摘要：巖溶區(qū)路橋基礎(chǔ)穩(wěn)定性分析與評價(jià)是目前國內(nèi)外高速公路建設(shè)的重大技術(shù)難題之一。對巖溶區(qū)地基穩(wěn)定性評價(jià)研究多集中在塌陷發(fā)育機(jī)理研究及預(yù)防等定性評價(jià)方面，少見定量評價(jià)。GIS技術(shù)在很多領(lǐng)域中已被廣泛應(yīng)用，尤其是在公路管理中，在公路前期規(guī)劃中通過GIS可以方便地進(jìn)行路網(wǎng)的規(guī)劃、選址、分析與最佳路線的決策，同時(shí)還可以對公路沿線的環(huán)境進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：巖溶區(qū)；穩(wěn)定性評價(jià)；地理信息系統(tǒng)技術(shù)

一、巖溶區(qū)特征

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對巖溶區(qū)土地、地下水與景觀等資源的開發(fā)日益增強(qiáng)，由此引發(fā)的巖溶塌陷、地面變形等問題隨之頻繁發(fā)生與嚴(yán)重，由于巖溶塌陷的突發(fā)性與嚴(yán)重危害性，已成為城市資源開發(fā)，規(guī)劃建設(shè)的制約因素，影響了城市可持續(xù)發(fā)展。因此，有效預(yù)防，減輕其造成的危害勢在必行。

覆蓋型巖溶地面塌陷是公路施工中潛在的工程地質(zhì)問題之一。不同開采階段地下水位動(dòng)態(tài)變化特征不同，因此巖溶地面塌陷表現(xiàn)為不同的塌陷形式，具有不同的成因機(jī)制。向上開口的溶洞，由充填物局部坡積或殘積形成，承載力不均勻，成孔過程極易因機(jī)座不均勻沉陷。造成斜孔，或整機(jī)坍塌入孔，造成事故，個(gè)別地層有承壓水或潛流水存在時(shí)，會(huì)稀釋成孔泥漿，造成成孔過程中孔壁支撐條件惡化而坍孔，加大成孔施工難度。

巖溶區(qū)路橋基礎(chǔ)穩(wěn)定性分析與評價(jià)是目前國內(nèi)外高速公路建設(shè)的重大技術(shù)難題之一。目前，對溶洞地基穩(wěn)定性評價(jià)研究多集中在塌陷發(fā)育機(jī)理及預(yù)防等定性評價(jià)方面，少見定量評價(jià)。在彈塑性力學(xué)基本理論基礎(chǔ)上，首先分析地基中溶洞洞壁周圍土體的應(yīng)力狀態(tài)，判別應(yīng)力集中影響范圍，再利用莫爾—庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則對溶洞地基穩(wěn)定性計(jì)算模型進(jìn)行改進(jìn)。研究表明，改進(jìn)模型是可行的，基礎(chǔ)底面尺寸越小、埋深越淺、洞形越尖，地下水位埋深越淺，溶洞穩(wěn)定性系數(shù)越大，越有利于溶洞地基的穩(wěn)定，且地下水位對溶洞穩(wěn)定性影響較為敏感，地下水位小幅度下降就可能導(dǎo)致溶洞由穩(wěn)定變?yōu)槠茐氖Х€(wěn)。因此在溶洞地基穩(wěn)定性評價(jià)中，應(yīng)重視定量評價(jià)，尤其是地下水環(huán)境下的溶洞地基，同時(shí)計(jì)算所得的溶洞基礎(chǔ)最大尺寸、臨界埋深、最大水位埋深對溶洞地基的治理與設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性作用。

二、利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)評價(jià)巖溶區(qū)路橋基礎(chǔ)的穩(wěn)定性

