城市轨道交通岩体参数数据库构建研究

【摘要】在城市轨道地下岩土工程研究及工程建设中积累了大量的试验数据和观测数据，这些数据对后来的施工和设计有着重要的参考价值。以前由于缺少工具而难以进行大规模的统计分析。城市轨道岩体力学参数数据库程序为收集整理这些数据并加以研究提供了一个很好的方法。在数据库的基础上对这些力学参数数据进行数理统计方面的研究无论对传统设计方法还是可靠性设计都有重要的参考价值。

【关键词】城市轨道工程；力学参数；岩体；数据库

Research of Urban rail rock mass Database of Mechanical Parameters

Wang Yu1,Liu Zong-jian2,Yu Yuan-zhi1,Chen Liu-yue1,Ma Bo1

(1.Chongqing jiaotong universitychongqing400074；

2.Chongqing construction groupchongqing401122)

【Abstract】Large number of experimental data and observation data are obtained in the procedure of studying problems in Geotechnical Engineering and constructions, these data are very useful for later construction and design, but it was hard to do large scale of statistic and analyses for the lack of suitable tool. The program of database provides a wonderful method to collect these data and then study on them. Study on these geotechnical data with mathematical and statistic method has very important referential use for traditional design method and reliability design.

【Key words】Urban rail;Mechanics Parameters;Rock mass;Database

1. 城市轨道交通岩体参数取值意义

当前我国城市轨道交通进入快速发展阶段，预计到2015年，中国将拥有3000公里的城市轨道交通线路。城市轨道交通的建设，穿越地质条件复杂的地区时，大量的基础及地下工程不可避免。其安全性与可靠性主要不是建筑物本身，而是地基承载力和建筑物变形相容能力。如何对这些基础及地下工程，选取具有代表性的岩土数值用于设计施工，并进行稳定性、安全性评价，是非常关键的问题。

城市轨道工程必须对岩体力学特性进行现场和室内试验工作，以获取合理的、可靠的用于城市轨道交通岩体变形问题的稳定性评价的力学参数。但众所周知，对实际工程而言，工程建设涉及的岩体是工程地区地质的组成部分，它存在于一定地质环境中，其形成和发展经受过地质历史期内各种外动力地质作用的改造和影响，因此岩体条件和力学性质十分复杂。其复杂表现在岩体的不连续性、非均质性、各向异性及赋存环境的差异性。而这些特性又随着时、空条件的变化而变化，并以不同的方式组成各种模式，构成岩体工程的特殊性和复杂性。由于岩体是地质历史的产物，它的力学特性在空间上随机变异性往往很大，尽管试验资料不少，但如何选取有代表性的数值用于设计一直是参数选取中的一项难题。

如果所选参数代表性不强，偏于安全（如用于稳定性验算的c、f值），工程投资增加，施工期加长；反之工程投资下降，施工期缩短，但工程安全风险增大，一旦发生事故，将是灾难性的。如何将新兴的信息技术和岩体力学理论及作用机理有机地结合起来，对数据库中的数据进行加工、处理，更好地服务于城市轨道交通地下岩土工程，是一个值得探讨和研究的问题。在实际工程中，由于经费、时间和场地条件的限制，不可能对每个工程都进行现场试验研究，而室内试验又很难反映现场的真实情况。此外，已往大量的工程试验数据，大都散落在各施工单位、设计院和科研部门的档案室内，无法进行统一的管理和分析，没有充分发挥作用。通过研究，将这些已往的试验数据收集汇总起来，建立城市轨道地下岩体力学参数数据库，有效地利用已往的数据和现有数据，为今后的城市轨道交通工程建设服务，实现资源共享，具有十分重要的现实意义和工程价值。

2. 岩体力学参数数据库的数据结构

在Microsoft Access数据库中，提供了表生成器，查询生成器，报表设计器，窗体设计器，项目管理器，宏设计器等众多便捷的可视化设计工具，使用者基本不用编写任何代码，仅通过可视化的操作，运用一些直观的工具即可完成数据库的大部分的管理任务。包括了存储信息的表、显示人机交互界面的窗体、快速检索数据的查询、能进行信息输出的报表、提高数据库应用效率的宏和功能强大的模块工具等数据库系统的基本要素［1］。不仅如此，Access还是一个面向对象的、采用事件驱动的关系型数据库管理系统。它符合开放式数据库互接ODBC标准，通过ODBC驱动程序可以与其他的数据相连。

