黃大中　李　鵬　高　敬(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津　300251)Design and Implementation of Pressuremeter Test Data Management and Analysis Software Based on Qt and Access DatabaseHUANG Dazhong　LI Peng　GAO Jing

基于Qt和Access數(shù)據(jù)庫(kù)的旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理和計(jì)算分析軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃大中李鵬高敬(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300251)Design and Implementation of Pressuremeter Test Data Management and Analysis Software Based on Qt and Access DatabaseHUANG DazhongLI PengGAO Jing

摘要針對(duì)目前工程勘察中大規(guī)模旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理需求，基于Qt和Access數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理和計(jì)算分析軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效管理，三次樣條插值自動(dòng)修正旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算地質(zhì)成果指標(biāo)和試驗(yàn)成果報(bào)告文檔輸出等功能，大幅提升了旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理工作的效率。

關(guān)鍵詞旁壓試驗(yàn)Qt圖形框架Access數(shù)據(jù)庫(kù)軟件設(shè)計(jì)地質(zhì)成果

旁壓試驗(yàn)是利用旁壓器對(duì)試驗(yàn)孔的孔壁施加水平壓力，使土體產(chǎn)生徑向變形，從而得到壓力與變形間的關(guān)系。旁壓試驗(yàn)可用于原位測(cè)定土層水平向初始?jí)毫?、臨塑壓力、極限壓力，可用于測(cè)求土層的旁壓模量、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、地基承載力和水平基床系數(shù)等[1-2]。

旁壓試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，成本低廉，試驗(yàn)成果能夠較好地反應(yīng)土體的原位參數(shù)，適用于黏性土、粉土、黃土、砂類土、軟質(zhì)巖石及風(fēng)化巖石等多種地質(zhì)條件，在工程勘察中應(yīng)用廣泛[3-10]。旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)校正、圖形繪制和特征點(diǎn)選取等一系列復(fù)雜的計(jì)算處理過(guò)程，傳統(tǒng)的人工處理方法精度和效率較低，難以滿足大規(guī)模工程應(yīng)用需求。

Qt是一個(gè)跨平臺(tái)的C++圖形界面應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架[11-12]，聯(lián)合Access數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)的有效管理和計(jì)算處理。針對(duì)目前工程勘察中大規(guī)模旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理需求，基于Qt和Access數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)了旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理和計(jì)算分析軟件，該軟件能夠自動(dòng)通過(guò)三次樣條插值修正旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制旁壓試驗(yàn)曲線，根據(jù)規(guī)范計(jì)算各項(xiàng)地質(zhì)成果指標(biāo)并輸出試驗(yàn)成果報(bào)告文檔，大幅提升了旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理工作的效率。

1軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理和計(jì)算分析軟件(PTMAS)的模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，主要包括工程項(xiàng)目、旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)計(jì)算分析、成果圖表輸出和幫助。

軟件數(shù)據(jù)庫(kù)采用了Access數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，包括工程項(xiàng)目表、旁壓試驗(yàn)孔表、旁壓試驗(yàn)點(diǎn)表、旁壓試驗(yàn)項(xiàng)目表、旁壓標(biāo)定試驗(yàn)列表和旁壓標(biāo)定試驗(yàn)項(xiàng)目表，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效管理。

2軟件功能實(shí)現(xiàn)

2.1　旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理

軟件界面如圖3所示，菜單欄包括工程管理、編輯、成果、接口和幫助。其中工程管理菜單的子菜單包括新建工程、打開(kāi)工程、工程信息、保存工程、關(guān)閉工程、工程數(shù)據(jù)備份、導(dǎo)入備份數(shù)據(jù)、打印、退出。

