巖土工程師專業(yè)輔導(dǎo)：巖土工程2

　　4.不同介質(zhì)間相互作用及共同分析

　　李廣信(1998)認(rèn)為巖土工程不同介質(zhì)間相互作用及共同作用分析研究可以分為三個層次：①巖土材料微觀層次的相互作用;②土與復(fù)合土或土與加筋材料之間的相互作用;③地基與建(構(gòu))筑物之間相互作用〔2〕。

　　土體由固、液、氣三相組成。其中固相是以顆粒形式的散體狀態(tài)存在。固、液、氣三相間相互作用對土的工程性質(zhì)有很大的影響。土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的復(fù)雜性從根本上講都與土顆粒相互作用有關(guān)。從顆粒間的微觀作用入手研究土的本構(gòu)關(guān)系是非常有意義的。通過土中固、液、氣相相互作用研究還將促進(jìn)非飽和土力學(xué)理論的發(fā)展，有助于進(jìn)一步了解各類非飽和土的工程性質(zhì)。

　　與土體相比，巖體的結(jié)構(gòu)有其特殊性。巖體是由不同規(guī)模、不同形態(tài)、不同成因、不同方向和不同序次的結(jié)構(gòu)面圍限而成的結(jié)構(gòu)體共同組成的綜合體，巖體在工程性質(zhì)上具有不連續(xù)性。巖體工程性質(zhì)還具有各向異性和非均一性。結(jié)合巖體斷裂力學(xué)和其它新理論、新方法的研究進(jìn)展，開展影響工程巖體穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)面幾何學(xué)效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)研究也是非常有意義的。

　　當(dāng)天然地基不能滿足建(構(gòu))筑物對地基要求時，需要對天然地基進(jìn)行處理形成人工地基。樁基礎(chǔ)、復(fù)合地基和均質(zhì)人工地基是常遇到的三種人工地基形式。研究樁體與土體、復(fù)合地基中增強體與土體之間的相互作用，對了解樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基的承載力和變形特性是非常有意義的。

　　地基與建(構(gòu))筑物相互作用與共同分析已引起人們重視并取得一些成果，但將共同作用分析普遍應(yīng)用于工程設(shè)計，其差距還很大。大部分的工程設(shè)計中，地基與建筑物還是分開設(shè)計計算的。進(jìn)一步開展地基與建(構(gòu))筑物共同作用分析有助于對真實工程性狀的深入認(rèn)識，提高工程設(shè)計水平。

　　現(xiàn)代計算技術(shù)和計算機的發(fā)展為地基與建(構(gòu))筑物共同作用分析提供了良好的條件。目前迫切需要解決各類工程材料以及相互作用界面的實用本構(gòu)模型，特別是界面間相互作用的合理模擬。

　　5.巖土工程問題計算機分析

　　雖然巖土工程計算機分析在大多數(shù)情況下只能給出定性分析結(jié)果，但巖土工程計算機分析對工程師決策是非常有意義的。開展巖土工程問題計算機分析研究是一個重要的研究方向。巖土工程問題計算機分析范圍和領(lǐng)域很廣，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算分析領(lǐng)域還在不斷擴大。

　　除前面已經(jīng)談到的本構(gòu)模型和不同介質(zhì)間相互作用和共同分析外，還包括各種數(shù)值計算方法，土坡穩(wěn)定分析，極限數(shù)值方法和概率數(shù)值方法，老師系統(tǒng)、AutoCAD技術(shù)和計算機仿真技術(shù)在巖土工程中應(yīng)用，以及巖土工程反分析等方面。

　　巖土工程計算機分析還包括動力分析，特別是抗震分析。巖土工程計算機數(shù)值分析方法除常用的有限元法和有限差分法外，離散單元法(DEM)、拉格朗日元法(FLAC)，不連續(xù)變形分析方法(DDA)，流形元法(MEM)和半解析元法(SAEM)等也在巖土工程分析中得到應(yīng)用〔3〕。

　　根據(jù)原位測試和現(xiàn)場監(jiān)測得到巖土工程施工過程中的各種信息進(jìn)行反分析，根據(jù)反分析結(jié)果修政設(shè)計、指導(dǎo)施工。這種信息化施工方法被認(rèn)為是合理的施工方法，是發(fā)展方向。

　　6.巖土工程測試技術(shù)

　　巖土工程測試技術(shù)不僅在巖土工程建設(shè)實踐中十分重要，而且在巖土工程理論的形成和發(fā)展過程中也起著決定性的作用。理論分析、室內(nèi)外測試和工程實踐是巖土工程分析三個重要的方面。

　　巖土工程中的許多理論是建立在試驗基礎(chǔ)上的，如Terzaghi的有效應(yīng)力原理是建立在壓縮試驗中孔隙水壓力的測試基礎(chǔ)上的，Darcy定律是建立在滲透試驗基礎(chǔ)上的，劍橋模型是建立在正常固結(jié)粘土和微超固結(jié)粘土壓縮試驗和等向三軸壓縮試驗基礎(chǔ)上的。測試技術(shù)也是保證巖土工程設(shè)計的合理性和保證施工質(zhì)量的重要手段。

