（地质工程专业论文）基础岩土工程信息的标准化及其gis架构.pdf

贵州大学硕士论文 摘要 岩土工程信息是与建筑物地基、岩土体工程治理和利用相关的数据，对这些 数据进行最基本的单元化、标准化，形成基础岩土工程信息。利用g i s 技术对基 础岩土工程信息进行综合一体化管理，最大程度的发挥岩土工程数据的经济价值。 论文对贵州省的基础岩土工程数据进行分类编码、单元数据划分，并在此基 础上进行区划工作，形成贵州省基础岩土工程信息区划图。从空间数据库比例尺 的选择，比例尺的连接，数据库背景数据源，数据库的数据组织，软件平台的选 择等几方面展开对基础岩土工程信息g i s 架构的研究。论文还对贵州省基础岩士 工程信息系统进行了前期开发，获得了大量基础数据，为以后工作奠定了良好的 基础。 关键字：基础岩土工程信息；贵州；标准化；g i s ；架构 i 贵州大学硕士论文 s t a n d a r d i z a t i o no ff u n d a m a n t a lg e o t e c h n i c a l e n g i n e e r i n gi n f o r m a t i o na n dg i s s t r u c t u r e a b s t r a c t g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n gi n f o r m a t i o ni sc o n c c mo fb u i l d i n gg r o u n d w o r k , r o c ka n d s o i lm a s s g o v e r n a n c e a n d u t i l i z e ，a n d f u n d a m e n t a l g e o t e c l m i c a le n g i n e e r i n g i n f o r m a t i o ni sf z o mt h eu n i t i z a t i o na n dr s t a n d a r d i z a t i o no ft h e s ei n f o r m a t i 0 r t h e e c o n o m i cv a l u eo fg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n gd a t aw o u l db em a x i m u me x t r a c t i o nw h i t e a p p l i c a t i o no fg i si sm a d eu s eo fg o v e r n i n gf u n d a m e n t a lg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g i n f o r m a t i o n f u n d a m e n t a lg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n gi n f o r m a t i o no fg u i 7 _ & o up m v m c ch a sb e e n c l a s s i f i e da n du n i td i v i d e dd u r i n gt h i sd e v e l o p m e n tw o r k , a n dt h ef u r t h e rw o r ko f z o n i n gm a pw h i c hi sb a s e do i ls u c hd e v e l o p m e n ti sf i n i s h e d 1 kr e s e a r c h i n go fg i s s t r u c t t t r ei sd e v e l o p e df r o mf o l l o w i n ga s p e c t s ：c h o o s i n go fs p a t i a ld a t as c a l e s ，l i n ko f s c a l e s ，d a t as o b i c 2o fd a t a b a s es e t t i n g d a t ao r g a n i z a t i o no fd a b b l e ，c h o o s i n go f s o f t w a r ep l a t f o r m m a n yf u n d a m e n t a li n f o r m a t i o nh a sb e e nc o l l e c t e dd u r i n gp r o p h a s e d e v e l o p m e n to ff u n d a m e n t a lg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e mi ng u i z h o u p r o v i n c e ，a n dt h e s ec o