時間：2023-03-20 16:19:33
序論：在您撰寫巖土論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
土以碎散的顆粒為骨架，由固、液、氣三相物質(zhì)組成；在其由巖石風化的生成、搬運和沉積過程中幾經(jīng)滄桑，形成了不同于其他材料的復雜的力學性質(zhì)，而不同時空條件下土的性狀也各不相同。所以盡管已提出的土的本構(gòu)關系理論數(shù)學模型不下百種，動用了傳統(tǒng)力學和現(xiàn)代力學的各種理論和手段，但是到目前為止，還沒有一種為人們所公認的，能夠準確、全面反映各種土的應力應變關系的數(shù)學模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。
在計算機和計算技術(shù)基礎上發(fā)展起來的，以有限元為代表的數(shù)值計算是解決邊值問題的強有力的手段。當用來計算彈性體時其精確程度令人嘆為觀止。其計算結(jié)果與光彈試驗結(jié)果毫厘不差，結(jié)果光彈試驗很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數(shù)值計算中首先被假設為連續(xù)體，然后被離散化，假設各單元間的結(jié)點位移協(xié)調(diào)，計算土體的應力變形關系。這常常不能反映土的變形的微觀機理。以DDA（DiscontinuousDeformationAnalysis）為代表的離散單元計算方法在計算某些農(nóng)產(chǎn)品（如谷類）和工業(yè)零件（如滾珠）時是相當成功的。以至被稱為“數(shù)值試驗”可以精確地代替模型試驗。在定性地探索土的變形的微觀機理時，也是很有價值的。但是用以描述由不同尺寸、不同形狀、不同礦物成分的顆粒組成的土，反映不同三相成分及其物理、化學和力學的相互作用，即使是可能，恐怕也是相當遙遠的事。
數(shù)學模型和數(shù)值計算預測的另一個難點是土的參數(shù)的選取，它受到取樣(制樣)和試驗手段的限制。原狀土在取樣過程中不可避免地受到擾動和發(fā)生應力釋放，會破壞其結(jié)構(gòu)性。即使是重塑土試樣，制樣的方式、器具和操作程序的差別也嚴重影響試驗的結(jié)果。另一方面，目前使用的土工試驗儀器也存在局限性。以真三軸儀為例，由于邊界之間的干擾，試樣的應力和應變的均勻是很難保證的。
在對地基和土工建筑物的探測方面，土層的時空變異及人類活動給勘探測試及其結(jié)果的判釋造成困難。除此以外，巖土工程中的復雜邊界條件和施工過程中的諸多因素也嚴重影響工程的實際結(jié)果。
在我國每年發(fā)表和撰寫了大量的論文和報告，提出了各種理論、模型、計算方法、計算程序和技術(shù)手段，常常伴以試驗或者實測數(shù)據(jù)的驗證，其結(jié)果也常常是“符合得很好”。自己的試驗或觀測證實了理論或者方法的完美，正是：“各夸自家顏色好，百花園中各稱王?！边@種結(jié)果的可信性很值得懷疑。筆者在評閱一些論文和成果時，對于那些二者符合得完美到天衣無縫的圖與曲線，常常懷有很大的不信任感；而對于存在相當差別，甚至坦率地承認預測的不成功的情況，則是完全理解的?？上Ш笳咻^少。
近年來，主要在國外進行了多次的“考試”或者“競賽”活動：首先委托一個（或幾個）單位進行所謂的“目標試驗”，亦即需要預測或者預算的試驗或?qū)嵗?。其結(jié)果是保密的，或者預測前不做試驗，預測以后在試驗。事先公布有關的土的一般資料、基本試驗的數(shù)據(jù)（為確定有關參數(shù)）和目標試驗的應力（應變）路徑。在全世界或者一定范圍征求參賽者（參加目標試驗的人不參賽）。全部預測結(jié)果上交以后，公布試驗結(jié)果。一般是召開研討會，評估或者評分。參賽者也常常進行申辯和總結(jié)。這是一種客觀、公正和有權(quán)威性的檢查比較方式。也是推動巖土工程發(fā)展的十分有益的活動和手段。它使我們認識到在巖土工程領域，我們的認識能力和預測能力到底有多高。
試驗方法和設備的檢驗比較
1.不同儀器的相同試驗的檢驗
1982年在法國Grenoble召開的“土的本構(gòu)關系國際研討會”上①，用劍橋式的立方體真三軸儀分別由德國的Karlsrube大學和法國的Grenoble大學對同樣的砂土和粘性土進行復雜應力路徑和應變路徑的真三軸試驗，兩份試驗結(jié)果是存在著差別的。由于使用的儀器與土料都是相同的，差別主要源于操作方法和技巧。
1987年在美國克里夫蘭召開的“非粘性土的本構(gòu)關系國際研討會”上②，利用美國Case大學的空心圓柱扭剪儀和法國Grenoble大學的劍橋式立方體真三軸儀進行砂土的相同應力路徑的試驗。試驗內(nèi)容包括：
(1)b＝不同常數(shù)的不同密度兩種砂土的真三朝試驗；其中，b=（σ1-σ2）／（σ1-σ3）
(2)在π平面上應力路徑為圓周（兩周）的的真三軸試驗。
（b=常數(shù)的真三軸試驗與空心圓柱試驗的比較）表示了對于Hostun密砂（干密度ρd＝1.65g/cm3）在b＝不同常數(shù)，中主應力ρ2=500kPa保持不變，用兩種儀器試驗得到的軸向應力與軸向應變關系曲線，軸向應變和體應變的關系曲線?？梢娫赽=0和0.28時，不同儀器試驗結(jié)果的差別是很大的。但是在評價它們時，主持者說：對于軸應變，除了0.286的結(jié)果很差（verypoor）以外，其他的曲線符合的很好(verywell)；（b.體應變εv與軸向應變εz間試驗曲線）的曲線認為符合得很優(yōu)良（excellent）。對比我們的一些論文中理論與實際曲線二者絲絲入扣的符合，就顯得很不真實。在這兩個試驗中試樣的破壞形態(tài)也有很大不同：空心圓柱試樣發(fā)生頸縮；立方體試樣產(chǎn)生V形的剪切帶。這些差別可能是由于試樣的制樣方法不同，試樣中的實際應力分布不同和試驗中的邊界條件不同引起的。
2.土工離心機模型試驗
1986年由歐洲共同體資助，發(fā)起“土工離心機的合作試驗”③。參賽者有三家：英國的劍橋大學、法國的道橋中心研究室和丹麥的工程院。試驗的內(nèi)容是模擬飽和砂土地基上的圓形淺基礎的承載力和荷載—沉降關系。試驗土料統(tǒng)一為巴黎盆地天然沉積的一種均勻石英細砂。模型地基的孔隙比規(guī)定為e=0.66(相對密度Dr=86％)，規(guī)定圓形基礎的模型尺寸為直徑D=56.6mm,離心加速度＝28.2g，基底完全粗糙。此前，由丹麥巖土研究所對于這種土進行了物性試驗和三軸試驗，其結(jié)果公布于眾。要求荷載—沉降關系表示成無量綱的變量q/γˊnb-s/b公關系曲線。
其中：
q=基礎上施加的荷載(kPa)
γˊ=乙土的浮容重(kN-m3)
n=重力加速度水平，即模型比尺
b=模型基礎的尺寸(m)
s=基礎的中心垂直沉降(m)
同時也進行了相同條件下的現(xiàn)場載荷試驗，以便與模型試驗結(jié)果對比。
這三家使出了渾身解數(shù)，精心制樣、安裝、運轉(zhuǎn)和量測，反復摸索，反復校驗，校正各種參數(shù)和影響因素。劍橋大學還在離心機上作了靜力觸探試驗。最后，劍橋大學提交了一組試驗結(jié)果，另外兩家按要求給出了一條曲線。圖2（圓形天然淺基礎的試驗荷載-沉降關系曲線）表示了其試驗結(jié)果，其中劍橋大學是筆者選取的最接近于要求的條件的試驗結(jié)果(e＝0.664)。
可見，這種世界先進水平的土工離心模型試驗的誤差在±30%以上。值得提出的是，這是一種條件非常簡單明確的模型試驗。而現(xiàn)場的工程實際情況的條件和影響因素遠比這復雜。在這個試驗中，加載速率、模型地基砂的密度、制樣方法和運行程序?qū)υ囼灲Y(jié)果都有影響。例如劍橋大學的試驗表明，砂土的孔隙比變化0.01（相當于相對密度變化3％），則其承載力變化18％，如圖3（地基承載力與模型地基孔隙比間關系—劍橋大學試驗結(jié)果）所示。而由于模型地基是先制樣，后運轉(zhuǎn)，保證地基內(nèi)砂土處處均勻，孔隙比誤差在0.01范圍內(nèi)是有較大難度的。