點(diǎn)擊相應(yīng)子菜單后可以彈出相應(yīng)的對(duì)話框，圖4所示為新建工程對(duì)話框，單擊確定后將建立該工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)管理項(xiàng)目樹(shù)(如圖5所示)，包括旁壓儀器標(biāo)定和旁壓試驗(yàn)項(xiàng)目樹(shù)，其中旁壓儀器標(biāo)定包括彈性膜約束力標(biāo)定和儀器綜合變形標(biāo)定子項(xiàng)目樹(shù)。

雙擊項(xiàng)目樹(shù)中子項(xiàng)目后，可打開(kāi)相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，圖6所示為旁壓試驗(yàn)孔數(shù)據(jù)列表。在數(shù)據(jù)表中可錄入相應(yīng)的旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可以針對(duì)行和單元格進(jìn)行數(shù)據(jù)的復(fù)制、刪除、恢復(fù)等編輯操作。

軟件實(shí)現(xiàn)了多種導(dǎo)入、導(dǎo)出接口，可將項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)備份為access格式的數(shù)據(jù)庫(kù)文件或txt文本數(shù)據(jù)文件，當(dāng)需要恢復(fù)備份數(shù)據(jù)時(shí)可將相應(yīng)備份文件導(dǎo)入至項(xiàng)目中。

2.2　旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算分析

旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入或?qū)胪瓿珊螅蓪?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析。軟件中采用三次樣條插值法對(duì)旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值，繪制試驗(yàn)曲線，在數(shù)據(jù)區(qū)間[xj，xj+1]內(nèi)，三次樣條插值函數(shù)表達(dá)式為

式中，Mj、Mj+1為數(shù)據(jù)點(diǎn)處的二階導(dǎo)數(shù)值，hj=xj+1-xj，j=0，1，…，n-1。

根據(jù)曲線特征，假定數(shù)據(jù)初始點(diǎn)和終點(diǎn)處滿足自然邊界條件，通過(guò)求解聯(lián)立的方程組可以得出Mj的值，進(jìn)而得出各數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)的三次樣條插值函數(shù)表達(dá)式。圖7所示為插值后繪制的彈性膜標(biāo)定試驗(yàn)曲線。

軟件中采用最小二乘法對(duì)儀器綜合變形標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，計(jì)算儀器綜合變形修正系數(shù)，圖8所示為儀器綜合變形標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果。

旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)需要根據(jù)標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》，修正后壓力p的計(jì)算公式為

p=pm-pi+pw

式中，pm為壓力表讀數(shù)；pi為壓力修正值；pw為土的靜水壓力。

修正后測(cè)管水位下降值s的計(jì)算公式為

式中，s180為3 min測(cè)管水位下降值；η為儀器綜合變形修正系數(shù)。

對(duì)應(yīng)于s的體積膨脹量V=s×A，其中A為測(cè)管內(nèi)截面積。

根據(jù)修正后的旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以繪制旁壓試驗(yàn)p-V曲線，并確定試驗(yàn)參數(shù)p0、pF、pL、V0、VF、VL。軟件中提供了2種參數(shù)值確定方法，包括《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》中的直線端點(diǎn)法和《土工試驗(yàn)規(guī)程》中的作圖法。直線端點(diǎn)法中p-V曲線直線段起點(diǎn)對(duì)應(yīng)壓力為p0，作圖法中需將直線段延長(zhǎng)交于縱坐標(biāo)軸上一點(diǎn)，過(guò)該點(diǎn)做橫坐標(biāo)軸的平行線交于曲線一點(diǎn)，此交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力值為p0，直線段終點(diǎn)對(duì)應(yīng)臨塑壓力為pF，極限壓力pL為曲線上VL=Vc+2V0對(duì)應(yīng)的壓力值。在軟件中可根據(jù)需要選擇計(jì)算方法，計(jì)算得出參數(shù)值p0、pF、pL、V0、VF、VL，如圖9所示。

2.3　旁壓試驗(yàn)成果計(jì)算

根據(jù)旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出參數(shù)值p0、pF、pL、V0、VF、VL后，可進(jìn)一步計(jì)算得出土體的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)成果。

