中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600
摘要：静力触探作为一种日臻完善的原位探测技术，在工程勘测中得到了广泛的应用，绘制等值线图可以方便对静力触探冗繁的数据量进行处理和分析，更加准确、清楚的呈现坝体不同位置的强度状况。使用Surfer软件绘制比贯入阻力等值线图，辅以AutoCAD软件进行修改完善，可以快速、准确地成图，大大减轻了图形绘制的工作量。
关键词：Surfer；AutoCAD；比贯入阻力等值线图
Drawing the Specific Penetration Resistance Contour Map of Dam Body by Surfer Software Aided by AutoCAD
YANG Sen-hao
（China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.,Ltd, 102600, Beijing: China）
Abstract Cone penetration test was a technique of in situbeing perfected, which was widely used in engineering geophysics. It was convenient to process and analyze the miscellaneous data of cone penetration test and accurate to present the strength conditions in different sites of the dam by drawing contour map. In addition, drawing specific penetration resistance contour map with Surfer and improving by AutoCAD could be more accurate and quicker. The workload in drawing map could be reduced much more.
Key words Surfer; AutoCAD; Specific Penetration Resistance Contour Map
静力触探因其设备操作简单方便、数据连续性强、适用范围广等优势，被广泛的在勘察设计领域应用[ ]。比贯入阻力与土体物理力学性质之间的关系已经得到了相当广泛的研究，技术应用也较为成熟[ ]，根据坝体比贯入阻力的测定结果，可推测获取坝体各种物理力学性质指标的基本情况，因此，对坝体比贯入阻力的研究具有十分重要的意义。运用静力触探技术可以获得坝体不同位置探测孔不同深度的比贯入阻力数据，对于如此庞大的数据量，绘制等值线图为静力触探比贯入阻力值的显示、分析、研究提供了新的方法。
传统的等值线图绘制方法一般为先绘制坝体剖面图，然后沿探测线标注高程，根据高程点的相关数据，最后连接形成等值线图。坝体比贯入阻力数据量通常很大，使用传统的等值线图绘制方法将会相当繁琐，增加成图时间，且获得的等值线图也不甚精确。
Surfer软件是由美国GOLDEN软件公司开发，可以在Windows操作环境下运行的二维及三维图形绘制软件[ ]，它可以识别多种图文件格式，具有多种数据网格化方法，可以输出多种格式，其中，dxf格式的文件可以被AutoCAD所调用。AutoCAD是具有强大的图形编辑功能的计算机辅助设计软件，可以对Surfer生成的等值线图进行优化，并进行相关的数据统计。
本文尝试利用Surfer和AutoCAD各自的优势，将二者相结合来绘制坝体比贯入阻力等值线图，以期得到一种较完美的数据成图方法。
1 数据的获取
1.1 试验坝概况
试验坝前拐沟淤地坝为均质土坝，由土坝坝体和放水建筑物两大件组成。采用20年一遇洪水标准设计，50年一遇洪水标准校核，设计淤积年限为6年。坝体尺寸参数如下：试验坝最大坝高24.5 m，铺底高5.5 m，坝顶长84 m。上游坡比为1:2.5，下游坡比为1:2.5。坝体平面布置如图1所示。
图1 试验坝平面布置图
Fig.1 The layout graph of the testing dam
1.2 比贯入阻力数据的获取
对于淤地坝的研究通常以最大坝高纵断面为研究对象。因此，测点沿坝体最大坝高纵断面方向依次分布，坝顶布设3个测点，上游坝坡和下游坝坡各6个测点，共计15个测点，坝顶测点间隔2.5m，坝坡上两点间平距为5m，坝顶探测孔深19 m，其余点位依次减小，但需探测至铺底高程（5.5 m）。静力触探按照《静力触探技术标准》（CECS04:88）和《土工试验规程》（SL237-1999）进行，仪器采用献县博瑞精密电子设备厂生产的CLD-3型单桥静力触探仪。将单桥静力触探仪探头以1.2m/min的速率匀速贯入坝体中，每贯入10cm，记录仪器读数，获得的数据为总贯入阻力P，将该数据除以探头的锥头底面积（本次试验选用单桥Ⅰ—1探头，锥头底面积为10 cm2），即获得比贯入阻力值Ps。探测孔位置如图2所示。
注：图中单位为m
图2探测孔位置示意图
Fig.2 The diagram of probe holes location
2 Surfer软件绘制等值线图
2.1 建立数据文件