3.單樁的動測法的考試
1992年在荷蘭海牙進行了一次動測樁的“考試”④。在第一輪，10根預制樁預先被沉入地基，樁徑250mm，樁長18m（7#樁17m）。要求測出其預制的“缺陷”。其中一根樁完整無缺；其余的9根樁各有缺陷：頸縮、擴徑和在不同部位的10mm寬，130mm深的刻槽。事先由特爾夫公司進行了地基勘察，將土層資料公布于眾。有12家具有國際聲譽的公司參賽，用小應變動測法檢測。結(jié)果是：平均測對4根；最多對7根，最少對兩根。沒有一家測出那根完整無損的樁。他們認為對于只有10mm寬的缺痕很難分辨。
第二輪是沉入11.5m-19m長的5根樁，然后用靜載荷試驗測出極限承載力。10家公司用大應變動測法測試其極限承載力。其結(jié)果也不樂觀。比如，由靜載試驗為340kN的一根樁，各家給出的結(jié)果分布在90kN-510kN的范圍。
4.堤防隱患檢測的“大比武”
我國目前有各類堤防25萬公里，很多已具有幾百年的歷史。是民堤逐年加高培厚或者在汛期搶修形成的。地質(zhì)條件及堤身土料和質(zhì)量千差萬別，隱患很多。1998年洪水期間發(fā)生的許多險情和決口都是由于滲透通道形成的管涌和蟻穴鼠洞、裂隙異物和局部疏松土體等造成的。為此水利部和防汛辦于1999年3月在湖南宜陽召開了“堤防隱患綜合檢測技術(shù)檢驗會”也北被稱為“大比武”。
有我國的十幾家科研院所、大專院校和少數(shù)廠家（包括美國的勞雷公司）參加。檢測堤段位于宜陽的一段廢堤上。每個參賽的檢測方法負責200米堤段，時間是兩小時。幾處“隱患”是事先人工布置的，埋設了稻草、鋼管，模擬蟻穴和鼠洞。一般在兩米深范圍內(nèi)。人們使用的測試手段包括：高密度電阻率法、瞬變電磁法、地震波法、彈性波法和探地雷達等。這些方法都有一定的分辨率限制，即分辨尺寸與深度之比一般是相對固定的。因而兩米深的隱患的檢測不應算是難題。檢測結(jié)果聘請有關專家評審，打分。圖4（堤防隱患的檢測結(jié)果評分）所給的分數(shù)只是相對的。組織者對于測試結(jié)果是不滿意的。參賽者各自對其結(jié)果的誤差的原因進行了解釋。針對這種結(jié)果，水利部斥資幾百萬，開展專題研究，目標是“傻瓜”式的快速檢測儀器和方法。關鍵問題可能是要結(jié)合各地具體情況和長期的抗洪防汛經(jīng)驗，因地制宜，積累資料和經(jīng)驗，合理判釋，儀器才會發(fā)揮作用。很難想象，可以身背“傻瓜機”，走遍天下都會靈驗。
土的本構(gòu)關系的檢驗
80年代以來，關于土的本構(gòu)關系的“考試”至少進行了3次。1980年美國和加拿大召開了“巖土工程中極限平衡、塑性理論和一般的應力應變關系北美研討會”⑤。會前用兩種天然粘土、一種重塑的高嶺粘土和渥太華砂進行了一系列試驗。試驗包括：
平均主應力p=常數(shù)的三軸試驗，
b＝常數(shù)的真三軸試驗
砂土在π平面上應力路徑為圓周的真三軸試驗
天然粘土大主應力方向與其沉積方向成不同角度的三軸試驗。
事先將土的物性參數(shù)和基本試驗的結(jié)果公開提供。然后在全世界范圍征求參賽者。參加預測的有個不同國家的17個本構(gòu)模型。從給出的結(jié)果看，軸向應力應變關系（σ1-σ3）~ε1預測的精度一般尚可；體應變預測的精度差別很大。對于應力路徑在π平面上為圓周的情況，許多模型無能為力。由于原狀土的各向異性，對于其循環(huán)加載和超固結(jié)性狀很難預測，只有少數(shù)模型參加了預測。結(jié)果表明，沒有一個模型能夠合理地預測所有的試驗情況。正如會議主席Finn所說：“沒有給任何一個本構(gòu)模型戴上王冠”。這也是符合當前的土力學理論發(fā)展的現(xiàn)狀的。
1982年在法國召開了“土的本構(gòu)關系國際研討會”人們用不同的理論模型對砂土和粘土的復雜應力路徑和應變路徑的試驗結(jié)果進行了類似的預測。如上所述，也對試驗本身進行了檢驗⑥。
1987年在美國克里夫蘭召開了“非粘性土的本構(gòu)關系國際研討會”⑦。會議征求對真三軸試驗和空心扭剪試驗結(jié)果用理論模型進行預測。共有世界各國的32個土的本構(gòu)模型參賽。其中包括：
3個次彈性模型(H)
3個增量非線性彈性模型(I)
1個內(nèi)時模型(E)
9個具有一個屈服面的彈塑性模型(EP1)
10個具有兩個屈服面的彈塑性模型(EP2)
6個其他形式的彈塑性模型(EP)
會議將預測結(jié)果與試驗結(jié)果比較，按四個單項評分。評分的標準見圖5（本結(jié)構(gòu)模型預測的評分標準）。規(guī)定了上下限，按統(tǒng)計方法打分。圖6（軸向應力應變關系得分的直方圖—滿分100）與圖7（體應變與軸向應變關系得分的直方圖—滿分100）表示出b＝常數(shù)的真三軸試驗的預測得分情況。可見其軸向應力應變關系預測經(jīng)過還差強人意；而體應變的預測則基本是全不及格。
這些“考試”基本上反映了人們當前認識和描述土的應力應變關系的能力和水平。它表明，即使對于實驗室制作的重塑土試樣，其應力應變關系也是相當復雜的?，F(xiàn)有的關于土的本構(gòu)關系的數(shù)學模型的描述能力在精度和條件方面都是有限的。有的模型使用了20多個，甚至40多個常數(shù)，結(jié)果仍然不另人滿意。
1．土工加筋擋土墻的計算
60年代以來，隨著計算機和計算技術(shù)的發(fā)展，土工數(shù)值計算大大加強了我們解決復雜的巖土工程邊值問題的能力。有人提出可將土力學分成理論土力學、實驗土力學和計算土力學三部分。由于它幾乎可以精神任何邊值問題，似乎一臺打計算機，幾頁打印紙，就可以馳騁在巖土工程的所有領域。這種表現(xiàn)上的簡單、快捷和“精確”，常使青年巖土工作者產(chǎn)生誤解，忽視了其與實際工程問題間的距離，輕視在巖土工程實踐中積累經(jīng)驗的重要意義。
加筋土的計算是巖土數(shù)值計算中很有代表性的課題。它涉及到土的本構(gòu)模型，筋材的應力應變關系模型和筋土間的界面模型及這些模型涉及的參數(shù)。目前已經(jīng)有較多的計算程序和經(jīng)驗。1991年在美國的科羅拉多大學，由美國聯(lián)邦公路局資助，在足尺試驗的基礎上進行了加筋土計算的競賽⑧。
目標試驗是在一個高3.05米，寬1.22米，長2.084米的大型的試驗槽中進行的。鋪設了12層長為1.68米的無紡土工織物，作成土工織布加筋擋土墻。墻頂采用氣囊加壓。氣囊下鋪設5厘米的砂墊層。試驗用的土料有兩種：一種是均勻的砂土，D50=0.42m；另一種為粉質(zhì)粘土，塑限Wp=19％，液限Wl=37%。事先公布了砂土的三軸試驗，粘土的不同排水條件下的三軸試驗，土工布的拉伸試驗和筋土問的界面直剪試驗等試驗的結(jié)果。征求世界各國同行們進行數(shù)值計算，預算試驗觀測結(jié)果。預測項日有：
(1)兩種加筋擋土墻在頂部加載103.5kPa以后的墻頂最大位移、不同位置的墻面位移及筋的應變
(2)在加載100小時后的以上各項位移和應變
共有15個不同國家的大學和研究單位參賽。包括美國的科羅拉多大學等8家，英國的哥拉斯格大學等兩家，日本的東京大學等3家。中國和加拿大各一家。其中14家參加了荷載—變形和應變關系的預測。計算的結(jié)果見圖8（砂土加筋擋土墻的墻頂最大位移計算的誤差）和圖9（粘土加筋擋土墻的墻頂最大位移計算的誤差）。它們分別表示了砂土和粘土在上述荷載下的墻頂最大位移的預測誤差。有幾家沒有預測粘土加筋擋土墻，有幾家計算得到的結(jié)果表明，在此荷載下?lián)跬翂υ缇推茐摹Ｖ挥猩贁?shù)計算的誤差在30％以內(nèi)。
對于砂土加筋擋土墻試驗的破壞荷載是207kPa，預測值從10kPa到517kPa不等。粘土加筋擋土墻在荷載加到230kPa時由于氣囊爆破而未能繼續(xù)試驗，但擋土墻并沒有破壞。計算的破壞荷載在21kPa到207kPa之間。其誤差之大令人沮喪。
2．土的液化分析方法的檢驗
