工程主要以岩石土体为研究对象，是理论实践都很强的新型综合学科。它包括前期勘察、设计、施工、监测、工程管理等各个阶段。随着计算机技术在土木工程领域的推广应用，其在模型构建、结构稳定分析、承载力计算中不断应用分析。另外各种计算方法如土体稳定分析、有限元分析、极限数值法都被引入到岩土工程领域，除了岩土工程中常被使用的绘图软件Autocad，结构分析经常使用的ansys 等有限元分析软件外，还包括离散单元法、不连续变形分析方法、流行元法等，随着科技的进步，更多更实用的工程软件被开发出来，并在工程的各个阶段充当这重要的角色。下面我们根据工程阶段的划分详细介绍一些常见的岩土工程软件，工程施工通常包括勘察、设计、施工、监测、工程管理等步骤。

2.1 岩土工程勘察

计算机技术在岩土工程勘察领域的应用较广，种类繁多。在野外数据采集、数据处理、编写勘察报告、实验数据的处理等各个方面具有软件适用。例如对于各种类型的数据采集设备，这些设备一般具有体积小、操作简单、收工作环境影响小等特点，在采集完数据后一般能实现数据的实时储存。另外有的软件还能实现人机交互，在采集完数据后依靠数据接口导出监测结果，数据整理。如国内开发并广泛使用的华岩的岩土工程勘察数据处理系统、正的工程地质勘察CAD。

在进行岩土工程实验时，实验的项目及操作规程要按照《土工实验规程》、《公路土工实验规程》、《铁路工程土工实验方法》的规定，但是长期以来比较规范的实验软件一直没有出现，近年来国内了开发的HNTGCS.HYST200 以及国外的GDSLAB 和GEOCEL 软件不但操作简单，而且很容易对实验过程进行控制，并能够自动分析实验数据导出实验结果。这些软件还能够按照不同的工程领域采用相应的计算公式、实验指标、实验报表格式等。

对于勘察数据我们一般不仅仅希望用来解决某个项目，应该把这些工程地质信息集中起来，进行管理，建立起某个地区地质信息库，的为工程建设者提供更好的决策依据。因此地理信息系统(GeographicInformationSystem 简称G1S)应该是未来岩土工程勘察的一个重点发展方向，国外在这方面的研究已经取得了不错的成绩。

2.2 岩土工程设计

岩土工程设计软件包括基础设计、桩基设计、沉降分析、渗流分析等。目前常用的基础设计软件有基础CAD 设计软件、BEARCAP、BCAP 等软件，BCAP 软件可以依靠概率函数选择合适的土体参数，可以估算圆形矩形等各种形状的承受各向力的基础形式。

国内常用的桩基础设计软件是Pile2000 等。在国外常用的单桩设计软件是PILE，DEFPIG 软件常用来设计160 根桩以内的桩基，PC-PGROUP 软件能设计超过200 根桩基的情况，其主要依靠边界元原理进行设计。

对于边坡稳定性分析的软件在国内外也较多，如KZTeBro3.1、GBSLOPE、Slipcircle-1Plus 等，他们都能解决复杂的地层分布、复杂的受力条件、复杂的边界条件以及不规则破坏等问题。这些边坡稳定分析类的软件大多是基于极限平衡分析的垂直条分法，滑移线法等

2.3 岩土工程施工

在施工过程中，要对工程的地质信息、工程信息进行全面的测量，根据测量的结果指导设计施工，这种方式被认为是合理的实用的控制手段，在隧道和基坑施工中已有广泛的应用。

日本在隧道的阶段施工中，应用较多的是3D-有限元分析软件，该软件可以模拟各个类型的开挖方式，包括全断面开挖、上下分布台阶开挖、左右分析台阶开挖和四分布开挖等。通过对不同开挖方式的模拟分析对比，可以得出相应开挖方式的应力变形等。柜内的灰色理论正在逐步的发展应用。利用灰色系统可以建立经验预报模型。通过施工过程中的采集数据，对采集的数据进行处理加工。这种施工方法能解决地质资料不全、设计不妥当等造成的误差，特别是适用于地质条件复杂、施工困难，施工质量要求较高的隧道施工。

2.4 岩土工程检(验)(监)测

目前自动检测系统已经在土木工程的各个领域取得了广泛的应用，在岩土工程的边坡监测、深基坑监测等都有所涉及。自动检测系统能够降低由于设计不足带来的损失，对于在建工程或者是已经竣工的工程都能做出检测，通过检测的实时数据能够及时的发现问题，并采取相应措施。