数据文件的建立可以在Surfer工作表中进行，考虑到大量数据的记录通常使用EXCEL软件，数据文件的建立也可直接调用EXCEL中的数据。数据文件的建立首先应确定合适的坐标系，并以此确定各点坐标，本论文以下游坝坡铺底高程处为原点，由南向北方向为X轴，垂直于地面方向向上为Y轴，为每一个探测点的比贯入阻力值赋予位置坐标，为方便后期Surfer的处理，将X坐标列于A列，Y坐标列于B列，比贯入阻力值列于C列。
2.2 数据网格化
数据文件建立完毕后，打开Surfer软件。依次点击网格——数据——把已建立EXCEL数据文件打开——对X，Y，Z坐标进行选择，对应数据文件上A、B、C栏，即X选列A，Y选列B，Z选列C——选择合适的网格化方法（因坝体最大纵断面比贯入阻力数据量庞大，单次测定数据量在2000以上，所以选用最小曲率方法进行网格化）——点击确认，生成格式为.grd的文件。
2.3 添加边界
需要对已进行网格化的数据添加边界范围，如果边界文件数据量少，尽量在Surfer自带的工作表中建立，省去数据格式转换。具体步骤：打开Surfer软件，依次点击文件——新建——选择工作表。
数据格式如下：
X坐标（A栏） Y坐标（B栏）
5 0
0 0
10100 0
5350 1900
4750 1900
0 0
第一行5代表边界坐标的个数，0代表边界内的等值线要绘制（如果是1，则表示边界外的等值线要绘制）。中间行数据为等值线剖面的拐点坐标，最后一行坐标数据必须重复第二行数据（第一个拐点坐标数据），从而形成一个闭合边界，存盘格式为.bln。
本步骤也可新建txt文档，数据格式如下：
5,0
0,0
10100,0
5350,1900
4750,1900
0,0
最后需将txt文档以.bln格式存盘。
边界数据文件建立完毕后，打开Surfer软件，依次点击网格——白化——选择第一步中建立的数据文件——选择刚建立的边界文件——生成白化边界后的数据文件，存盘格式为.grd。
2.4 绘制等值线图
打开Surfer软件，依次点击地图——等值线图——新建等值线图——选择白化后的数据文件——等值线图即可绘出。
2.5 修饰等值线图
首先进行等值线图的修饰，在等值线图的区域双击鼠标左键，出现等值线图属性对话框，常规选项卡中可以选择等值线间是否填充，等值线是否平滑等，等级选项卡中可以改变等值线的值，等值线粗细，填充颜色，标注是否显示等。
其次进行坐标轴格式的修饰，在左坐标轴中单击鼠标右键，选择属性，出现左坐标轴属性对话框，常规选项卡中可以选择是否添加坐标轴标题，标注的字体格式及大小，刻度选项卡中可以选择主、副刻度的向内与向外，以及长度大小等，比例选项卡中可以选择开始与结束的主刻度，主间距等，网格线选项卡中可以选择主、副网格线条是否显示及粗细等。其余坐标轴的修饰与左坐标轴的修饰类似。
将生成的等值线图进行修饰后，点击文件——输出——选择.dxf格式的文件存盘。
3 AutoCAD软件修饰完善等值线图
3.1 打开等值线图
将Surfer软件所生成的.dxf格式的文件使用AutoCAD软件打开，利用其强大的图形处理功能对等值线进行处理，最后将文件另存为.dwg格式的CAD图形文件，方便下一次的编辑、修改。
3.2 修饰完善等值线图
使用AutoCAD软件为等值线图添加最大坝高纵断面轮廓线、横纵坐标、图框、图例、比例尺、指北针等后，生成最后的等值线图。
4 等值线图成果
运用前述方法绘制前拐沟淤地坝坝体比贯入阻力等值线图，如图3所示。
图3比贯入阻力值等值线图
Fig.3 The specific penetration resistance contour map
1）等值线图可以清楚的显示坝体不同位置比贯入阻力值的大小及变化情况。等值线在两侧坝坡、坝顶处分布密集，坝体内部分布稀疏，说明坝顶及两侧坝坡比贯入阻力值较大，坝体内部比贯入阻力值较小。说明前拐沟淤地坝为水坠坝，坝顶及边埂采用碾压法筑坝，坝体采用水坠法筑坝。
2）坝体内部比贯入阻力值基本在1.5 MPa~2.5 MPa之间，但分布相对均匀，说明采用水坠坝筑坝，坝体较为均一，但在静力触探时并未完全脱水固结。坝体比贯入阻力值最小的区域位于坝体内部中央部分，坝高约11~13m处，该区域比贯入阻力值基本在1.5 MPa以下，该部分区域有可能是坝体的流态区，该水坠坝的流态区位置较为偏上，且未向两侧坝坡移动，有利于坝体的安全与稳定。
3）该比贯入阻力等值线图可以清楚的显示坝顶及两侧坝坡比贯入阻力值相对较小的区域，可以作为下阶段坝体加固的重要参考依据。
5 结论与讨论
1）借助Surfer软件的优势，辅以AutoCAD软件，可以快速绘制比贯入阻力等值线图，可显著减小图件绘制的工作量。
2）使用Surfer软件绘制比贯入阻力等值线图可以避免人为制图的差异性，只要网格化的方法确定，所成的等值线图就唯一。
3）坝体静力触探比贯入阻力等值线图的绘制可以方便我们对静力触探试验冗繁的数据量进行处理和分析，可以更加准确、清楚的呈现坝体不同位置强度的大小，方便进行进一步的分析和研究。
参考文献
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[3]孙中任, 甄凡玉, 赵雪娟. MapGIS 数据与Surfer 数据相互转换的实现[J]. 地质与资源, 2008, 17(1): 77-80.
作者简介：杨森浩（1990-），男，硕士研究生。
论文作者:杨森浩
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/17
标签：线图论文; 阻力论文; 数据论文; 静力论文; 等值线论文; 文件论文; 网格论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;