在1989-1994年間由美國NSF撥款350萬美元，資助用離心機模型試驗來檢驗地震反應分析方法。這是NSF歷年來投入單項經(jīng)費最多的項目。項目簡稱VELACS。參加的單位和個人包括：美國加州大學戴維斯分校，加州理工大學，英國劍橋大學等7座大學；其中有10名美國國家科學院院士和英國皇家學會會員。參加考試的考生有美、加、日和歐洲的23個數(shù)值計算專家和研究組。
項目動用了9臺帶有振動臺的土工離心機，并且進行了平行試驗。模擬地震的振動模型試驗內(nèi)容包括：
(1)水平自由地基
(2)傾斜地基
3)組合地基（一半是密砂，另一半是松砂）
(4)成層水平地基(剛性箱和柔性箱各一種)
(5)護岸的重力式擋土墻
(6)堤壩
(7)心墻壩
(8)砂基礎上的剛性建筑物
涉及以上9種邊值問題的模型試驗，都是相當簡單的工程問題。在土工離心機試驗的基礎上，提出了三類考題：
A在離心機試驗前，提供試驗的初始條件和邊界條件，在尚無任何試驗資料的情況下，進行數(shù)值計算。是一種“盲測”。
B離心試驗完成以后，但不公布試驗結(jié)果。但向計算者提供試驗的較為詳細的條件和細節(jié)。
C公布試驗結(jié)果，讓“考生”用自己的數(shù)值計算進行計算，比較。
考試的成績按照ABC的次序有所提高，對于A類考題，有30多個數(shù)值計算模型參加考試。預測的地震反應加速度比較接近；計算的靜孔壓和沉降量與試驗量測的結(jié)果比較，趨勢還是相同的。但二者差別很大，多達幾十倍。但是在試驗后，考慮了試驗中的具體條件量測方法，修正計算條件和參數(shù)，計算結(jié)果明顯改善。
結(jié)論與討論
土的力學性質(zhì)是非常復雜多變的，巖土工程問題具有很強的不確定性。目前我們的理論分析、數(shù)值計算和勘探試驗還遠不能精確定量地描述，反映和預測它們。對此應當有清醒的認識。但是正確的理論和有效的方法應當能夠揭示土受力變形的基本規(guī)律，反映巖土工程中的影響因素及影響的范圍。
對于巖土工程問題，正面的純理論和數(shù)值預測和計算，往往是很難奏效的。必須詳細地了解實際的條件和過程，熟悉當?shù)氐那闆r，積累經(jīng)驗，對理論和參數(shù)進行合理修正；在工程中不斷觀測和積累數(shù)據(jù)，在其基礎上合理選取參數(shù)，再計算和預測以后的變化，往往達到很高的精度。因而，有人提出在復雜的巖土工程中需要“理論導向，經(jīng)驗判斷，精心觀測，合理反算”。這是非常中肯和寶貴的認識。
在土力學和巖土工程中逐步引進不確定性的理論方法是一個重要的發(fā)展方向。
參考文獻
①ConstitutiveRelationforSoil,Ed.Gudehus,G.,1984
②Bianchini,G.et.al,,ComplexStressPathsandValidationofConstitutiveModel,GeotechnicalTesting,Journal,1991,14(1):13-25
③Corte,J.F.Etal.,.ModelingofTheBehaviorofShallowFoundation_ACooperativeTestProgramme,Centrifuge88,Corte(Ed)1988Balkema,Rotterdam,ISBN9061118138
④盛崇文，從樁的測法談起。地基處理，1996，7（3）
關鍵詞：環(huán)境巖土工程研究
隨著經(jīng)濟和、工業(yè)的迅速發(fā)展，人們越來越意識到人類活動對環(huán)境產(chǎn)生的兩個負面影響：環(huán)境污染和生態(tài)破壞。因此，應運產(chǎn)生了一門新興學科——環(huán)境巖土工程學。它既是一門應用性的工程學，又是一門社會學。它把技術(shù)和政治、經(jīng)濟和文化相結(jié)合的跨學科的新型學科。
1.環(huán)境巖土工程定義
環(huán)境巖土工程（EnvironmentalGeotechnology）一詞，源自1986年4月美國賓州里海大學土木系美籍華人方曉陽教授主持召開的第一屆環(huán)境巖土工程國際學術(shù)研討會，并在其著名的“IntroductoryRemarksonEnvironmentalGeotechnology”論文中，將環(huán)境巖土工程定位為“跨學科的邊緣科學，覆蓋了在大氣圈、生物圈、水圈、巖石圈及地質(zhì)微生物圈等多種環(huán)境下土和巖石及其相互作用的問題”，主要是研究在不同環(huán)境周期（循環(huán)）作用下水土系統(tǒng)的工程性質(zhì)。
2.環(huán)境巖土工程研究的內(nèi)容及分類
環(huán)境巖土工程是研究應用巖土工程的概念進行環(huán)境保護的一門學科。這是一門跨學科的邊緣學科，涉及面很廣，包括：氣象、水文、地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、化學、醫(yī)學、工程學等等。
環(huán)境巖土工程研究的內(nèi)容大致可以分為三類：
(1)環(huán)境工程。主要指用巖土工程的方法來抵御由于天災引起的環(huán)境問題。例如：抗沙漠化、洪水、滑坡、泥石流、地震、海嘯等。這些問題通常泛指為大環(huán)境問題。
(2)環(huán)境衛(wèi)生工程。主要指用巖土工程的方法抵御由于各種化學污染引起的環(huán)境問題。例如城市各種廢棄物的處理、污泥的處理等。
(3)人類工程活動引起的一些環(huán)境問題。例如在密集的建筑群中打樁時，由于擠土、振動、噪聲等對周圍居住環(huán)境的影響；深基坑開挖時，降水和邊坡位移等。
3.環(huán)境巖土工程研究中基本觀點及研究方法
3.1基本觀點
(1)巖土實踐的范圍是地球表層,而地球?qū)τ谟钪鎭碇v是一個子系統(tǒng),它的變化受其他子系統(tǒng)的影響,它們之間有物質(zhì)和能量的交換,是一個開放的系統(tǒng);
(2)資源是有限的。我們只有一個地球,并且隨著人口的增長,資源與人口相比越來越小,所以我們應實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,而不能盲目地掠奪式地利用,以防止對環(huán)境造成不利的影響;
(3)人類無計劃的活動會毀滅人類自身;
(4)自然界在不斷地變化,有一些直接危害人類,反過來人類要避開危害,就必須采取措施;
(5)雖然巖土工程曾帶來一些消極影響,但它是由于人類認識上的片面性和歷史的局限性造成的,
所以從理論上講,所有的環(huán)境巖土工程問題是可以解決的,但它依賴于人們環(huán)境意識的提高,巖土工程技術(shù)的進步和法制建設的健全。
3.2研究方法
環(huán)境巖土工程是一個系統(tǒng)工程。它涉及許多學科領域,所以在研究中應從學科間的交叉處著眼,以辯證的觀點分析和解決問題。其次,應用巖土工程的觀點去改善環(huán)境,使其更符合人類的生存需求。
4.環(huán)境巖土工程與相關學科的關系
與環(huán)境巖土工程相關的學科有:工程地質(zhì)學、巖土力學、巖土工程學、地質(zhì)工程、環(huán)境工程地質(zhì)學。
工程地質(zhì)學的基礎理論是地質(zhì)學,指導它的理論主要是自然歷史觀1它的基本理論是認為地質(zhì)成因和演化過程決定地質(zhì)體的工程特性,相應地在研究方法上就是從地質(zhì)體局部特性的研究,探索地質(zhì)體在生成時的地質(zhì)環(huán)境以及形成地質(zhì)體的地質(zhì)作用和演化過程,從而在整體上認識和把握地質(zhì)體的組成和結(jié)構(gòu)以及發(fā)育規(guī)律,并進一步探討和預測它在工程建筑物作用下的表現(xiàn)和工程行為。
工程地質(zhì)學的服務對象完全是人為設計,人為施工的建物。這一應用性決定了工程地質(zhì)學的邊緣性、交叉性和綜合性等特性。所謂邊緣性指它處在地質(zhì)學科的外層,位于和工程學科接壤的部位。所謂交叉性表明在它的學科發(fā)展中不斷吸收工程學科的理論、概念和方法,并和地質(zhì)學結(jié)合起來。所謂綜合性是指工程地質(zhì)學的目標是解決問題,它是借助于地質(zhì)學各基礎學科的成就來綜合地工作的.
