巖土工程區(qū)域性土分布和特性的研究

　　2　區(qū)域性土分布和特性的研究

　　經(jīng)典土力學(xué)是建立在無結(jié)構(gòu)強度理想的粘性土和無粘性土基礎(chǔ)上的。但由于形成條件、形成年代、組成成分、應(yīng)力歷史不同，土的工程性質(zhì)具有明顯的區(qū)域性。周鏡在黃文熙講座[1]中詳細(xì)分析了我國長江中下游兩岸廣泛分布的、礦物成分以云母和其它深色重礦物的風(fēng)化碎片為主的片狀砂的工程特性，比較了與福建石英質(zhì)砂在變形特性、動靜強度特性、抗液化性能方面的差異，指出片狀砂有某些特殊工程性質(zhì)。然而人們以往對砂的工程性質(zhì)的了解，主要根據(jù)對石英質(zhì)砂的大量室內(nèi)外試驗結(jié)果。周鏡院士指出：“眾所周知，目前我國評價飽和砂液化勢的原位測試方法，即標(biāo)準(zhǔn)貫入法和靜力觸探法，主要是依據(jù)石英質(zhì)砂地層中的經(jīng)驗，特別是唐山地震中的經(jīng)驗。有的規(guī)程中用飽和砂的相對密度來評價它的液化勢。顯然這些準(zhǔn)則都不宜簡單地用于長江中下游的片狀砂地層”。我國長江中下游兩岸廣泛分布的片狀砂地層具有某些特殊工程性質(zhì)，與標(biāo)準(zhǔn)石英砂的差異說明土具有明顯的區(qū)域性，這一現(xiàn)象具有一定的普遍性。國內(nèi)外巖土工程師們發(fā)現(xiàn)許多地區(qū)的飽和粘土的工程性質(zhì)都有其不同的特性，如倫敦粘土、波士頓藍(lán)粘土、曼谷粘土、Oslo粘土、Lela粘土、上海粘土、湛江粘土等。這些粘土雖有共性，但其個性對工程建設(shè)影響更為重要。

　　我國地域遼闊、巖土類別多、分布廣。以土為例，軟粘土、黃土、膨脹土、鹽漬土、紅粘土、有機質(zhì)土等都有較大范圍的分布。如我國軟粘土廣泛分布在天津、連云港、上海、杭州、寧波、溫州、福州、湛江、廣州、深圳、南京、武漢、昆明等地。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上海粘土、湛江粘土和昆明粘土的工程性質(zhì)存在較大差異。以往人們對巖土材料的共性、或者對某類土的共性比較重視，而對其個性深入系統(tǒng)的研究較少。對各類各地區(qū)域性土的工程性質(zhì)，開展深入系統(tǒng)研究是巖土工程發(fā)展的方向。探明各地區(qū)域性土的分布也有許多工作要做。巖土工程師們應(yīng)該明確只有掌握了所在地區(qū)土的工程特性才能更好地為經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)。

　　3　本構(gòu)模型研究

　　在經(jīng)典土力學(xué)中沉降計算將土體視為彈性體，采用布西奈斯克公式求解附加應(yīng)力，而穩(wěn)定分析則將土體視為剛塑性體，采用極限平衡法分析。采用比較符合實際土體的應(yīng)力-應(yīng)變-強度(有時還包括時間)關(guān)系的本構(gòu)模型可以將變形計算和穩(wěn)定分析結(jié)合起來。自Roscoe與他的學(xué)生(1958～1963)創(chuàng)建劍橋模型至今，各國學(xué)者已發(fā)展了數(shù)百個本構(gòu)模型，但得到工程界普遍認(rèn)可的極少，嚴(yán)格地說尚沒有。巖體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系則更為復(fù)雜?？磥恚髨D建立能反映各類巖土的、適用于各類巖土工程的理想本構(gòu)模型是困難的，或者說是不可能的。因為實際工程土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是很復(fù)雜的，具有非線性、彈性、塑性、粘性、剪脹性、各向異性等等，同時，應(yīng)力路徑、強度發(fā)揮度、以及巖土的狀態(tài)、組成、結(jié)構(gòu)、溫度等均對其有影響。

　　開展巖土的本構(gòu)模型研究可以從兩個方向努力：一是努力建立用于解決實際工程問題的實用模型;一是為了建立能進一步反映某些巖土體應(yīng)力應(yīng)變特性的理論模型。理論模型包括各類彈性模型、彈塑性模型、粘彈性模型、粘彈塑性模型、內(nèi)時模型和損傷模型，以及結(jié)構(gòu)性模型等。它們應(yīng)能較好反映巖土的某種或幾種變形特性，是建立工程實用模型的基礎(chǔ)。工程實用模型應(yīng)是為某地區(qū)巖土、某類巖土工程問題建立的本構(gòu)模型，它應(yīng)能反映這種情況下巖土體的主要性狀。用它進行工程計算分析，可以獲得工程建設(shè)所需精度的滿意的分析結(jié)果。例如建立適用于基坑工程分析的上海粘土實用本構(gòu)模型、適用于沉降分析的上海粘土實用本構(gòu)模型，等等。筆者認(rèn)為研究建立多種工程實用模型可能是本構(gòu)模型研究的方向。

　　在以往本構(gòu)模型研究中不少學(xué)者只重視本構(gòu)方程的建立，而不重視模型參數(shù)測定和選用研究，也不重視本構(gòu)模型的驗證工作。在以后的研究中特別要重視模型參數(shù)測定和選用，重視本構(gòu)模型驗證以及推廣應(yīng)用研究。只有這樣，才能更好為工程建設(shè)服務(wù)。

　　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非飽和土力學(xué)理論的發(fā)展，有助于進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。

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