l l e c t i o n sw o u l d b ev a l u a b l et ot h ef u r t h e rr e s e a r c mi nf u t u r e k e y w o r d s ：f u n d a m e n t a l g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n gi n f o r m a t i o n , g u i z h o u ， s t a n d a r d i z a t i o n ，g i s ，s t r u c t u r e i v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究在做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：趔 日 期： ! ! q z 生茵 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权贵州i 大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 日期：! q q ：2 生! 旦 贵州大学硬士论文 1 绪论 1 1 研究背景 随着信息技术的高速发展，信息资源已成为国民经济和社会发展的战略资源， 对信息资源的开发利用水平已成为衡量一个国家经济发展水平和综合国力的重要 标志之一。温家宝总理提出：“以信息化建设带动国土资源信息技术跨越式发展 和国土资源管理方式的根本转变。抓住国民经济和社会信息化的机遇，加快国土 资源管理的信息化，以管理信息化带动管理科学化和服务社会化。“h 。作为城市信 息化建设的重要组成部分，基础岩土工程数据信息化建设日趋重要和迫切。无论 基础岩土工程信息化分解为几个组成部分，其总体涵盖的内容是致的，即必须 有机构体系来参与、协调和实施这项工作；必须制定有关空间数据基础设施的管 理、建立、运行和共享的政策；必须有一系列数据共享所需要的技术标准，如定 位参照系统、数据模型、数据字典、数据质量、数据转换格式及元数据等标准； 必须有在一定标准基础上采集、建立的基本数据集；必须有g i s 的技术支持和网 络化数据分发、共享系统，即空问数据交换网络：同时，必须有任何一项工作都 不可缺少的技术人力资源。 i 以往的几十年中我国获取了大量的岩土工程数据资料，建立了相应的岩土工 程资料数据库。这些数据库多是运用现成的数据库管理系统或g i s 软件直接装载 数据。数据库设计没有完善的标准，缺乏整体规划，只能解决某些专门问题，难 以进行岩士工程数据资料的再开发与再提高。随着我国城市数字化建设的深入发 展及地理信息技术在岩土工程领域的进一步推广，将基础岩土工程信息纳进标准 组织和标准协议进行规范和管理，为海量、多源岩土工程数据的综合一体化管理 和综合应用及实现岩土工程信息的广泛共享打下基础。 1 2 基础岩土工程信息标准化的国内外研究现状 1 2 1 基础岩土工程信息标准化工作的意义 标准化是- - f o 技术性、管理性兼长的综合学科，是在经济、技术、科学及管 贵卅l 大学硕士论文 理等社会实践中，对重复性事务和概念通过制定、发布和实施标准，达到统一， 以获得最佳秩序和社会效益的过程嘲。标准化的综合性具体表现为法制性、政策性、 技术性和经济性。法制性体现在我国有标准化法及其配套法规，规定标准有 强制性和推荐性两类，标准要由一定的权威机关审批，具有法规作用；政策性体 现在推行标准化是国家的一项经济技术政策，体现国家的技术发展规划和技术发 展政策；技术性体现在标准化的成果就是制定出一个个标准，这些标准成为国民 经济各部门的共同技术依据，标准的制定需要被研究对象及标准化等各方面的技 术知识；经济性体现在标准化正是由于可以取得十分显著的经济效果而发生和发 展起来的，标准化可以使国民经济生产发展避免盲目性和重复性，避免不必要的 损失圆。 地理信息标准化研究是目前国内外在该领域研究的的重点和熟点，标准化水 平反映了科技和经济实力，体现着对地理信息技术和产业的引导作用，符合科技 发展的方向地理信息是信息产业中的重要组成部分，是当今全球最活跃、最具 经济潜力、最为政府和大众关注的内容。数字地球和数字区域建设蓬勃发展，各 种地理信息系统硬件，软件、网络、技术方法等日趋成熟并纷争天下，已经积累 大量数据，数据整合处理和入库、建库、提供、交换的问题日益突出。地理信息 标准化越来越显得迫切，对于巩固和发展该领域极为重要，是引导和推动进步睁 无形之手m 。 作为地理信息标准化的重要组成部分，基础岩土工程信息的标准化工作应与 地理信息标准化同步进行。但在我国由于受地域地质条件、部门等因素的影响， 很多基础岩土工程数据是基于各个地方标准、行业标准采集的且独立存储于不同 部门中，造成大量数据资源无法统一管理、重复采集，使岩土工程的信息化进程 与交通、电力等行业相比相对滞后一些。基础岩土工程信息的标准化和规范化是 城市地理信息系统工程的重要的基础性工作，是岩土工程信息系统集成与共享的 关键。 1 2 2 国外研究现状及水平 国际地理信息标准化工作大体可分为两部分。