巖土力學、巖土工程和工程地質(zhì)學在研究對象和目標上有很大的相同之處,是密切相鄰的學科。但是巖土力學屬于力學學科的邊緣,而巖土工程屬于工程學科的邊緣1雖然對巖土的地質(zhì)認識是建立巖土力學模型和本構(gòu)關系的重要基礎,但巖土力學更偏于模型及建模后的力學研究。巖土工程是將巖土作為工程結(jié)構(gòu)物的一部分工程學科。不過巖土力學和巖土工程與其他的力學或工程學科相比,需要更多地質(zhì)學科的支持,或者說更需要與地質(zhì)學科的結(jié)合。
5.環(huán)境巖土工程的研究現(xiàn)狀
20世紀50-60年代公害事件的顯現(xiàn)，人們不斷探索，反思，并已取得了基本的共識。目前國外對環(huán)境巖土工程的研究主要集中于垃圾土、污染土的性質(zhì)、理論與控制等方面，而國內(nèi)則在此基礎上有較大的擴展，就目前涉及的問題來分，可以歸納為兩大類：第一類是人類與自然環(huán)境之間的共同作用問題。這類問題的動因主要是由自然災變引起的。例如地震災害、土壤退化、洪水災害、溫室效應等。這些問題通常稱為大環(huán)境問題。第二類是人類的生活、生產(chǎn)和工程活動與環(huán)境之間的共同作用問題。它的動因主要是人類自身。例如城市垃圾、工業(yè)生產(chǎn)中的廢水、廢液、廢渣等有毒有害廢棄物對生態(tài)環(huán)境的危害；工程建設活動如打樁、強夯、基坑開挖、盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響；過量抽汲地下水引起的地面沉降等等。有關這方面的問題，統(tǒng)稱為小環(huán)境問題。
6.環(huán)境巖土工程的發(fā)展展望
20世紀90年代后，我國進入了大規(guī)模工程建設時期。從沿海地區(qū)開始，逐步向內(nèi)陸擴展，高層建筑、地鐵、道路交通、隧道等等的建設以及城市化進程步伐的加快向環(huán)境巖土工程不斷提出新的挑戰(zhàn)。同時，自然環(huán)境的變化，地震、洪澇災害的頻頻發(fā)生，溫室效應的加劇，水土流失，土壤退化等大環(huán)境問題，也引發(fā)了一系列新的環(huán)境巖土工程問題。相對發(fā)達國家來說，我國的巖土工程工作者面臨更為艱巨的任務。一方面，我國正處于大規(guī)模工程建設時期，有許多工程問題需要解決;另一方面，基于可持續(xù)發(fā)展要求，我們面臨嚴峻的環(huán)境保護與治理工作。在環(huán)境巖土工程問題上，未來幾年應重點研究并解決下面幾個問題。其中，西部問題，包括生態(tài)環(huán)境建設與保護區(qū)域穩(wěn)定性與地下工程。東部問題，包括大城市地面變形不穩(wěn)定性、懸河化水資源、水環(huán)境等。在一些應用方面還急需解決的問題如下：衛(wèi)生填埋場的設計問題;大規(guī)模工程建設的區(qū)域環(huán)境巖土工程問題評估;城市施工影響環(huán)境巖土工程問題;巖土工程手段在環(huán)境的治理中的應用等。
參考文獻：
[1]繆林昌劉松玉環(huán)境巖土工程學概論北京:中國建材工業(yè)出版社2005
[2]方江華等對環(huán)境巖土工程幾個問題的探討巖土力學2005年第4期
現(xiàn)階段，我國巖土工程勘測的現(xiàn)狀不容樂觀，一方面，巖土勘測工作與設計工作出現(xiàn)分離，勘測人員不能嚴格的按照設計要求進行操作，盡管，我們不斷的引進新的技術(shù)與先進的設備，但是實際的勘測效果并沒有預想的完善，由于勘測與設計的分離使得勘測人員的工作效率降低，還時常出現(xiàn)錯誤，同時，巖土設計人員也沒有對當?shù)氐膶嶋H情況進行細致的調(diào)查，數(shù)據(jù)的收集不完善，造成設計圖紙中的參數(shù)不適用于實際操作，造成資源和人力、物力的浪費。另一方面，巖土工程的勘測人員沒有事先做好準備工作，不重視勘測綱要所強調(diào)的內(nèi)容，最近幾年，我國各個地區(qū)經(jīng)常有地質(zhì)勘探人員遭遇危險的報道，這都是由于沒有實現(xiàn)做好準備工作，勘測過于隨意，嚴重影響巖土勘測工作的質(zhì)量。
2巖土工程勘測中存在的問題
2.1勘測技術(shù)落后現(xiàn)階段，我國在巖土勘測技術(shù)的先進性方面與西方發(fā)達國家相比仍然存在一些差距，因此，在勘測數(shù)據(jù)的準確性與勘測工作的質(zhì)量和效率方面都存在嚴重的缺失，一些勘測公司仍然使用傳統(tǒng)的勘測手段，很少引進新的機器設備及優(yōu)質(zhì)的勘測人員，這樣新的技術(shù)就無法發(fā)揮其應有的功能[1]。
2.2勘測環(huán)節(jié)不規(guī)范巖土勘測工作應當有明確的操作步驟和技術(shù)規(guī)范，然而，我國的勘測企業(yè)由于缺乏管理及員工的素質(zhì)較低，導致勘測環(huán)節(jié)無法規(guī)范的進行，要知道，巖土的勘測存在一定的危險性，如果一旦出現(xiàn)操作的失誤就會給勘測人員的生命財產(chǎn)安全造成嚴重的威脅，同時，勘測市場的秩序也非?；靵y，很多人員都是依據(jù)以往的經(jīng)驗來填寫勘測報告，這樣會使得數(shù)據(jù)誤差非常大，也滋生了一些不法商販謀取利益的途徑。
2.3勘測人員專業(yè)素質(zhì)不高我國現(xiàn)階段的巖土勘測人員有一少部分是勘測多年的經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員，但是仍然有很多專業(yè)素質(zhì)不高的勘測人員，這些人大多缺少專業(yè)的技能培訓，對一些新的勘測儀器和勘測技術(shù)不甚了解，甚至對自身的安全防護意識也非常薄弱，尤其在野外的巖土勘測工作中經(jīng)常發(fā)生危險與錯誤的勘測結(jié)果，這嚴重制約著我國勘測事業(yè)的發(fā)展，與此同時，一些勘測企業(yè)為了節(jié)約成本，雇傭一些廉價的農(nóng)民工作為勞動力，這些人不僅缺少相關的專業(yè)知識，更沒有認真負責巖土勘測作業(yè)。
2.4主管部門管理不到位巖土勘測工作的管理也是確保勘測質(zhì)量的重要一環(huán)，但是我國地質(zhì)勘測工作的入行門檻卻很低，一些外行的從業(yè)人員也可以進行相應的勘測工作，然而，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，一些先進的技術(shù)理念被引入進來，如果勘測企業(yè)不加強管理，注定會被激烈的市場競爭所淘汰。與此同時，巖土勘測的主管部門不能夠?qū)υ嫉目睖y數(shù)據(jù)進行認真的審核，只是通過簡單的記錄確定檢測質(zhì)量報告，這樣是對巖土勘測工作極不負責的現(xiàn)象，更不能很好的管理企業(yè)的經(jīng)營理念，對勘測企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的取得都產(chǎn)生了嚴重的阻礙[2]。
3優(yōu)化巖土工程勘測工作的建議
