利用Visual Basic 结合AutoCAD对公路顺层边坡进行快速分析

【摘要】计算机软件技术现今已大量应用于道路设计及工程地质勘察设计，但是目前边坡稳定性分析的软件，尚不能针对顺层边坡的特点，提供设计参数整理、计算模型快速输入、计算结果批量统计对比的功能，作者利用Visual Basic 结合AutoCAD，结合顺层边坡的具体特点进行编程设计，实现对公路项目中大量顺层边坡进行快速的分析计算，简单易用，输入数据及输出结果迅速，且计算精度较好。在实际顺层边坡设计中，极大地提高了分析效率。

【关键词】顺层边坡 公路 Visual BasicAutoCAD 效率

中图分类号：F540.3 文献标识码：A 文章编号：

前言

公路是为其服务对象布设并受沿线地形、地质、环境、经济、人文等因素限制的带状结构物，路基、桥梁、隧道为其通过地性的具体形式。挖方边坡往往是公路建设中几乎不可避免的路基形式之一。受公路控制点的限制，路线走向常常会与走廊带的岩层走向小角度相交，使挖方边坡的一侧成为顺层边坡，当挖方边坡处岩层视倾角在10~40°之间时，受岩层层面的控制，边坡的整体稳定性较差，是公路路基边坡设计中需要重点注意部分。虽然计算机软件技术现今已大量应用于道路设计及工程地质勘察设计，但是边坡稳定性分析的软件，如理正岩土系列软件，尚不能针对顺层边坡的特点，提供设计参数整理、计算模型快速输入、计算结果批量统计对比的功能；而另一方面，一些公路设计中，一个工点需要分析段落内的多个断面，而整条公路可能需要对几百个挖方断面进行计算分析，其中存在大量的手工的、重复的工作，对于计算基础资料的录入和计算结果的整理，使用计算机自动操作往往比手工操作有更高的准确性和效率。作者结合大量公路顺层边坡的分析处治，根据顺层边坡稳定性计算的特点，利用AutoCAD的ActiveX技术，采用Visual Basic 的编制了公路顺层边坡分析计算系统，大大提高了顺层边坡的分析速度和效率。

一、顺层边坡的特点

顺层边坡，其剖面的几何形态由三个方面构成：地面线、开挖坡面线和潜在可能破坏的岩层层面的视倾角投影线，三者在剖面上构成了封闭的曲线A，而该曲线的最低点D1，以及在另一侧的最低点D2，这两点的连线构成了滑动线。

图1 顺层边坡计算简图

根据其平面破坏的特点，顺层边坡可以作为一个单一块体来进行计算，其在安全系数K下的剩余下滑力P为：

……（1）

式中：——剩余下滑力（KN）；

、，——分别为层面处的内聚力(KPa)和内摩擦角；

——稳定性系数（时），在计算设计推力时为安全系数；

——块体的重量，计算时取单宽（KN）；

——滑面长度（m）；

——滑面倾角、即岩层视倾角（°）；

二、编程技术介绍

在软件的编制过程中，利用AutoCAD的ActiveX技术

（一）ActiveX自动化技术

ActiveX[1]自动化技术的核心是ActiveX控件， 其设计遵循COM(Component Object Model，组件对象模型)规范和OLE(Object Linking and Embeding，对象链接与嵌入)规范。ActiveX控件以动态链接库的形式提供，既实现了代码的共享，避免了重复开发，又保证了操作的合法性，保护了开发成果。

（二） AutoCAD的ActiveX功能[2]

在AutoCAD的ActiveX功能中，AutoCAD将其内部数据库以对象的形式组织起来，并构成了一个层次结构。AutoCAD的ActiveX技术提供了从应用程序内部/外部通过对象编程操作AutoCAD的一种新机制，使用支持ActiveX技术的编程语言如Visual Basic、Delphi、VisualC++等就可以直接对AutoCAD进行编程，而不仅仅局限于早期提供的AutoLISP和ADS，并且使得与其它Windows应用程序之间共享数据非常简单方便。