旁壓剪切模量

旁壓剪切模量

臨塑荷載法和極限荷載法計(jì)算得出的地基基本承載力分別為

水平基床系數(shù)

式中，Vcm=Vc+V0+ΔV/2；Vc為旁壓器測(cè)量腔固有體積；Δp=pF-p0；ΔV=VF-V0；μ為土體泊松比；σh0為地基土的靜止水平總應(yīng)力；l為旁壓器測(cè)量段長(zhǎng)度。

軟件中旁壓試驗(yàn)成果計(jì)算界面如圖10所示，可以根據(jù)不同巖土類別的泊松比、靜止土壓力系數(shù)、土層平均重度值，自動(dòng)計(jì)算旁壓剪切模量、旁壓模量、地基承載力、水平基床系數(shù)等地質(zhì)成果。

3軟件工程應(yīng)用

軟件可以將旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析結(jié)果輸出為word或pdf格式文檔。應(yīng)用本軟件對(duì)某工程的旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算處理，得出的單個(gè)旁壓試驗(yàn)綜合成果word文檔如圖11所示，包括旁壓試驗(yàn)孔信息、修正后旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)、旁壓曲線及各項(xiàng)地質(zhì)成果值。

對(duì)試驗(yàn)孔內(nèi)的全部旁壓測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，計(jì)算得出地質(zhì)成果值后，可利用軟件生成旁壓試驗(yàn)孔成果柱狀圖(如圖12所示)，可打印輸出為pdf格式文檔。

4結(jié)論

基于Qt和Access數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)了旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理和計(jì)算分析軟件。利用軟件可以有效地管理工程勘察中的大規(guī)模旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)三次樣條插值實(shí)現(xiàn)了對(duì)旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)修正，能夠按各行業(yè)規(guī)范要求計(jì)算分析旁壓試驗(yàn)點(diǎn)的各項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)，生成旁壓試驗(yàn)綜合成果圖表和試驗(yàn)孔成果柱狀圖等文檔，大幅提升了旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理工作的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)：第四版[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007:252-262

[2]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10018—2003鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2003:34-45

[3]王福，高敬，趙艷良，等.旁壓試驗(yàn)等體積增加測(cè)試方法研究[J].鐵道勘察，2011，37(6):53-55

[4]郭建波，劉曉明.預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)在廈門(mén)地鐵巖土工程勘察中的應(yīng)用[J].鐵道勘察，2014，40(2):54-57

[5]王哲威，付開(kāi)隆.阿爾及利亞?wèn)|西高速公路梅拉爾旁壓試驗(yàn)應(yīng)用[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2013(1):15-19

[6]任建喜，賀小儷，劉朝科，等.旁壓試驗(yàn)在西安地鐵巖土工程勘察中的應(yīng)用研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2013(11):98-101

[7]楊超，汪稔，孟慶山.濱海沉積軟土中旁壓試驗(yàn)成果分析[J].巖土力學(xué)，2011，32(S1):275-279

[8]康巨人，劉明輝.旁壓試驗(yàn)在強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中的應(yīng)用[J].工程勘察， 2010(S1):932-937

[9]蘭嵩.黃土地基中旁壓試驗(yàn)的結(jié)果分析及應(yīng)用研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2010:17-41

[10]魯輝，楊紅云，張騰.旁壓試驗(yàn)在砂卵石地層中的應(yīng)用及改進(jìn)[J].河南水利與南水北調(diào)，2012(20):72-73

[11]霍亞飛.Qt Creator快速入門(mén)[M].北京:北京航天航空大學(xué)出版社，2012:331-376

[12]姜增如.Access2010數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2012:16-52

中圖分類號(hào)：TU413

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-7479(2015)06-0049-04

作者簡(jiǎn)介：第一黃大中(1987—)，男，2014年畢業(yè)于浙江大學(xué)巖土工程專業(yè)，博士，工程師。

收稿日期：2015-11-03