3.1采用先進的勘測技術(shù)巖土工程的勘測涉及到多個學科的專業(yè)知識，隨著我國科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新，應當將先進的勘測技術(shù)應用到巖土工程的勘測中來，例如工程物力專業(yè)理論和電磁波理論等，同時，在勘測設備的使用方面也應當引入先進的、高效的、準確的勘測設備，盡管這些設備會耗費更多的成本，但國家要想更好的完成巖土工程的勘測就應當加大投資力度，提升勘測數(shù)據(jù)的準確性，一些經(jīng)濟不發(fā)達的地區(qū)仍然使用傳統(tǒng)的勘測技術(shù)，因此，地質(zhì)勘測企業(yè)最好能夠?qū)崿F(xiàn)電子化的辦公，讓更多的勘測數(shù)據(jù)通過計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)整合與分析，從而極大提升勘測的效率，尤其是對一些復雜的數(shù)據(jù)處理，可見，只有不斷的創(chuàng)新和使用先進的勘測技術(shù)才能夠促進我國勘測事業(yè)的進步。
3.2增強勘測規(guī)范性巖土工程的勘測還需要規(guī)范的操作步驟，每一個操作環(huán)節(jié)都是相輔相成的，只有認真的做好每一個勘測環(huán)節(jié)，才能夠確保最終檢測結(jié)果的準確，與此同時，國家應當出臺相應的管理制度來規(guī)范勘測市場的操作行為，對一些不符合規(guī)定的行為予以嚴厲的打擊，只有這樣才能夠不斷的凈化我國的地質(zhì)勘測事業(yè)，對于勘測報告的檢察也要設立專門的監(jiān)測機構(gòu)，從而制止一些以假亂真、謀取個人財產(chǎn)的行為。另一方面，通過規(guī)范巖土勘測的設計來約束實際的勘測行為，確?？睖y人員能夠嚴格的按照設計要求進行操作，不能偷工減料或者憑借經(jīng)驗填寫檢測報告，每一個勘測數(shù)據(jù)都有其相應的功能，只有規(guī)范操作才能實現(xiàn)其真正的價值。
3.3提高勘測人員專業(yè)技能任何先進設備的使用和創(chuàng)新技術(shù)的應用都需要高素質(zhì)、高水平的專業(yè)人員，而巖土工程的勘測更是如此，我國現(xiàn)在急需一大批優(yōu)秀的地質(zhì)勘探人才，不僅能夠數(shù)量的掌握各種勘測技術(shù)，還具備較高的職業(yè)道德及綜合素質(zhì)，因此，我國應加大力度培養(yǎng)和提升勘測人員的專業(yè)技能，可以在各大高校開展地質(zhì)勘測相關專業(yè)，教育學生將勘測理論與實踐相結(jié)合，確?？睖y數(shù)據(jù)的準確性，從而提高巖土工程的勘測質(zhì)量。與此同時，勘測人員的專業(yè)素質(zhì)和技能水平直接關乎我國勘測事業(yè)未來的發(fā)展，無論從眼前的利益來看還是著眼于未來，提升地質(zhì)勘測人員的技能水準是至關重要的，勘測企業(yè)不僅要聘用綜合型技術(shù)人才，還要定期開展從業(yè)人員技能培訓，將先進的理念和經(jīng)驗教授新人，同時采用嚴格的獎懲制度和責任制度來激發(fā)勘測人員的工作熱情，不斷進取，從而促進我國地質(zhì)勘測事業(yè)的進步[3]。
3.4主管部門加強管理加強巖土工程勘測主管部門的管理職能是保障勘測工作質(zhì)量的關鍵，首先，重視巖土工程勘測的地域性研究，也就是每個地區(qū)的主管部門都要對自己做負責的區(qū)域予以嚴格的管理，并建立健全地質(zhì)勘測工作的規(guī)章制度，根據(jù)自己地區(qū)的特點制定相應的法規(guī)，確保巖土工程勘測不會受到區(qū)域因素的影響，對于一些經(jīng)濟欠發(fā)達的地區(qū)主管部門一定要加強勘測人員的安全管理，建立相應的安全防護措施，同時，對勘測過程中可能出現(xiàn)的環(huán)境干擾因素事先采取恰當?shù)慕鉀Q對策，對巖土工程勘測的治理與管理負起責任。
4結(jié)束語
該區(qū)屬丘陵~低山溶蝕峰叢地貌，場地內(nèi)總體地勢為北東高南西低，測區(qū)內(nèi)多有第四系土層覆蓋，四周植被較為茂密，現(xiàn)經(jīng)施工平場后，場地變得較為平坦，由地表地質(zhì)現(xiàn)象顯示，測區(qū)內(nèi)巖性多樣，且有一斷層通過場地，該斷層平面走向北西~南東向，在斷層兩側(cè)巖層產(chǎn)狀變化較大，其中：在斷層北西面，巖層北西向傾斜，傾角70°左右，在斷層南東面，巖層北東向傾斜，傾角50°左右。①第四系（Qel+dl）：上部為耕植土，富含植物根系，下部為可~硬塑狀紅粘土，殘、坡積成因，厚薄不均，局部含基巖風化殘塊及碎石，主要分布于測區(qū)大部地段。②二疊系中統(tǒng)吳家坪組（P2w）：巖性主要為石灰?guī)r夾硅質(zhì)巖、鈣質(zhì)砂巖夾雜色泥巖、碳質(zhì)泥巖。在水平方向上石灰?guī)r、碳質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)砂巖呈互層狀產(chǎn)出的組合關系。因受次級構(gòu)造的影響，基巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，風化強烈。石灰?guī)r、鈣質(zhì)砂巖及碳質(zhì)泥巖，據(jù)其風化狀態(tài)分為強風化-中風化，現(xiàn)分別對這幾種基巖巖性特征、風化程度及組合關系分述如下：（1）強風化碳質(zhì)泥巖（P2w）：褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，含碳質(zhì)、鋁土質(zhì)、鐵錳質(zhì)，受次級構(gòu)造的影響，產(chǎn)狀凌亂，該層在場地內(nèi)風化強烈，整體破碎，厚度變化大。巖芯極破碎，呈砂狀、碎塊狀，巖芯采取率低。（2）強風化石灰?guī)r（P2w）：灰黑色，薄至中厚層狀，含硅質(zhì)，主要分布于擬建場地南西側(cè)，厚度變化大。巖芯極破碎，呈砂狀、碎塊狀、土夾石狀，巖芯采取率低。（3）中風化碳質(zhì)泥巖（P2w）：灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，含碳質(zhì)團塊，節(jié)理裂隙發(fā)育，受構(gòu)造及產(chǎn)狀影響埋深變化大，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，屬較破碎軟巖。（4）中風化石灰?guī)r（P2w）：灰色、深灰色，薄至中厚層狀，泥晶結(jié)構(gòu)，含硅質(zhì)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈柱狀、短柱狀，少量塊狀。
2場地水文地質(zhì)條件
據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查及鉆探探查，擬建場地地下水類型主要地下水為上層滯水和基巖裂隙水，敘述如下：場地下伏基巖為中風化泥巖、石灰?guī)r，為含水性較好的巖層，其發(fā)育的節(jié)理裂隙為地下水流動提供了較有利的滲流條件，地下水埋藏較深，地下水徑流方向為東南向南西，小車河為排泄基準面。
3巖土工程勘察概況
勘察之初，鉆孔按一樁一孔布設，鉆探揭穿地表覆蓋層及地下強風化層進入完整基巖9m，在場地平場和鉆探過程中，多處發(fā)現(xiàn)巖溶和裂隙，但僅靠所布鉆探，不能確定其分布延伸范圍。為迅速查明巖溶發(fā)育的分布情況，決定沿擬建物主要軸線布設測線，應用物探方法中的地震映像法和高密度電法，對鉆探發(fā)現(xiàn)的巖溶現(xiàn)象進一步詳查。本次勘察，沿擬建物主要軸線布設測線計完成高密度電法剖面3條，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，綜合分析，編制出物探異常平面分布圖，為擬建物的基礎設計和施工方案制定提供了充分依據(jù)。