一是以已经发布实施的信息技 术( 1 1 r ) 标准为基础，直接引用或者经过修编采用；二是研制地理空间数据标准， 2 贵州大学硕士论文 包括数据定义、数据描述、数据处理等方面的标准。同其他标准一样，国外地理 信息标准分为五个层次，即国际标准、地区标准、国家标准、地方标准、其他标 准 制定地理信息标准的最主要国际组织是国际标准化组织( i s o ) 地理信息技 术委员会( t e c n i c a lc o m m i t t e eo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n g e o m a t i c s ，即i s o t c 2 1 1 ) 嘲。该委员会的工作范围为数字地理信息领域标准化。其主要任务是针对直接或间 接与地球上位置相关的目标或现象信息制定一套标准，以便确定地理信息数据管 理( 包括定义和描述) 、采集、处理、分析、查询、表示、以及在不同用户、不同 系统、不同地方之间转换的方法、工艺和服务。该项工作与相应的信息技术及有 关数据标准相联系，并为使用地理数据进行各种开发提供标准框架。该技术委员 会目前正开展2 2 个国际标准项目的研制工作。每个项日均以一些比较成熟的国家 标准、地区性标准为基础。内容主要涉及地理信息框架和参考模型、地理空间数 据模型和算子、地理空间数据管理、地理空间数据服务和专用标准等。 开放式地理信息系统联合会( o g c ) 使一个拥有国际成员的行业组织机构， 现有包括软件公司、政府部门和大专院校在内的成员2 5 8 个其主要任务是研制 公众可用的开放式地理信息规范，使其有网络环境中透明地共享异构地理数据及 其处理资源地能力瑚。另外还有负责研究和制定适于欧洲市场地理信息标准的欧洲 标准化委员会设立的地理信息标准化委员会( c i 烈，r c = 2 8 7 ) ；致力于美国国家地理 空间数据标准的研究的美国联邦地理数据委员会( f g d c ) 。 西方发达国家在地质信息化方面开展的比较早且有丰富的经验。美国是“数 字地球”的提出者和领军者”。从1 9 9 4 年克林顿总统提出建立国家空间数据基础 设施( n s d i ) 与“数字地球”以来，美国地质测量局、美联邦地理数据委员会、 美国航空航天局、开放的地理信息系统协会等开展了大量工作，完成了 g e o w o r l d 、全球灾害信息网络、在线国家地图集等多项计划锄。加拿大早在2 0 世纪9 0 年代初就开始利用计算机进行野外数据采集，并不断完善建立了相应的标 准体系。澳大利亚也已经建立了地学数据库、地学数据模型以及基于该模型的地 质g i s 词典、图示图例标准、基于g i s 的数字地质图生产指南等。荷兰阿姆斯特 丹市建立的大型关系数据库管理系i n g e o b a s e ，收入了2 0 0 k m 2 范围内的4 万多 个钻孔、静力触探结果和地下水资料。另外日本大阪地区历时1 0 年建立了大阪地 3 贵州大学硕士论文 层数据库信息系统，钻孔达到了3 0 0 0 0 0 个哪。 1 2 3 国内研究现状与进展 我国在8 0 年代初开始研究和开发g i s 时就开始做g i s 标准和规范研制工作。 多年来为促进我国g i s 技术的应用发挥了重要作用，其中比较突出的有：1 9 9 7 年 完成、1 9 9 8 年出版的城市地理信息系统标准化指南全面系统地论述了城市地 理信息系统标准化的总体框架、所涉及的各个方面的主要内容及关键的相关技术， 为我国城市g i s 的标准化打下了良好基础，同时也为其他领域g i s 标准化提供了 参照思路；2 0 0 3 年出版的地理信息国际标准手册为国内g i s 业界同行打开了 一扇研究借鉴i s o 国际标准化先进经验的窗口；国土资源、测绘、建设、交通、 水利等部门都纷纷建立了各自领域内与g i s 相关的标准体系，并且国土资源部还 建立了国土资源信息标准参考模型，g i s 标准化工作走在前列；我国积极参与国际 标准化组织地理信息技术委员会( i s o 仃2 1 1 ) 的活动，并于1 9 9 8 年9 月在北京 成功主办了i s o t c2 1 1 第七次全体会议；为结合g i s 领域的现实应用需求，我国 已经或正在转化多项国际先进标准，如有关地理信息的“一致性与测试”、。元 数据”，“质量元素”、“质量评价程序”以及有关卫星导航定位的“车载导航 电子地图规范”等”。 但国内g i s 标准化由于受体制和其它因素的制约，基本上是围绕着各部门自 身实际工作展开，于是不同部门、不同时间逐个立项研制标准，因而各标准之间 的协调性、一致性较差，相互关系不明确，缺乏整体思路，难以从根本上实现g i s 标准化。另外在组织协调方面，由于g i s 应用范围极为广泛，国土资源、测绘、 城市建设、农林、环境、交通、行政管理等诸多领域都需要g i s 技术，面对g i s 实际应用需求，一些标准化活动的出发点通常以本部门的为中心，与其它相关部 门缺乏沟通，其结果往往是各行其是，互不协调，系统间难以相互兼容和进一步 集成，g i s 的效用得不到充分发挥。目前国内多数的g i s 大都是由部门或地方投 资建设的，因而对g i s 的使用多以考虑局部利益为主，这或多或少地影响着g i s 标准化的实现。