　　巖土工程測試技術(shù)一般分為室內(nèi)試驗技術(shù)、原位試驗技術(shù)和現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)等幾個方面。在原位測試方面，地基中的位移場、應(yīng)力場測試，地下結(jié)構(gòu)表面的土壓力測試，地基土的強度特性及變形特性測試等方面將會成為研究的重點，隨著總體測試技術(shù)的進(jìn)步，這些傳統(tǒng)的難點將會取得突破性進(jìn)展。

　　虛擬測試技術(shù)將會在巖土工程測試技術(shù)中得到較廣泛的應(yīng)用。及時有效地利用其他學(xué)科科學(xué)技術(shù)的成果，將對推動巖土工程領(lǐng)域的測試技術(shù)發(fā)展起到越來越重要的作用，如電子計算機技術(shù)、電子測量技術(shù)、光學(xué)測試技術(shù)、航測技術(shù)、電、磁場測試技術(shù)、聲波測試技術(shù)、遙感測試技術(shù)等方面的新的進(jìn)展都有可能在巖土工程測試方面找到應(yīng)用的結(jié)合點。

　　測試結(jié)果的可靠性、可重復(fù)性方面將會得到很大的提高。由于整體科技水平的提高，測試模式的改進(jìn)及測試儀器精度的改善，最終將導(dǎo)致巖土工程方面測試結(jié)果在可信度方面的大大改進(jìn)。

　　7.按沉降控制設(shè)計理論

　　建(構(gòu))筑物地基一般要同時滿足承載力的要求和小于某一變形沉降量(包括小于某一沉降差)的要求。有時承載力滿足要求后，其變形和沉降是否滿足要求基本上可以不驗算。這里有二種情況：一種是承載力滿足后，沉降肯定很小，可以不進(jìn)行驗算，例如端承樁樁基礎(chǔ);另一種是對變形沒有嚴(yán)格要求，例如一般路堤地基和砂石料等松散原料堆場地基等。也有沉降量滿足要求后，承載力肯定滿足要求而可以不進(jìn)行驗算。在這種情況下可只按沉降量控制設(shè)計。

　　在深厚軟粘土地基上建造建筑物，沉降量和差異沉降量控制是問題的關(guān)鍵。軟土地基地區(qū)建筑地基工程事故大部分是由沉降量或沉降差過大造成的，特別是不均勻沉降對建筑物的危害最大。深厚軟粘土地基建筑物的沉降量與工程投資密切相關(guān)。減小沉降量需要增加投資，因此，合理控制沉降量非常重要。按沉降控制設(shè)計既可保證建筑物安全又可節(jié)省工程投資。

　　按沉降控制設(shè)計不是可以不管地基承載力是否滿足要求，在任何情況下都要滿足承載力要求。按沉降控制設(shè)計理論本身也包含對承載力是否滿足要求進(jìn)行驗算。

　　8.巖土工程可靠度分析

　　在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中我國已采用以概率理論為基礎(chǔ)并通過分項系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。地基基礎(chǔ)設(shè)計與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計在這一點尚未統(tǒng)一。應(yīng)用概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法是方向。由于巖土工程的特殊性，巖土工程應(yīng)用概率極限狀態(tài)設(shè)計在技術(shù)上還有許多有待解決的問題。目前要根據(jù)巖土工程特點積極開展巖土工程問題可靠度分析理論研究，使上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)設(shè)計方法盡早統(tǒng)一起來。

　　9.環(huán)境巖土工程研究

　　環(huán)境巖土工程是巖土工程與環(huán)境科學(xué)密切結(jié)合的一門新學(xué)科。它主要應(yīng)用巖土工程的觀點、技術(shù)和方法為治理和保護(hù)環(huán)境服務(wù)。人類生產(chǎn)活動和工程活動造成許多環(huán)境公害，如采礦造成采空區(qū)坍塌，過量抽取地下水引起區(qū)域性地面沉降，工業(yè)垃圾、城市生活垃圾及其它廢棄物，特別有毒有害廢棄物污染環(huán)境，施工擾動對周圍環(huán)境的影響等等。

　　另外，地震、洪水、風(fēng)沙、泥石流、滑坡、地裂縫、隱伏巖溶引起地面塌陷等災(zāi)害對環(huán)境造成破壞。上述環(huán)境問題的治理和預(yù)防給巖土工程師們提出了許多新的研究課題。隨著城市化、工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程加快，環(huán)境巖土工程研究將更加重要。應(yīng)從保持良好的生態(tài)環(huán)境和保持可持續(xù)發(fā)展的高度來認(rèn)識和重視環(huán)境巖土工程研究。

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