4工程物探的基本原理及有關參數(shù)
4.1高密度電法：電法勘探是研究地層電學性質(zhì)及電場、電磁場變化規(guī)律，根據(jù)研究地質(zhì)對象的電性差異，通過儀器測量電場情況，進而研究電場的分布規(guī)律，以了解地下構(gòu)筑物或地質(zhì)體的狀況，從而達到勘探目的。本次勘察，使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2電法儀，采用60極接收，極距2m～3m，在預定位置布置測線剖面，本次勘察，電極的排列裝置采用溫納四極裝置。
4.2本場區(qū)工程地球物理特征：巖土電性地球物理條件是指運用物探手段解決地質(zhì)問題的各種充要條件。地球物理勘探的前提是被探測體與周邊巖土介質(zhì)存在物性差異，常表現(xiàn)為電、磁、彈性波速等物性參數(shù)的異常。本次勘探目的主要是初步查明場區(qū)布設測線范圍內(nèi)隱伏的不明巖溶構(gòu)造，如隱伏斷裂、巖溶空洞或溶蝕破碎、地下暗河、充水溶洞及老舊窯形成的采空區(qū)等異常。本次高密度電法測試采用的物性參數(shù)為視電阻率值，通過對場區(qū)巖石和部分異常體的電性測試，結(jié)合貴陽地區(qū)同類型場地電性參數(shù)綜合歸納本場區(qū)巖土電性特性。
5結(jié)論和建議
5.1測區(qū)內(nèi)巖體多以泥巖、砂巖、頁巖等中~軟質(zhì)類為主，局部地段，分布有石灰?guī)r等相對堅硬的巖體。
5.2測區(qū)內(nèi)，土層厚度多在2~15m左右，其厚度變化較大，其中：在測區(qū)南部，土層厚度相對較小，多在2~10m左右，而在測線北部，土層厚度相對較大，可達15m左右；在F1斷層及附近土層厚度較大，多在20m以上。在F1斷層及附近，由于土層與巖體破碎帶的電阻率相差不大，因此，物探推土層厚度可能與實際有所偏差。
隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展工程地質(zhì)勘察水平也在日益提高，無論是勘察設備、勘察方式、相關儀器以及計算機水平都得到了極大提高，特別是相關勘察人員的專業(yè)水平也得到了長足發(fā)展。但是隨著勘察工作的不斷推進，傳統(tǒng)的勘察技術(shù)和經(jīng)驗已經(jīng)不能滿足，這就需要工作人員不斷總結(jié)，不斷創(chuàng)新，尋找更有效的方式。這樣才能進一步促進我國巖石勘察工作的發(fā)展，降低勘察成本。在巖石勘察過程中主要的目的是為了了解工程現(xiàn)場的具體狀況，并且結(jié)合這些內(nèi)容為設計和施工提供相關參數(shù)。所以巖石勘察工作在工程建設和成本控制過程中發(fā)揮極為重要的作用。工程勘察質(zhì)量對整個工程的安全都會產(chǎn)生巨大影響。尤其是基礎地質(zhì)巖石測試參數(shù)會影響到工程基礎設計，一旦這一參數(shù)存在問題就會造成基礎設計的安全問題，增加設計成本。一般巖土工程勘察工作包括原狀土取樣、現(xiàn)場鉆探、試驗以及現(xiàn)場原位測試等工作，在執(zhí)行過程中每一項都要嚴格按照國家規(guī)定的標準進行，要提高測試結(jié)果的準確性。
2幾個重要工程技術(shù)存在的缺陷
2.1由于地質(zhì)形態(tài)造成的問題：通常包括確定不明的地下物體、地下空洞以及巖石的分布形態(tài)和相關位置等。
2.2巖土參數(shù)的相關問題：需要對一些難以取到原裝的巖石以及難于在室內(nèi)進行實驗的粗顆粒土、風化石以及殘積土等。這些巖石的參數(shù)是比較難確定的。
2.3技術(shù)素質(zhì)的問題：工作人員的專業(yè)素養(yǎng)和知識水平也會對巖石勘察工作產(chǎn)生巨大影響，一些工作人員缺乏基本的專業(yè)素質(zhì)或者是技術(shù)交流能力，也是造成巖石勘察工作問題的重要原因。
3提高勘察水平的解決方法
3.1隨著電子、電子計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，近十幾年來，工程物探專業(yè)根據(jù)彈性波理論、電磁波理論和電學原理發(fā)展了許多新的工程物探方法并相應發(fā)展了一大批集數(shù)據(jù)適時采集處理，軟、硬件功能于一體的工程物探探測設備，它具有采樣密度大、速度快、成本低、信息量大等特點?？梢岳霉こ涛锾娇蛇B續(xù)加密測點的辦法來獲得連續(xù)的地質(zhì)界面。從而有效的解決傳統(tǒng)鉆探手段以點帶面劃分地質(zhì)界面時常帶來的漏判、劃分不準確等缺點;并且可以利用綜合工程物探方法有效地解決傳統(tǒng)勘察手段難于解決的諸多巖土工程問題，如地下不明物體、洞穴、軟弱結(jié)構(gòu)面、滑動面、斷層、破碎帶等在地下的分布特征、形態(tài)、埋藏深度、位置。并且可以提供許多工程建設所需的巖土動力參數(shù)和設計地震參數(shù)。相對傳統(tǒng)的鉆探方法，工程物探技術(shù)使用時受場地、地形條件的限制較少，具有節(jié)省時間、費用且勘探精度高等特點。但是，各種工程物探方法的有效性決定于它對探測對象的適用性，物探條件的適用性越強，解決問題的可靠的性越大，因此，為了有效地解決某些復雜的巖土工程技術(shù)難題，必須采用多種工程物探手段和鉆探聯(lián)合使用的方法，起到互相補充、互相驗證的作用。合理地選擇、運用工程物探技術(shù)與傳統(tǒng)勘探手段相結(jié)合，無疑是解決巖土工程勘察中存在的主要問題的有效手段之一。
3.2加強室內(nèi)、外測試新技術(shù)和施工檢測、監(jiān)測技術(shù)的使用，通過其所獲得的數(shù)據(jù)和資料，經(jīng)過分析、對比，建立它們之間的經(jīng)驗關系，并通過工程施工檢測、監(jiān)測所獲取的實測資料反算得到的參數(shù)作為對比依據(jù)，確保所提供的巖土工程設計參數(shù)的可靠性。并達到解決那些采用傳統(tǒng)勘探手段難于獲取可靠的巖土工程設計參數(shù)等問題。此外，還可以利用土工離心模擬技術(shù)檢查工程安全的可靠性;驗證堤壩、邊坡的變形和穩(wěn)定性;解決建筑物淺基礎的地基變形特征、破壞模式及極限承載力，樁基礎的承載力和施工工藝對樁基礎承載力及變形的影響;解決擋土結(jié)構(gòu)的變形及破壞機理，土體與結(jié)構(gòu)物之間的相互作用;了解動力工程、砂土液化、單樁和群樁在水平動荷載作用下的性狀。
4針對我國巖土工程勘察提出的建議和對策
雖然我國巖石工程勘察技術(shù)得到一定發(fā)展但是仍然不能滿足我國發(fā)展的需要，而造成這一問題的因素比較多，我國必須要結(jié)合自身發(fā)展實際選擇正確的方式解決，主要從以下幾個方面入手：
4.1要不斷加強對巖土工程技術(shù)人員的培訓，提高勘察人員整體素質(zhì);巖土工程勘察是一項專業(yè)技術(shù)工作，集多種學科于一體，近年來，隨著勘察工藝和技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新的規(guī)范和標準不斷更新，因此，巖土工程勘察人員必須與時俱進，提高自身的專業(yè)素質(zhì)，以適應新時代的巖土工程勘察要求。在推行土木工程師準入制度的同時，要不斷加強對勘察人員的培訓，以全面提高其技術(shù)水平和專業(yè)素質(zhì)。此外，還應該不斷加強勘察市場的監(jiān)管，推行勘察監(jiān)理體制。