基于以上的原因岩士工程数据的标准化同样存在着上述阅题。近 年来随着国家各项设旅建设的飞速发展， 但数据存储类型，管理平台等不尽相同， 不同部门间获得了大量岩土工程资料， 阻碍了岩土工程数据的广泛共享与深入 4 贵州大学硕士论文 开发利用。 1 3g i s 技术在岩土工程中的应用 地理信息系统( g i n ) 即能够对与地理位置有关的各种特征信息进行输入、存 储、查询、分析及输出等各种处理的计算机辅助技术系统c - 】，它已经随着信息产业 的发展，逐渐运用到各行各业，其强大的多功能综合分析能力，使得它更容易在 需要建立多层次数据结构、时空型数据信息的有关行业中得以运用。 g i s 作为- t l 新型技术，以其管理空间信息的独特优越性，已经广泛应用于 城市规划、资源管理、水利、农业、交通、能源、岩土工程等各个领域和行业。 而今，我国正处于基础建设告诉发展时期，大规模的基础建设使岩土工程领域积 累的数据急剧增多，资料数据增长迅速。因此，如何有效的存储、管理、交流从 而充分开发综合利用这些数据，已成为国内岩士工程工作者共同关心的问题。显 然，利用计算机技术建立起岩土工程数据库系统，是显示、存储、管理和利用岩 土工程数据信息效果最好、也是最经济合理的途径。当前，g i s 软件对空间数据和 属性数据的处理技术尚待优化，在岩土工程学领域的实际应用中，没有充分发挥 g i s 技术的优势，极大的阻碍了有关技术的开发和应用。当然目前国内外已较广泛 的开展了g i s 技术和数据库技术相结合的岩土工程数据库系统的开发和研究工作， 并取得了可喜的成绩。 g i s 技术在美国、加拿大、日本、澳大利亚和德国等国家的地质部门已经应用 的较为成熟，取得了相当的社会和经济效益。美国地质调查所早在上个世纪7 0 年 代就建成了5 0 多个信息系统，作为管理地理、地质、水资源等领域空间信息的工 具。这些系统的建立，使美国早于其他国家迈上了空间信息可视化管理的道路。 n s f ( n a t i o n a ls c i e n c ef o u n d a t i o n ) 于联邦高速公路管理处建立了美国岩土工程试 验现场信息系统，该系统是一个基于g i s 的大型数据，对美国所有岩土工程试验 现场所得的数据进行处理、管理、显示及输出“”。 国内，岩土工程领域g i s 技术的应用起步较晚，但发展的比较快。在地质灾 害领域，1 9 9 8 年底开展的新一轮国土资源大调查中，由成都理工大学牵头，进行 了“地质灾害信息系统及防治决策支持系统”的开发研究，形成一个面向全国地 质灾害调查和评价的综合信息系统。在工程勘查领域，南京大学地球环境计算工 责， i 大学硕士论文 程研究所进行了大量的研究工作，尤其在3 d - - g i s 的实现和集成方面作出了有效 的尝试。以m i c r o l y n x 作为地质软件包，应用三维地质建模技术，对润扬长江公路 大桥北锚碇的地基进行三维地质分析。上海岩土工程勘查设计研究院正在开发的 岩土工程优化设计专家系统，该系统采用g i s 技术对上海地区土层土质情况进行 了广泛深刻的研究，建立了包括2 0 0 多幢建筑实测沉降、数百项工程试桩资料和 近千份地质勘查资料的工程数据库、地质数据库“”。完成后的系统能够自动绘制 二维或三维地质剖面以及自动编制设计咨询报告；综合上海地质情况，采用工程 类比法进行岩土工程优化设计，决策最优基础设计方案。但在我国总体来说，由 于受体制等因素的影响，g i s 技术在岩土工程领域的应用都是在不同部门问发展 的。各部门间g i s 开发平台各异，g i s 软件的存储格式互不兼容，限制了数据库 之间的联系和应用，造成重复建设，资源严重浪费。由于开发周期较长，有些系 统已不能完全满足用户的需求，特别是在网络查询方面不能跟上技术发展的步伐 1 4 论文的主要研究内容及技术路线 1 4 1 论文的主要研究内容 本论文研究以贵州省为例，主要从“基础岩土工程信息的标准化”和“g i s 架构”两方面展开。标准化工作是进行系统开发的基础性工作，是保证信息交换 和共享的基础条件。研究内容包括我国岩土工程行业标准化的进程及分析；对岩 土工程的现行标准规范的分类整理及基础岩土工程数据的分类编码。“g i s 架构” 部分研究内容包括：基础岩土工程空间数据库比例尺的选择；空间数据库比例尺 的连接；数据库背景数据的来源；数据库数据的组织和基础岩土工程信息系统软 件平台的选择( 空闯数据库管理软件及商用数据库软件) 。 论文是在对基础岩土工程信息数据标准化的前提下利用g i s 技术搭建基础岩 土工程信息平台，探索消除部门、行业间的壁垒的方法，最大程度的发挥岩土工 程数据的经济价值，推动岩土工程信息综合化一体化发展，促进岩土工程数据的 深层开发和广泛共享。 