岩体力学参数的取值受到若干因素的影响，如地质介质的复杂性、试验方法、风化强度、尺寸效应等。为了能真实的反映实际工程，数据库以岩体名称、风化程度、试验方法、试验尺寸、饱水状态为依据，收录和存储岩体力学参数数据。本系统以关系型数据库Microsoft Access为载体，存储所收集的数据，其数据结构见表1。

根据表1中的数据结构在Access中建立岩体力学参数表，先将数据统计与Microsoft Excel中，在将数据导入Access。

图1岩体力学参数数据库系统的框架

3. 岩体力学参数数据库系统框架

为了便于把握，岩体力学参数数据库系统采取了分层次建模的方法。即首先确定系统的功能模块，用以表现系统中所包含的高层次实体间存在的物流和信息流。然后，在该模块形成的框架中，建立表现低层次实体间关系的领域模型［2］。

岩体力学参数数据库系统的研究开发是针对岩体介质的特殊性(不连续性、各异性和非均性)、岩体力学参数的离散性、区域性和不确定性等特点，以工地质、水文地质、岩体力学、概率论与数理统计、模糊数学等理论为基础，在数据库收集的大量岩体力学参数数据的支持下，结合具体工程中的应用，采用对数据信息的基本浏览、利用已知条件对数据进行查询和对数据信息的各参数进行分类统计的方法来分析研究已有数据。

系统框架见图1，依照框架图构建岩体力学参数数据库系统。

图2岩体力学参数表的建立

图3数据添加界面

4. 城市轨道岩体力学参数数据库功能

城市轨道岩体力学参数数据库系统的研究开发是针对岩体介质的特殊性(不连续性、各异性和非均性)、岩体力学参数的离散性、区域性和不确定性等特点，以工程地质、水文地质、岩体力学、概率论与数理统计、模糊数学等理论为基础，在数据库收集的大量岩体力学参数数据的支持下，结合具体工程中的应用，采用数据预处理、概率统计、随机－模糊、经验分析等多种方法，分析研究已有数据，对岩体力学参数取值中的几个重要问题进行分析。 ［3］例如力学参数的工程预处理、经验方法、尺寸效应和风化程度对力学参数的影响等，并参照城市轨道交通行业规范对力学参数取值方法和范围的规定，对具体工程中的力学参数作出查询、预测、判断和决策。系统的功能包括：

4.1用户登陆。用户登陆界面为该系统提供了安全管理，一般用户赋予浏览、查询及数据分析的权限，只有管理员才能对数据进行管理（录入、更新、删除等操作），如图2所示。

4.2数据管理。该模块负责数据的录入、更新、删除等操作。图3为数据的添加。

4.3检索查询。软件提供了数据库的操作功能，可根据用户不同的需求，通过不通的选项，选着自己需要查询的各种岩体的参数。

5. 结论

通过十余年的建设，在城市轨道交通地下工程研究和建设的过程中，积累了大量的试验数据和观察数据，这些数据有着重要的参考价值，而数据库是存储大量数据的最佳方案。目前本文所建立的应用程序所能实现的功能还非常的简单，还有很多功能有待进一步添加，例如对目标数据进行处理，计算参数的平均值、标准差、变异系数、绘制数据的直方图或散点图、得到回归方程及相关系数等。

数据库系统的改进和完善应该多参考已有程序甚至商业软件的界面和功能，在实现数据处理后还可以进一步研究文字处理方面的内容，使数据库系统包括数据查询直到书面报告一系列的功能，这样可以大大争强程序的可用性，这样会节省大量的劳动力和时间，是今后发展的一个方向和目标。

参考文献

［1］刘养，岩土力学参数信息系统的初步设计与实现［J］武汉卜业学院学报2004，23(1).

［2］徐高巍，自世伟，岩石力学参数数据库系统的开发和研究［J］岩十力学2005，26(6).

［3］Anthony T.C. Modeling soil Correlations using neural networks［J］.Computing in Civil

Engineering，1995(9):275一278.

［基金项目］重庆市教委科技项目（KJ110425）；重庆市建委科技项目（110241）。

［文章编号］1006-7619（2011）12-22-264

［作者简介］ 王羽（1980-），男，籍贯：重庆人，学历：博士。研究方向：城市岩土工程。