4.2要不斷加強勘察質(zhì)量的認證，健全勘察質(zhì)量管理體系。建立專業(yè)的質(zhì)量管理體系，設置以過程模式作為勘察標準的結(jié)構(gòu)。而且要明確勘察工作的質(zhì)量標準，通過過程方法對巖土工程實施PDCA的勘察管理方式，以全面提高勘察工作的質(zhì)量及作用。
4.3對建設程序、市場勘察進行嚴格的規(guī)范，科學的建設程序應該嚴格堅持先勘察、再設計、后施工的流程。對于投資決策的工程，如沒有科學的地質(zhì)勘察資料，則不予報建。對于未按照地質(zhì)勘察規(guī)范進行勘察的的工程不予報建。此外，還應該建立高效的市場約束體系。一方面加強國家和政府法律法規(guī)的監(jiān)管，通過項目招投標制度和實際過程中對行為主體進行有效的監(jiān)管;另一方面應該實行工程建設全程監(jiān)理制，通過事前、事中、事后全程勘察的地質(zhì)控制辦法，以最大限度的避免建設過程中的地質(zhì)問題，從而確?？辈煊行?，使建設投資效益最大化。
4.4定期進行勘察設備的維護和保養(yǎng)。隨時掌握各種室外勘察設備和室內(nèi)試驗設備的完好性能，這是確保勘察工作有效進行的基礎。對于現(xiàn)有的儀器設備應該定期進行檢測，以確保其工作性能和狀態(tài)，對于老化陳舊的設備儀器要及時更新?lián)Q代。
5結(jié)束語
土以碎散的顆粒為骨架，由固、液、氣三相物質(zhì)組成；在其由巖石風化的生成、搬運和沉積過程中幾經(jīng)滄桑，形成了不同于其他材料的復雜的力學性質(zhì)，而不同時空條件下土的性狀也各不相同。所以盡管已提出的土的本構(gòu)關系理論數(shù)學模型不下百種，動用了傳統(tǒng)力學和現(xiàn)代力學的各種理論和手段，但是到目前為止，還沒有一種為人們所公認的，能夠準確、全面反映各種土的應力應變關系的數(shù)學模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。
在計算機和計算技術(shù)基礎上發(fā)展起來的，以有限元為代表的數(shù)值計算是解決邊值問題的強有力的手段。當用來計算彈性體時其精確程度令人嘆為觀止。其計算結(jié)果與光彈試驗結(jié)果毫厘不差，結(jié)果光彈試驗很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數(shù)值計算中首先被假設為連續(xù)體，然后被離散化，假設各單元間的結(jié)點位移協(xié)調(diào)，計算土體的應力變形關系。這常常不能反映土的變形的微觀機理。以DDA（DiscontinuousDeformationAnalysis）為代表的離散單元計算方法在計算某些農(nóng)產(chǎn)品（如谷類）和工業(yè)零件（如滾珠）時是相當成功的。以至被稱為“數(shù)值試驗”可以精確地代替模型試驗。在定性地探索土的變形的微觀機理時，也是很有價值的。但是用以描述由不同尺寸、不同形狀、不同礦物成分的顆粒組成的土，反映不同三相成分及其物理、化學和力學的相互作用，即使是可能，恐怕也是相當遙遠的事。
數(shù)學模型和數(shù)值計算預測的另一個難點是土的參數(shù)的選取，它受到取樣(制樣)和試驗手段的限制。原狀土在取樣過程中不可避免地受到擾動和發(fā)生應力釋放，會破壞其結(jié)構(gòu)性。即使是重塑土試樣，制樣的方式、器具和操作程序的差別也嚴重影響試驗的結(jié)果。另一方面，目前使用的土工試驗儀器也存在局限性。以真三軸儀為例，由于邊界之間的干擾，試樣的應力和應變的均勻是很難保證的。
在對地基和土工建筑物的探測方面，土層的時空變異及人類活動給勘探測試及其結(jié)果的判釋造成困難。除此以外，巖土工程中的復雜邊界條件和施工過程中的諸多因素也嚴重影響工程的實際結(jié)果。
在我國每年發(fā)表和撰寫了大量的論文和報告，提出了各種理論、模型、計算方法、計算程序和技術(shù)手段，常常伴以試驗或者實測數(shù)據(jù)的驗證，其結(jié)果也常常是“符合得很好”。自己的試驗或觀測證實了理論或者方法的完美，正是：“各夸自家顏色好，百花園中各稱王?！边@種結(jié)果的可信性很值得懷疑。筆者在評閱一些論文和成果時，對于那些二者符合得完美到天衣無縫的圖與曲線，常常懷有很大的不信任感；而對于存在相當差別，甚至坦率地承認預測的不成功的情況，則是完全理解的。可惜后者較少。
近年來，主要在國外進行了多次的“考試”或者“競賽”活動：首先委托一個（或幾個）單位進行所謂的“目標試驗”，亦即需要預測或者預算的試驗或?qū)嵗?。其結(jié)果是保密的，或者預測前不做試驗，預測以后在試驗。事先公布有關的土的一般資料、基本試驗的數(shù)據(jù)（為確定有關參數(shù)）和目標試驗的應力（應變）路徑。在全世界或者一定范圍征求參賽者（參加目標試驗的人不參賽）。全部預測結(jié)果上交以后，公布試驗結(jié)果。一般是召開研討會，評估或者評分。參賽者也常常進行申辯和總結(jié)。這是一種客觀、公正和有權(quán)威性的檢查比較方式。也是推動巖土工程發(fā)展的十分有益的活動和手段。它使我們認識到在巖土工程領域，我們的認識能力和預測能力到底有多高。
試驗方法和設備的檢驗比較
1.不同儀器的相同試驗的檢驗
1982年在法國Grenoble召開的“土的本構(gòu)關系國際研討會”上①，用劍橋式的立方體真三軸儀分別由德國的Karlsrube大學和法國的Grenoble大學對同樣的砂土和粘性土進行復雜應力路徑和應變路徑的真三軸試驗，兩份試驗結(jié)果是存在著差別的。由于使用的儀器與土料都是相同的，差別主要源于操作方法和技巧。
1987年在美國克里夫蘭召開的“非粘性土的本構(gòu)關系國際研討會”上②，利用美國Case大學的空心圓柱扭剪儀和法國Grenoble大學的劍橋式立方體真三軸儀進行砂土的相同應力路徑的試驗。試驗內(nèi)容包括：
(1)b＝不同常數(shù)的不同密度兩種砂土的真三朝試驗；其中，b=（σ1-σ2）／（σ1-σ3）
(2)在π平面上應力路徑為圓周（兩周）的的真三軸試驗。
（b=常數(shù)的真三軸試驗與空心圓柱試驗的比較）表示了對于Hostun密砂（干密度ρd＝1.65g/cm3）在b＝不同常數(shù)，中主應力ρ2=500kPa保持不變，用兩種儀器試驗得到的軸向應力與軸向應變關系曲線，軸向應變和體應變的關系曲線?？梢娫赽=0和0.28時，不同儀器試驗結(jié)果的差別是很大的。但是在評價它們時，主持者說：對于軸應變，除了0.286的結(jié)果很差（verypoor）以外，其他的曲線符合的很好(verywell)；（b.體應變εv與軸向應變εz間試驗曲線）的曲線認為符合得很優(yōu)良（excellent）。對比我們的一些論文中理論與實際曲線二者絲絲入扣的符合，就顯得很不真實。在這兩個試驗中試樣的破壞形態(tài)也有很大不同：空心圓柱試樣發(fā)生頸縮；立方體試樣產(chǎn)生V形的剪切帶。這些差別可能是由于試樣的制樣方法不同，試樣中的實際應力分布不同和試驗中的邊界條件不同引起的。
2.土工離心機模型試驗
1986年由歐洲共同體資助，發(fā)起“土工離心機的合作試驗”③。參賽者有三家：英國的劍橋大學、法國的道橋中心研究室和丹麥的工程院。試驗的內(nèi)容是模擬飽和砂土地基上的圓形淺基礎的承載力和荷載—沉降關系。試驗土料統(tǒng)一為巴黎盆地天然沉積的一種均勻石英細砂。模型地基的孔隙比規(guī)定為e=0.66(相對密度Dr=86％)，規(guī)定圓形基礎的模型尺寸為直徑D=56.6mm,離心加速度＝28.2g，基底完全粗糙。此前，由丹麥巖土研究所對于這種土進行了物性試驗和三軸試驗，其結(jié)果公布于眾。要求荷載—沉降關系表示成無量綱的變量q/γˊnb-s/b公關系曲線。