6 蝴巷孤卅h 础迎坚踊g 竖楚篁划斌g i s 暑 窆 嚣曦世鞲巅暖捏 辇餐剐瓤世辍籁壁制世姆籁苯丑r_ 世鞭巅眨暴君r昌：i避孵豁墨丑koni ；鲆剃g眨幂筮世骧籁厘剁 鞲甥蛊暴丑世寒轻重槲 函球靶饰霍氓蓐钗袋hi陋 姐 章舔螺 峨硇睾稚h卅昶露糊 囊职籁譬世寒巅硇晕稚h“郭翟醐黪柴骧赫略狃g世辑籁砸晕罂h刊瓤管确认拳g避辑豁厘纠醛h卅昶嚣郴毯嘭蚺恹骞g 婚雄磐蜷罂h刊永雷蝴*水 嚣求随驰制g 皋磐蜂爿始驰h刊瘿匝繇 霉球ho鬈螺懒礁旱驰h州驰蓄端晕掣蜂g面，阜罂h刊永雷蛾 k秘书器扑k杀职 贵州大学硕士论文 1 4 2 技术路线 论文通过归并整理岩土工程行业现行标准规范和图形资料及相关报告，结合 工程试验，形成基础岩土工程信息的分类标准及g i s 框架 第一步归并整理岩土工程行业现行标准规范和图形资料。 分类整理与岩土工程有关的术语标准，岩土工程勘查标准，岩土工程设计标 准，室内试验、原位测试与检测标准，旌工及验收标准及与岩土工程密切相关的 规范等。形成基础岩土工程信息区划图，所需图形资料分为三大类1 ：5 0 万比例 尺的综合地质图、水文地质图和行政图。利用g i s 软件对以上图形资料进行矢量 化，并进行信息分类分层管理。 第二步工程试验 贵州省岩性分布实地调查资料汇总。 选择代表性岩层点的进行实地考察，调查资料的内容包括：岩层点的行政位 置、坐标、地质年代、地形地貌特征、岩块厚度、结构类型、岩层分层情况、风 化情况、结构面密度、抗压强度、密度、容重、含泥量等。 采样试验。 采集贵州省各行业岩石抗压强度试验数据，进行分析汇总得出不同岩层组抗 压强度范围值。 第三步基础岩土工程信息的g i s 架构 通过对基础岩土工程信息标准化的研究及参照岩土工程行业相关标准规范和 工程试验数据，完成以下几项工作： 基础岩土工程信息的分类与编码 对基础岩土工程信息系统数据库框架的研究 g i s 软件的二次开发 技术路线图见表1 - 2 一壅型查兰堡主丝塞 岩土工程行业 现行标准规范 图形资料 对代表性岩层 点实地调查 采样试验 归并整理资 工程试验 基础岩土工程信 息的g i s 架构 图1 2 技术路线图 基础岩土工程信息 的标准化研究及其 分类编码 基础岩土工程信息 区划 基础岩土工程信息 空间数据库 9 贵州大学硕士论文 2 基础岩土工程信息的标准化 2 1 标准、标准体系 国际标准化组织( 1 s o ) 第2 号工作指南( 第4 版) 中对“标准”概念的定义是： “由有关各方根据科学技术成就与先进经验，共同合作起草、一致或基本上同意 的技术规范或其他公开文件，其目的在于促进最佳的公众利益，并由标准化团体 批准。”我国颁布的国家标准g b 3 9 3 5 1 8 3 标准化基本术语第一部分，对“标准” 定义为：“标准是对重复性的事物和概念所傲的统一规定，它以科学、技术和实践 经验的综合成果为基础，经有关方面协调二致，由主管机构批准，以特定形式发 布，作为共同遵守的准则和依据。”n 目 标准体系是指一定范围内的标准，按其内在联系形成的科学的有机整体“”。 组成标准体系的基本单元是标准。这些标准可以是国家标准、地方标准、行业标 准、企业标准中的任意一级的标准，也可以是各级标准中的一部分标准。 国家标准是由国家标准化主管机构批准、发布，在全国范围内统一的标准。 我国的国家标准是以汉语拼音字母g b 为代号的编号序列。在我国现行标准序列 中，与国防工业相关的部门和军、兵种还要贯彻代号为g j b 的国家军用标准。行 业标准是对没有国家标准而又需要在全国某一行业范围内统一的技术要求制定的 标准。行业标准由国务院有关的行业或专业归口部门组织制定，并报国务院标准 化行政主管部门备案，在公布国家标准之后，该项行业标准即行废止。 地方标准是无国家标准和行业标准，而又需要在省、自治区、直辖市范围内 统一的工业产品或非工业产品的技术要求而制定的标准。它由省、直辖市、自治 区标准化行政主管部门组织制定，并报国务院标准化行政主管部门，国务院有关 行政部门备案，在公布国家标准或者行业标准之后，该项地方标准即行废止。 企业标准是对没有国家标准和行业标淮，而在企业单位生产、服务中需要统 一的技术、管理、工作要求所制定的标准，它由企业单位或上级有关机构批准， 发布、旋行。对已有国家标准或行业标准的，国家鼓励企业采用先进的国际标准， 也允许制定严于国家标准或行业标准要求的企业标准。企业标准主要是在企业内 部适用，包括技术标准、管理标准和工作标准。 l o 贵州大学硕士论文 2 2 我国岩土工程标准化的进程及分析 2 1 1 我国岩土工程标准化工作的进程 在2 0 世纪5 0 年代以前，我国兴建的重要建筑的工程设计和施工所依据的标 准都是国外的。虽然也有在国际上报道过如上海的室内外试验研究以及建筑物沉 降观测的资料嗍，但在旧中国还不可能产生我国自己的规范。在5 0 年代，我国的 工程建设主要按苏联的规范设计，这些规范在我国的工程建设中起过重要的作用， 但并不完全符合我国的实际情况。1 9 5 6 年南京水利科学研究所编制了土工试验 操作规程，这是我国第一本岩土工程标准。6 0 年代是我国岩士工程的初创时期， 在1 9 6 2 年举行的中立国土木工程学会第一节土力学及基础工程学术会议上交流的 论文大多是5 0 年代研究工作的总结，其中有不少的成果成为后来编制各种规范的 主要技术储备1 捌。在6 0 年代初对软土地区的事故进行的大规模的调查研究，写 成”软土地基设计施工主要问题及其经验“的报告。