深基坑开挖监测软件JKJCV3.0 在岩土工程处理分析功能强大，能同时处理深层侧移、竖向位移、水平位移、地下水位、支护结构内力、土压力等6 种工程监测数据，并且能在各种系统下运行。该软件功能强大，还能进行深层侧移监测、竖向位移监测分析、地下水位监测分析和土压力监测分析，通过测斜仪、电子水准仪、全站仪等测试各种工程参数，依靠该软件依据实测结果进行分析处理，该软件能够准确分析各种数据并绘制相关曲线及表格，并且把数据监测结果及时的反馈到项目管理处，为施工管理者提供各种依据

在桩基检测领域，发展应用比较好的是美国G.G.Goble 教授和Frank.Rausche 博士创立的应力波理论和PDA 高应变桩基动测实验，并研究出了相应的计算软件，该软件经过多年的工程实践表明是一款经济实用检测高效准确的检测方式，同时他的实时监测功能能够给施工人员提供第一手的资料，另外该软件还能够计算残余应力，计算桩端阻力等，该软件还能够准确的描述桩基受力分布，准确的计算桩身的应力大小。

现在许多检测仪器里面都嵌套系统，这样可以及时的对采集的数据进行分析加工转化，使整个测量工作及时有效的传递数据信息，帮助决策者更好的对监控工作做出应对。

2.5 岩土工程管理

岩土工程管理服务于整个岩土工程项目，包括单位的事务管理、项目管理、文档数据管理等。单位事务管理相关的软件种类繁多如办公自动化软件，财务管理软件等，这些软件都能快速高效的服务于工程项目。项目管理信息系统是利用计算机软件服务整个项目管理，具体包括以下几个控制模块：工程施工进度控制模块，财务控制模块、质量控制模块等，对整个项目的推进起到实时控制的作用，并且准确记录各种模块数据。岩土工程属于土木工程的一个分支，和土木工程一样，整个项目在设计、施工、监控、竣工验收阶段都有大量的设计文件、修改报告、设计方案等一大批文件，对于这些文件必须要进行分类处理，建立工程数据库，传统的档案管理系统已经不能满足工程量日益巨大、日益复杂的工程项目，因此必须依靠计算机技术实行可视化管理系统。并且可以计算机技术和档案管理相结合的处理方式。

3 计算机技术在岩土工程中的应用展望

（1）可视化技术在岩土工程中的应用，促进了岩土工程分析数据、有限元模型的建立、输出结果的智能化，使得大量的数据结果以简单明了的图表格式来说明问题。

（2）虚拟技术和多媒体仿真技术的应用开发，可以对整个项目进行仿真模拟，发现问题及缺陷及时的通过一定的方法改进，或者对施工方案进行必要的修改。

（3）岩土工程中计算机技术的应用应该更加标准化、智能化、集成化、可视化，应该进一步的改进虚拟技术，通过更直接明了的动画来掩饰工程项目。

（4）随着多媒体通讯技术的发展，在进行岩土工程设计时，要开发出更好的更实用的人机交互软件，使整个设计工作更高效更准确。

（5）岩土工程应于计算机技术、遥感技术、卫星定位系统等结合起来，使对岩土工程的勘察、设计、施工、监控更智能更高效。

4 结语

随着计算机技术在岩土工程领域的广泛应用，岩土工程软件得到了突飞猛进的发展，岩土工程软件包括工程建设的各个阶段，对岩土工程的勘察设计、工程项目设计、工程项目管理都有重要的作用，我们还可以针对当前的工程实际，及时对软件进行优化，开发使用新的计算机软件。使计算机软件能更好的服务岩土工程项目。

[1]龚暖南.21世纪岩土工程发展展望[J].岩土工程学报，2000,22(2):30-31.

[2]王国欣.科学计算软件在岩土工程中的应用[[J].岩土工程技术，2002.

[3]郑国平等灰色系统理论在隧道信息化施工中的应用.岩土工程师2000.2

[4]谢康和等深基开挖监测软件.JKJCV3.0 及应用地基处理2001.6

[5]朱瑞庚，GIS 技术在长江流域岩土工程中的应用[J].岩石力学与土程学报，2005(24):20-21.