黃大中　李　鵬　高　敬(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，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)庫的旁壓試驗數(shù)據(jù)管理和計算分析軟件設計與實現(xiàn)

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

摘要針對目前工程勘察中大規(guī)模旁壓試驗數(shù)據(jù)的計算處理需求，基于Qt和Access數(shù)據(jù)庫，開發(fā)旁壓試驗數(shù)據(jù)管理和計算分析軟件，實現(xiàn)對旁壓試驗數(shù)據(jù)的有效管理，三次樣條插值自動修正旁壓試驗數(shù)據(jù)，計算地質成果指標和試驗成果報告文檔輸出等功能，大幅提升了旁壓試驗數(shù)據(jù)處理工作的效率。

關鍵詞旁壓試驗Qt圖形框架Access數(shù)據(jù)庫軟件設計地質成果

旁壓試驗是利用旁壓器對試驗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系。旁壓試驗可用于原位測定土層水平向初始壓力、臨塑壓力、極限壓力，可用于測求土層的旁壓模量、抗剪強度指標、地基承載力和水平基床系數(shù)等[1-2]。

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

Qt是一個跨平臺的C++圖形界面應用程序開發(fā)框架[11-12]，聯(lián)合Access數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)對大規(guī)模數(shù)據(jù)的有效管理和計算處理。針對目前工程勘察中大規(guī)模旁壓試驗數(shù)據(jù)的計算處理需求，基于Qt和Access數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了旁壓試驗數(shù)據(jù)管理和計算分析軟件，該軟件能夠自動通過三次樣條插值修正旁壓試驗數(shù)據(jù)，繪制旁壓試驗曲線，根據(jù)規(guī)范計算各項地質成果指標并輸出試驗成果報告文檔，大幅提升了旁壓試驗數(shù)據(jù)處理工作的效率。

1軟件結構設計

旁壓試驗數(shù)據(jù)管理和計算分析軟件(PTMAS)的模塊結構設計如圖1所示，主要包括工程項目、旁壓試驗數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)計算分析、成果圖表輸出和幫助。

軟件數(shù)據(jù)庫采用了Access數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫結構設計如圖2所示，包括工程項目表、旁壓試驗孔表、旁壓試驗點表、旁壓試驗項目表、旁壓標定試驗列表和旁壓標定試驗項目表，通過數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)對旁壓試驗數(shù)據(jù)的有效管理。

2軟件功能實現(xiàn)

2.1　旁壓試驗數(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、打開工程、工程信息、保存工程、關閉工程、工程數(shù)據(jù)備份、導入備份數(shù)據(jù)、打印、退出。

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

雙擊項目樹中子項目后，可打開相應的數(shù)據(jù)表，圖6所示為旁壓試驗孔數(shù)據(jù)列表。在數(shù)據(jù)表中可錄入相應的旁壓試驗數(shù)據(jù)，也可以針對行和單元格進行數(shù)據(jù)的復制、刪除、恢復等編輯操作。

軟件實現(xiàn)了多種導入、導出接口，可將項目中的數(shù)據(jù)備份為access格式的數(shù)據(jù)庫文件或txt文本數(shù)據(jù)文件，當需要恢復備份數(shù)據(jù)時可將相應備份文件導入至項目中。

2.2　旁壓試驗數(shù)據(jù)計算分析

旁壓試驗數(shù)據(jù)錄入或導入完成后，可對數(shù)據(jù)進行計算分析。軟件中采用三次樣條插值法對旁壓試驗數(shù)據(jù)點進行插值，繪制試驗曲線，在數(shù)據(jù)區(qū)間[xj，xj+1]內，三次樣條插值函數(shù)表達式為

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

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

軟件中采用最小二乘法對儀器綜合變形標定試驗數(shù)據(jù)點進行線性擬合，計算儀器綜合變形修正系數(shù)，圖8所示為儀器綜合變形標定試驗數(shù)據(jù)的擬合結果。

旁壓試驗數(shù)據(jù)需要根據(jù)標定試驗數(shù)據(jù)進行校正，根據(jù)《鐵路工程地質原位測試規(guī)程》，修正后壓力p的計算公式為

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。

修正后測管水位下降值s的計算公式為

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

對應于s的體積膨脹量V=s×A，其中A為測管內截面積。

根據(jù)修正后的旁壓試驗數(shù)據(jù)可以繪制旁壓試驗p-V曲線，并確定試驗參數(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《鐵路工程地質原位測試規(guī)程》中的直線端點法和《土工試驗規(guī)程》中的作圖法。直線端點法中p-V曲線直線段起點對應壓力為p0，作圖法中需將直線段延長交于縱坐標軸上一點，過該點做橫坐標軸的平行線交于曲線一點，此交點對應的壓力值為p0，直線段終點對應臨塑壓力為pF，極限壓力pL為曲線上VL=Vc+2V0對應的壓力值。在軟件中可根據(jù)需要選擇計算方法，計算得出參數(shù)值p0、pF、pL、V0、VF、VL，如圖9所示。

2.3　旁壓試驗成果計算

根據(jù)旁壓試驗數(shù)據(jù)計算得出參數(shù)值p0、pF、pL、V0、VF、VL后，可進一步計算得出土體的各項物理力學指標成果。

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力；l為旁壓器測量段長度。

軟件中旁壓試驗成果計算界面如圖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，自動計算旁壓剪切模量、旁壓模量、地基承載力、水平基床系數(shù)等地質成果。

3軟件工程應用

軟件可以將旁壓試驗數(shù)據(jù)的計算分析結果輸出為word或pdf格式文檔。應用本軟件對某工程的旁壓試驗數(shù)據(jù)進行了計算處理，得出的單個旁壓試驗綜合成果word文檔如圖11所示，包括旁壓試驗孔信息、修正后旁壓試驗數(shù)據(jù)、旁壓曲線及各項地質成果值。

對試驗孔內的全部旁壓測試數(shù)據(jù)進行處理分析，計算得出地質成果值后，可利用軟件生成旁壓試驗孔成果柱狀圖(如圖12所示)，可打印輸出為pdf格式文檔。

4結論

基于Qt和Access數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了旁壓試驗數(shù)據(jù)管理和計算分析軟件。利用軟件可以有效地管理工程勘察中的大規(guī)模旁壓試驗數(shù)據(jù)，通過三次樣條插值實現(xiàn)了對旁壓試驗數(shù)據(jù)的自動修正，能夠按各行業(yè)規(guī)范要求計算分析旁壓試驗點的各項地質參數(shù)，生成旁壓試驗綜合成果圖表和試驗孔成果柱狀圖等文檔，大幅提升了旁壓試驗數(shù)據(jù)處理工作的效率。

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中圖分類號：TU413

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)06-0049-04

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

收稿日期：2015-11-03