地理信息系統(tǒng)(GIS)是集現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)和測繪科學(xué)為一體的一門新興學(xué)科。它采用數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體等最新技術(shù)，對地理信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地采集、修改和更新地理空間數(shù)據(jù)和屬性信息，為決策者提供可視化的支持。地理信息系統(tǒng)突破了常規(guī)關(guān)系式數(shù)據(jù)庫管理的概念，集圖形管理與數(shù)據(jù)管理于一身，具有很強(qiáng)的空間表現(xiàn)力，它將空間數(shù)據(jù)處理、屬性數(shù)據(jù)處理，空間分析與模型分析與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合，通過數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、系統(tǒng)建立、空間分析與模型分析，產(chǎn)生對資源環(huán)境、區(qū)域規(guī)劃、管理決策、災(zāi)害防治等有用的信息。目前GIS技術(shù)在很多領(lǐng)域中已被廣泛應(yīng)用，尤其是在城市地質(zhì)環(huán)境評價(jià)、農(nóng)業(yè)地質(zhì)環(huán)境評價(jià)中，GIS與傳統(tǒng)的巖溶地質(zhì)等信息分析和處理技術(shù)緊密結(jié)合，延伸出了城市地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)，例如杭州城市地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)，對研究區(qū)進(jìn)行規(guī)則網(wǎng)格單元的劃分，確定評價(jià)因子，利用層次分析法生成巖溶穩(wěn)定性級別區(qū)劃分布，在公路的規(guī)劃與設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)管理等方面具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。因此，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)可以對巖溶基礎(chǔ)穩(wěn)定性計(jì)算模型進(jìn)行改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)巖溶區(qū)路橋基礎(chǔ)的穩(wěn)定性評價(jià)。

三、地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用

1.地理信息系統(tǒng)在巖溶區(qū)公路規(guī)劃中的應(yīng)用

為了適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，公路管理部門需要不斷地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、改建、擴(kuò)建現(xiàn)有的公路運(yùn)輸網(wǎng)，尤其是巖溶區(qū)的公路修建。以前，杭州市沒有將GIS應(yīng)用在巖溶區(qū)公路規(guī)劃中，巖溶區(qū)公路的規(guī)劃主要依靠對現(xiàn)況的定性了解和工程師的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行，缺少系統(tǒng)的檢測、評價(jià)和科學(xué)的決策。在規(guī)劃過程中，常常由于經(jīng)驗(yàn)限制及缺乏對數(shù)據(jù)的定量分析，使規(guī)劃方案不盡合理，由此造成資金浪費(fèi)，路網(wǎng)的使用效率下降。而GIS與巖溶等地質(zhì)環(huán)境信息相結(jié)合的地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)不僅可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼標(biāo)準(zhǔn)化、存儲(chǔ)、查詢，而且可以在數(shù)據(jù)庫和相關(guān)知識庫的基礎(chǔ)上能夠定義和生成各種專用三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、預(yù)測分析模型。如需求分析模型、新建改建公路投資效益分析等模型，通過模型經(jīng)濟(jì)分析與預(yù)測，評估現(xiàn)有巖溶區(qū)路網(wǎng)的使用性能，了解路網(wǎng)狀況，預(yù)測路網(wǎng)性能變化趨勢，為編制中長期路網(wǎng)規(guī)劃，路橋布局及年度養(yǎng)護(hù)計(jì)劃提供依據(jù)。

2.地理信息系統(tǒng)在巖溶區(qū)公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

最近幾年，一些省市已經(jīng)開始著手嘗試把GIS技術(shù)引入到初設(shè)和施工圖設(shè)計(jì)中去，特別是在巖溶區(qū)公路選址中已取得了良好的效果。首先在選線設(shè)計(jì)中，可以通過鼠標(biāo)在數(shù)字化地形圖與地質(zhì)專業(yè)圖如巖溶穩(wěn)定級別評價(jià)圖的疊合圖上綜合多種因子，選取控制點(diǎn)，控制點(diǎn)連線后，路線的大致走向就基本確定下來了。在縱斷面設(shè)計(jì)中，利用GIS可以很方便地采用各種方法(如格網(wǎng)、TIN)建立數(shù)字高程模型(DEM)，利用巖溶鉆孔數(shù)據(jù)，在三維GIS中構(gòu)建巖溶地質(zhì)地下三維結(jié)構(gòu)模型，解剖區(qū)域巖溶發(fā)育層位及部位，巖溶形態(tài)、發(fā)育規(guī)模及其地下空間展布，由于數(shù)字高程模型(DEM)的存在，利用DEM數(shù)據(jù)對工程土石量和填挖范圍進(jìn)行計(jì)算，最后自動(dòng)完成土石方數(shù)量表，計(jì)算出占地面積，估算出占地線范圍內(nèi)各項(xiàng)工程的分項(xiàng)拆遷工作量。

隨著GIS技術(shù)普及和應(yīng)用的深入，GIS在巖溶區(qū)公路領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛，進(jìn)一步開發(fā)和推廣GIS技術(shù)在巖溶區(qū)路橋基礎(chǔ)穩(wěn)定性分析與評價(jià)應(yīng)用中，將在巖溶發(fā)育廣泛的區(qū)域大幅度提高公路建設(shè)和管理的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，推進(jìn)公路建設(shè)和管理模式的全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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