7 0 年代虽然受当时政治环境的 影响，却产生了一批岩土工程规范的诞生和修改，其中影响较大的有工业与民 用建筑地基基础设计规范和工业与民用建筑工程地质勘察规范，标志着我国 开始有了岩土工程勘察和设计的标准，标准化工作进入了一个新的阶段。年代 的岩土工程标准具有明显的时代特色，改变了过去受前苏联工程标准影响的模式， 接受了西方工业发达国家岩土工程体制和岩土工程标准的某些适合我国的部分。 在这个阶段变质或修订的规范有建筑地基基础设计规范、湿陷性黄土地区建 筑规范、土的分类标准等等及上海市地基基础设计规范、天津市建筑地 基基础设计规范等地方标准。可以看出这是我国的岩土工程标准已经形成了国 家标准与地方标准相结合、通用标准与专门标准相结合的完整体系。9 0 年代的岩 土工程标准化的特点是进一步完善体系和采用先进的勘查手段、试验技术和设计 方法，在广度和深度上都有比较大的发展。1 9 9 7 年出版的 0 7 5 时，其软化性弱，抗冻性、 抗风化能力强。贵州碳酸盐岩的软化系数测试结果如下表，即石灰岩抗风化能力 比白云岩较弱。 贵州常见碳酸盐岩软化系数范围 表3 吧 岩石 干抗压强度m p a湿抗压强度p a软化系数 石灰岩5 0 2 5 0 1 8 00 7 0 9 白云岩8 0 2 5 08 0 2 2 00 8 0 9 5 ( 3 ) 强度特征 1 ) 饱和抗压强度 经大量试验数据统计结果( 见下表) 表明：贵州碳酸盐岩和水的关系较为密 切。岩溶发育的碳酸盐岩，其空隙率大，连通情况良好，因此自然状态和饱和状态 下的抗压强度较为相近。在岩溶不发育的碳酸盐岩中，空隙连通情况差，同时含有 泥质等软弱或膨胀性矿物，则其饱和抗压强度比自然状态下的抗压强度有较大程 度的降低。 贵州常见碳酸盐岩饱和抗压强度范围表3 - 3 i岩石石灰岩白云岩 i饱和抗压强度肝a 5 0 1 8 08 0 2 2 0 2 ) 影响强度特征的因素 矿物成分 不同矿物具不同硬度，碳酸盐岩由不同矿物组成，故各碳酸盐岩的抗压强度不 同。此外，碳酸盐岩的抗压强度还受到晶粒大小、胶结情况及生成环境的影响， 导致其强度相差很大，如石灰岩含有大量的方解石，其硬度为3 ，在完整的石灰岩 壅丝查主堡主堡苎 _ 中方解石能形成骨架，使其强度可达2 0 0 m p a ；白云岩的主要矿物( 白云石) 的硬度为 3 5 4 ，其强度可达2 5 0 1 咿a 。 生成环境 碳酸盐岩的强度与其沉积环境有关。深海沉积和重荷载压实作用下生成的碳 酸盐岩密度大，结构紧密，强度大；浅海沉积和轻荷载压实形成的碳酸盐岩，孔隙率 较大，强度较小。贵州分布的碳酸盐岩多为浅海相沉积，早奥陶纪半局限台地的白 云岩强度平均为1 7 0m p a , 而早奥陶纪局限台地的白云岩平均强度仅为1 2 7 m p a 风化作用 风化作用可极大削弱碳酸岩力学强度。碳酸盐岩经过长期的风化和溶蚀作用 形成了新的粘土矿物。全风化后即变为粘土，其强度极低。含有泥质的碳酸盐岩， 经过强烈的风化后( 白云岩) 呈块状或( 石灰岩) 呈空状，其强度较低。贵州地 处亚热带，气候温和，雨量充沛，导致贵州碳酸盐岩风化程度一般较强烈。 密度 密度是反映强度的主要因素之一，密度大的岩石，其抗压性能常较优越。下 表为贵州碳酸盐岩的密度指标范围，。表明石灰岩的抗压强度较白云岩低。 贵州常见碳酸盐岩密度指标范围表3 - 4 l岩石石灰岩白云岩 i 密度g e r a a 2 1 0 2 7 02 3 0 2 7 5 孔隙率 孔隙对碳酸盐岩的抗压强度有显著影响。贵州常见碳酸盐岩的孔隙率指标如 下表，石灰岩的孔隙率较白云岩大，即石灰岩的抗压强度较白云岩低。 贵州常见碳酸盐岩孔隙率指标范围 表3 - 5 岩石名称 孔隙率 石灰岩 o 5 2 7 白云岩0 3 2 4 节理发育程度 贵州省分布的碳酸盐岩的节理发育程度从不发育到发育，多数为较发育( 每 米长度内的节理条数2 6 条) 贵州大学硕士论文 3 2 2 岩浆岩 3 3 2 1 岩浆岩的分布 贵州省岩浆岩种类较为齐全，超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩均有分布， 但可以看出贵州省岩浆岩主要分布于西部地区，总体出露面积不大，分布相对零 星，主要又玄武岩、辉绿岩和花岗岩等。时代从东往西，逐渐由老变新的规律。 但由于花岗岩仅分布于梵净山和九万大山等极少数地区，且多已变质，总体规模 较小，因而不对花岗岩作单独讨论。 ( 1 ) 玄武岩的分布 贵州省境内的玄武岩以大陆溢流拉斑玄武岩为主，属峨眉山玄武岩的一部分， 分布于西部地区，总的出露面积在3 万k m 2 以上，是出露面积最大的一种岩浆岩。 玄武岩在分布上，总体呈向东突出的舌形，西厚东薄，最厚可达1 2 4 9 r a ；在黔西 安顺一线仅数十米，而且多不连续；在瓮安福权一带尖灭玄武岩分布 的地层层位下至二叠系茅口组，上达二叠系龙潭组。 ( 2 ) 辉绿岩的分布 辉绿岩主要分布于黔西北，在黔南望谟罗甸一线有零星出露。黔西北地 区的辉绿岩有8 0 多处。