三、编程实现

根据顺层边坡的计算特点，顺层边坡的快速分析软件主要分为前期基础数据的输入及计算结果的输出这两部分。

（一）数据输入

数据输入包含两个方面：①岩土体物理力学参数的输入，对于同一个工点，该部分内容一般相同，若工点段落长、工程地质条件存在差异，也可以化整为零，分成多个工点；②断面的几何数据。根据前文所述，当确定了组成了顺层滑动的封闭块体曲线A后，即可根据曲线几何条件确定滑面形态，而曲线A可通过AutoCAD的BOUNDARY命令获得，并可通过AutoCAD的ActiveX功能读取。因此一个工点的数据录入可以一次完成。

（二）结果输出

当需要进行计算的数据采集完后，即可根据公式(1)进行计算剖面稳定性系数或剩余下滑力，根据个计算剖面分别对数据进行列表罗列，根据计算结果来确定顺层边坡的处治方案。这里作者是采用将计算结果输出到Excel表格中进行分析。结果输出模块可一次性输出所有录入数据的计算结果。

因此，该软件对顺层边坡的分析为“分工点多次录入，一次性结果输出”。

图2 软件设计结构图

四、计算实例

作者依据上述内容和思路编制了软件，在重庆某高速公路的施工图设计中进行了使用。以下为具体使用情况。

（一）工程概况

该高速公路位于主要位于丰都－忠县向斜的南东翼，地貌类型主要为侵蚀堆积地貌、构造剥蚀地貌以及构造侵蚀地貌。沿线地层主为为侏罗纪中统沙溪庙组砂岩、泥岩、粉砂岩，岩层产状294°～336°∠13°～24°，路线总体走向约41°，右侧挖方边坡多为顺层边坡。顺层边坡7788m/62处，排除顺层清方及较矮边坡，共计需计算48处共281个剖面。

根据中国地震局《中国地震动反应谱特征周期区划图》及《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001），测区地震基本烈度为VI度区，地震动峰值加速度值为0.05g（图2-1)，地震动反应谱特征周期值为0.35s。

（二）顺层边坡数据录入

该高速公路项目顺层边坡里程长，规模大，因此对于顺层边坡的调查、勘察及岩土体分析及试验均开展了大量的工作，资料较为详实。

1、岩土体物理力学参数录入

根据该高速公路项目顺层边坡层面抗剪强度依据地勘大剪报告、地勘建议参数，并参考相关地形、地质条件下的岩层抗剪强度经验参数，对顺层边坡岩土体物理力学参数进行逐工点的综合取值。并根据其特点进行归类，形成参数数据文件。

2、采集剖面几何数据

根据断面方向和岩层产状批量获得断面岩层视倾角，并根据实测地面线和拟定的放坡线以及视倾角投影线，利用AUTOCAD的BOUNDARY命令得到封闭的块体曲线，并在CAD图形中建立与桩号文本一一对应的关系，并根据工点特征选取参数文件，逐工点建立基础数据。

图3软件操作界面

3、计算数据输出

在计算的基础数据输入完成后，设置好输出的EXCEL表格文件，即可进行计算结果的输出，根据工作阶段的不同，该软件的输出结果有较为详尽的版本以及简化版，便于进行快速分析。

图4 计算输出结果

4、计算结果对比

在该项目施工图设计后期，对所有剖面均采用理正岩土系列软件的对应模块进行了复算核实，由于几何模型在录入精度上的不同，计算结果与理正岩土系列软件计算结果有一定误差，但剩余下滑力误差在0.1~2KN以内，具有较好的计算精度。

五、结论

利用Visual Basic 结合AutoCAD，结合顺层边坡的具体特点进行编程设计，可对公路项目中大量顺层边坡进行快速的分析计算，简单易用，输入数据及输出结果迅速，且计算精度较好。在实际顺层边坡设计中，极大地提高了分析效率。

参考文献

1.王霞敏，ActiveX技术的研究与应用，微型电脑应用，2003，19（2）： 63～64

2.肖玉华，基于ActiveX技术的AutoCAD与Excel软件之间的通信，福建电脑，2002 (11).34-35

3.陈祖煜等，岩质边坡稳定性分析——程序•原理•方法[M]，中国水利出版社，2005.3.

4. AutoCAD 2008 帮助——ActiveX 和 VBA 开发人员手册

【作者简介】

刘鹏（1980.07），男，重庆甲多公路设计咨询有限公司，主要从事公路路基勘察设计工作以及软件开发。