多为岩床，少数呈岩墙，规模有限，最小出露面积不足1 0 0 叠，最大规模岩体出露长4 0 余l ( m 、厚1 4 3 m ，一般出露长数百米至数千米侵入岩 从泥盆系代化组至二叠系茅口组；黔南地区的辉绿岩有1 0 余处，均为岩床，出露 最长为2 0 余l ( m ，一般i k m l o k m ，厚1 5 m ? o m 3 3 2 2 岩浆岩的物化力学特征 ( 1 ) 玄武岩的物化力学特征 1 ) 玄武岩的矿物成分 玄武岩包括玄武质火山碎屑岩和玄武质熔岩，由于前者主要由各种岩石的角 砾组成，因此对玄武岩的讨论主要针对玄武质熔岩玄武质熔岩的矿物成分主要为 斜长石和辉石，斜长石含量大于5 0 9 6 ，辉石的含量一般小于3 0 9 6 ：次要矿物磁铁矿、 钛铁矿、钛磁铁矿等的含量为i - 1 0 0 ，玻璃质的含量变化较大，般1 0 - 3 5 ：此外 还含有磷灰石、锆石等微量矿物或副矿物，含量在5 以下， 2 ) 玄武岩的化学成分 贵州大学硕士论文 贵州省玄武岩的化学长分除n a 2 0 变化较大外，其余成分相近。玄武岩的s i 0 2 含量为4 5 - - 5 2 、a 1 2 0 3 在1 4 以上、c a o 达9 ，m g o 、f e o 含量不高，n a 2 0 、 k 2 0 含量也相对较低。由岩石碱度的不同还可划分出碱钙性、钙碱性和弱碱性( 钙 性) 三个不同碱性程度分区。 3 ) 玄武岩的结构与构造 玄武岩的结构以拉斑玄武岩结构为主，次为斑状结构、问隐结构、玻基斑状 结构以及交织结构等。一般在较厚喷发层的内部出现全晶质结构，在表皮相及厚 度小于l m 的喷发层则可能出现玻璃质结构。 玄武岩的构造主要为气孔状和杏仁状构造。一般是喷发层上部及底部的气孔 状和杏仁状构造中，气孔和杏仁体的含量小于5 ，以圆形、椭圆形常见，直径小 于l m m 3 m m ，充填物以绿泥石为主；顶部气孔和杏仁体含量大大增加，可达1 0 2 5 ，乃至5 0 ，直径也增大至5 m 1 0 l m ，最大者甚至超过1 0 c m , 出现由长条状、 云朵状、蝌蚪状等复杂形态的气孔，充填物成分除绿泥石外，还有石英、玛瑙、 玉髓、沸石、方解石、绿帘石，黄铜矿等。- 4 ) 玄武岩的物理力学特征 由于玄武岩的主要矿物成分为斜长石和辉石，两种矿物的硬度都较大( 斜长 石硬度为6 o 6 5 、辉石为5 5 6 0 ) ，其抗磨、抗压强度值大，且绝缘性好。 新鲜完整的玄武岩为高强度、高模量、具脆弹性特的各向同性岩体；弱风化较完 整的玄武岩仍有较高的强度和模量，且具有弹塑特征和一定的结构效应。 贵州的玄武岩主要为二叠系溢流拉斑玄武岩，表层普遍风化，为塑性，物理 力学性能较差。据所取大量玄武岩样品的物理力学性能试验，( 致密、斑状) 玄 武岩的密度为2 9 6 9 c m 3 ；吸水率约为0 3 ，饱水率约为0 4 ；饱水抗压强度为 1 0 0 0m p a 2 0 0 0m p a ，平均1 6 7 6m p a 贵州玄武岩的饱水抗压强度统计表3 缶 i岩石类型样品数( 件) 变化范围( m p a )平均值( m p a )变异系数( ) 玄武岩8 11 0 0 0 - 2 0 0 o1 6 7 6 3 3 0 ( 2 ) 辉绿岩的物化力学特征 1 ) 辉绿岩的矿物成分与化学成分 贵州大学硕士论文 黔西北辉绿岩的矿物成分与黔西北玄武岩的成分大致相似，主要由斜长石和 辉石所组成；黔南地区灰绿岩的矿物成分也主要为斜长石( 3 0 - 4 8 ) 和辉石( 3 0 一5 5 ) ，其次为磁铁矿( 2 一8 ) 、钛铁矿( 2 一7 ) 、橄榄石( 2 一 3 ) 、斜方辉石( 1 5 一2 ) 、少量角闪石和黑云母，偶见正长石和石英，并 含微量的磷灰石和锆石等。 黔西北辉绿岩的主要化学成分与黔西北玄武岩也相类似，但f e 2 0 3 与f e o 的 比值( 0 。3 7 ) 较玄武岩( o 6 ) 低，受次氧化作用较弱。 2 ) 辉绿岩的结构与构造 黔西北地区辉绿岩结构与该地区玄武岩的结构类似，主要为拉斑玄武结构， 仅部分厚度较大的岩体内部相具辉绿岩结构或嵌晶含长结构块状、杏仁状构造 及斑杂构造；黔南地区辉绿岩的结构以辉长灰绿结构、嵌晶含长结构及斑状结 构为主。块状构造，顶部边缘相还常见气孔状和杏仁状构造。 3 ) 辉绿岩的物理力学特征 新鲜灰绿岩具有较强的抗磨性，抗压能力和抗蚀能力，因此其力学性能较好 但贵州辉绿岩均为浅成相、顺层或于断裂中产出，风化程度较大，故其强度有所 降低。跟据统计，贵州辉绿岩的吸水率约为1 ；饱水率约为1 6 ；饱水抗压强 度为8 6 0m p a 2 0 0 01 4 p a ，平均1 5 3 1 f ! l p a 。 贵州辉绿岩的饱水抗压强度统计表表” i岩石类型样品数( 件)变化范围( m p a )平均值( m p a )变异系数( ) i j i辉绿岩7 08 6 0 2 0 0 o1 5 3 13 3 oi i 3 3 2 。3 影响岩浆岩( 饱水) 抗压强度的主要因素 影响岩浆岩( 饱水) 抗压强度的因素很多，概括起来主要有岩浆岩的矿物成 分、结构、形成环境条件、风化作用的发育程度、岩石的空隙率及密度等。 ( 1 ) 矿物成分 矿物及其矿物间连接关系对其所组成岩石的抗压强度影响很大。首先，不同 矿物的硬度不同，因而由不同矿物组成的岩石其抗压强度就灰由很大的差异。如 贵州新鲜岩浆岩抗压强度的规律是辉绿岩大于玄武岩；其次，相同矿物问的不同 连接关系组成的岩石，其抗压强度也可明显不同。如花岗岩中的石英含量高，相 互连接形成骨架状，则随着石英含量的增加，岩石的抗压强度也增加，而如果石 贵州大学硕士论文 英的含量低，彼此分散，且含有较多的云母类片状矿物等，则其抗压强度将降低。 ( 2 ) 结构 组成岩石之矿物的结晶程度和颗粒大小对岩石强度的影响十分明显。一般而 言，全晶质结构岩石的抗压强度高于半晶质结构岩石，半晶质结构的岩石的抗压 强度高于玻璃质结构的岩石；细粒结构岩石的抗压强度高于粗粒结构的岩石。如 细粒花岗石的单轴抗压强度可大于2 5 0m p a ，而粗晶花岗岩的抗压强度却可低至 1 2 0m p a ，这是由于粗粒结构岩石矿物颗粒粗大，结构不如细粒结构岩石紧密所致。 ( 3 ) 形成环境 、对于岩浆岩来说，一般深成岩的抗压强度高于浅成岩的抗压强度。因深成岩 的埋藏深，属压力较高的成岩环境条件，岩石结构紧密，空隙率小，因而矿物和 岩石抗压强度大。如从较深部位熔浆中先结晶的檄榄石硬度为6 5 7 0 ，而后结晶 的角闪石硬度为6 0 6 5 ，辉石的硬度为5 5 6 0 ，致使由他们所组成岩石的抗压 强度值也不同。此外，玄武岩底部或中部等环境条件下形成的致密或较致密玄武 岩的抗压强度常可达2 0 0m p a ，而较表部气孔状玄武岩的抗压强度却可低至只有 1 1 0 m p a 。 ( 4 ) 风化作用的发育程度 风化作用的发育及其程度对岩石抗压强度的影响极大。因而风化作用破坏乐 岩石的晶粒本身和粒间连接，从而降低乐其抗压强度。贵州地处亚热带，气候温 和，雨量充沛，夏半年东部常连晴干旱，西部常暴雨频频；冬半年阴雨连绵。这 样的气候条件使的贵州省境内的岩浆岩风化程度较大，强度因此也大大降低如 强风化花岗岩的抗压强度可降低至仅4m p a 。 ( 5 ) 岩石的空隙率和密度 岩石的空隙率和密度对岩石强度的影响亦很大。空隙率于密度成反比，空隙 率大，密度小，其抗压强度和抗磨性均差。 ( 6 ) 地表水的影响 地表水对岩石抗压强度的影响显著。当水侵入岩石，沿裂隙、空隙渗透，湿 润岩石全部自由表面上的矿物颗粒表面，不仅会溶化部分可溶物质，而且还会削 弱矿物粒间联系，使其强度降低。强度降低的程度取决于空隙和裂隙的状况和组 成岩石的矿物成分的亲水性。 贵州大学硕士论文 3 2 3 变质岩 3 3 3 1 变质岩的分布 贵州变质岩分布相对较少，主要分布于黔东南地区，未见片麻岩出露，片岩 有少量出露，板岩相对分布面积较大。 3 3 3 2 变质岩的物化力学特征 贵州省变质岩主要为区域变质岩，主要岩石类型为由碎屑岩及碳酸盐岩变质 形成的板岩、千枚岩、片岩及大理岩等，主要变质矿物有绢云母、绿泥石、石英 等。板岩是具有板状( 劈理) 构造的岩石，是区域变质作用的低级产物，温度和 均向压力都不高，主要受应力作用的影响咖1 。 3 ) 物理力学指标 ， 变质岩的工程性质与原岩密切相关，往往与原岩的性质相似或相近。片岩、 板岩的片理构造发育，其工程性质具有各相异性。由于变质岩在贵州省分布的较 少，省内针对变质岩的物理力学实验数据很有限，论文对省内出露的片岩和板岩 的物理性质采用的是经验值 变质岩物理性质指标表3 - 8 岩石类型密度g t 7 c m i孔隙率( ) 吸水率( ) 片岩 2 6 0 一2 9 0o m - 1 8 5o 1 m 旬2 0 板岩 z 7 0 2 9 00 1 0 _ 一0 4 50 1 0 _ o - 3 0 3 3 基础岩土工程信息岩性分类及其主要特征 以贵州省1 ：5 0 万电子地质地图的资料为平台，根据各种岩石不同的沉积环 境，并结合以上提供的贵州省分布岩石的物理、力学性能指标，将贵州省分布岩 石按工程性质不同分为七大类。分别是：石灰岩层组；白云岩层组；灰岩，白云 岩层组；碳酸盐岩与碎屑岩层组；碎屑岩层组；岩浆岩层组；变质岩层组。 下面分别介绍各岩层组的岩性组合及主要特征： 3 3 1 石灰岩层组 纯石灰岩类在贵州省的分布范围局限，主要分布于黔中、黔南和三都县。包 贵州大学硕士论文 括奥陶系的锅塘组( g t ) 、石炭系的马平组( c 棚) 、= 叠系的猴子关组( h z ) 和三叠 系的坡段组( v , p ) ；形成环境包括台缘相和半局限台地相。岩性主要为：泥质条带 状灰岩和砾屑灰岩( 厚3 0 0 m 4 0 0 m ) 、灰岩夹砾状灰岩( 厚8 4 0 m ) 、灰岩及礁灰岩( 厚 2 0 0 0 m ) 、藻灰岩及砾屑灰岩( 厚5 3 0 8 1 3 m ) ；该岩层组的饱水抗压强度为1 2 9 m p a 1 3 9 m p a ，平均1 3 4 7 聍a 。 3 3 2 白云岩层组 白云岩层组在贵州省分布范围较广，主要分布于黔北、黔东和扬子区，存在 于震旦系的灯影组( d y ) ，寒武系的高台组( ：g ) 和石冷水组( ：s ) ，娄山关 群( 2 - 3 1 s ) 和后坝组( 小) ；形成环境有台缘相和局限台地相；岩性主要为： 藻白云岩( 厚1 0 0 4 0 0 i n ) ，薄层状白云岩、角砾状白云岩及砂质白云岩( 厚1 1 7 7 1 4 4 5 $ ) 和厚层状白云岩( 厚3 1 5 5 1 5 m ) ；该岩层组的饱水抗压强度为8 5 b l p a 1 6 1 酬p a ，