其中：
q=基礎上施加的荷載(kPa)
γˊ=乙土的浮容重(kN-m3)
n=重力加速度水平，即模型比尺
b=模型基礎的尺寸(m)
s=基礎的中心垂直沉降(m)
同時也進行了相同條件下的現(xiàn)場載荷試驗，以便與模型試驗結(jié)果對比。
這三家使出了渾身解數(shù)，精心制樣、安裝、運轉(zhuǎn)和量測，反復摸索，反復校驗，校正各種參數(shù)和影響因素。劍橋大學還在離心機上作了靜力觸探試驗。最后，劍橋大學提交了一組試驗結(jié)果，另外兩家按要求給出了一條曲線。圖2（圓形天然淺基礎的試驗荷載-沉降關系曲線）表示了其試驗結(jié)果，其中劍橋大學是筆者選取的最接近于要求的條件的試驗結(jié)果(e＝0.664)。
可見，這種世界先進水平的土工離心模型試驗的誤差在±30%以上。值得提出的是，這是一種條件非常簡單明確的模型試驗。而現(xiàn)場的工程實際情況的條件和影響因素遠比這復雜。在這個試驗中，加載速率、模型地基砂的密度、制樣方法和運行程序?qū)υ囼灲Y(jié)果都有影響。例如劍橋大學的試驗表明，砂土的孔隙比變化0.01（相當于相對密度變化3％），則其承載力變化18％，如圖3（地基承載力與模型地基孔隙比間關系—劍橋大學試驗結(jié)果）所示。而由于模型地基是先制樣，后運轉(zhuǎn)，保證地基內(nèi)砂土處處均勻，孔隙比誤差在0.01范圍內(nèi)是有較大難度的。
3.單樁的動測法的考試
1992年在荷蘭海牙進行了一次動測樁的“考試”④。在第一輪，10根預制樁預先被沉入地基，樁徑250mm，樁長18m（7#樁17m）。要求測出其預制的“缺陷”。其中一根樁完整無缺；其余的9根樁各有缺陷：頸縮、擴徑和在不同部位的10mm寬，130mm深的刻槽。事先由特爾夫公司進行了地基勘察，將土層資料公布于眾。有12家具有國際聲譽的公司參賽，用小應變動測法檢測。結(jié)果是：平均測對4根；最多對7根，最少對兩根。沒有一家測出那根完整無損的樁。他們認為對于只有10mm寬的缺痕很難分辨。
第二輪是沉入11.5m-19m長的5根樁，然后用靜載荷試驗測出極限承載力。10家公司用大應變動測法測試其極限承載力。其結(jié)果也不樂觀。比如，由靜載試驗為340kN的一根樁，各家給出的結(jié)果分布在90kN-510kN的范圍。
4.堤防隱患檢測的“大比武”
我國目前有各類堤防25萬公里，很多已具有幾百年的歷史。是民堤逐年加高培厚或者在汛期搶修形成的。地質(zhì)條件及堤身土料和質(zhì)量千差萬別，隱患很多。1998年洪水期間發(fā)生的許多險情和決口都是由于滲透通道形成的管涌和蟻穴鼠洞、裂隙異物和局部疏松土體等造成的。為此水利部和防汛辦于1999年3月在湖南宜陽召開了“堤防隱患綜合檢測技術(shù)檢驗會”也北被稱為“大比武”。
有我國的十幾家科研院所、大專院校和少數(shù)廠家（包括美國的勞雷公司）參加。檢測堤段位于宜陽的一段廢堤上。每個參賽的檢測方法負責200米堤段，時間是兩小時。幾處“隱患”是事先人工布置的，埋設了稻草、鋼管，模擬蟻穴和鼠洞。一般在兩米深范圍內(nèi)。人們使用的測試手段包括：高密度電阻率法、瞬變電磁法、地震波法、彈性波法和探地雷達等。這些方法都有一定的分辨率限制，即分辨尺寸與深度之比一般是相對固定的。因而兩米深的隱患的檢測不應算是難題。檢測結(jié)果聘請有關專家評審，打分。圖4（堤防隱患的檢測結(jié)果評分）所給的分數(shù)只是相對的。組織者對于測試結(jié)果是不滿意的。參賽者各自對其結(jié)果的誤差的原因進行了解釋。針對這種結(jié)果，水利部斥資幾百萬，開展專題研究，目標是“傻瓜”式的快速檢測儀器和方法。關鍵問題可能是要結(jié)合各地具體情況和長期的抗洪防汛經(jīng)驗，因地制宜，積累資料和經(jīng)驗，合理判釋，儀器才會發(fā)揮作用。很難想象，可以身背“傻瓜機”，走遍天下都會靈驗。
土的本構(gòu)關系的檢驗
80年代以來，關于土的本構(gòu)關系的“考試”至少進行了3次。1980年美國和加拿大召開了“巖土工程中極限平衡、塑性理論和一般的應力應變關系北美研討會”⑤。會前用兩種天然粘土、一種重塑的高嶺粘土和渥太華砂進行了一系列試驗。試驗包括：
平均主應力p=常數(shù)的三軸試驗，
b＝常數(shù)的真三軸試驗
砂土在π平面上應力路徑為圓周的真三軸試驗
天然粘土大主應力方向與其沉積方向成不同角度的三軸試驗。
事先將土的物性參數(shù)和基本試驗的結(jié)果公開提供。然后在全世界范圍征求參賽者。參加預測的有個不同國家的17個本構(gòu)模型。從給出的結(jié)果看，軸向應力應變關系（σ1-σ3）~ε1預測的精度一般尚可；體應變預測的精度差別很大。對于應力路徑在π平面上為圓周的情況，許多模型無能為力。由于原狀土的各向異性，對于其循環(huán)加載和超固結(jié)性狀很難預測，只有少數(shù)模型參加了預測。結(jié)果表明，沒有一個模型能夠合理地預測所有的試驗情況。正如會議主席Finn所說：“沒有給任何一個本構(gòu)模型戴上王冠”。這也是符合當前的土力學理論發(fā)展的現(xiàn)狀的。
1982年在法國召開了“土的本構(gòu)關系國際研討會”人們用不同的理論模型對砂土和粘土的復雜應力路徑和應變路徑的試驗結(jié)果進行了類似的預測。如上所述，也對試驗本身進行了檢驗⑥。
1987年在美國克里夫蘭召開了“非粘性土的本構(gòu)關系國際研討會”⑦。會議征求對真三軸試驗和空心扭剪試驗結(jié)果用理論模型進行預測。共有世界各國的32個土的本構(gòu)模型參賽。其中包括：
3個次彈性模型(H)
3個增量非線性彈性模型(I)
1個內(nèi)時模型(E)
9個具有一個屈服面的彈塑性模型(EP1)
10個具有兩個屈服面的彈塑性模型(EP2)
6個其他形式的彈塑性模型(EP)
會議將預測結(jié)果與試驗結(jié)果比較，按四個單項評分。評分的標準見圖5（本結(jié)構(gòu)模型預測的評分標準）。規(guī)定了上下限，按統(tǒng)計方法打分。圖6（軸向應力應變關系得分的直方圖—滿分100）與圖7（體應變與軸向應變關系得分的直方圖—滿分100）表示出b＝常數(shù)的真三軸試驗的預測得分情況。可見其軸向應力應變關系預測經(jīng)過還差強人意；而體應變的預測則基本是全不及格。
這些“考試”基本上反映了人們當前認識和描述土的應力應變關系的能力和水平。它表明，即使對于實驗室制作的重塑土試樣，其應力應變關系也是相當復雜的。現(xiàn)有的關于土的本構(gòu)關系的數(shù)學模型的描述能力在精度和條件方面都是有限的。有的模型使用了20多個，甚至40多個常數(shù)，結(jié)果仍然不另人滿意。
1．土工加筋擋土墻的計算
60年代以來，隨著計算機和計算技術(shù)的發(fā)展，土工數(shù)值計算大大加強了我們解決復雜的巖土工程邊值問題的能力。有人提出可將土力學分成理論土力學、實驗土力學和計算土力學三部分。由于它幾乎可以精神任何邊值問題，似乎一臺打計算機，幾頁打印紙，就可以馳騁在巖土工程的所有領域。這種表現(xiàn)上的簡單、快捷和“精確”，常使青年巖土工作者產(chǎn)生誤解，忽視了其與實際工程問題間的距離，輕視在巖土工程實踐中積累經(jīng)驗的重要意義。
加筋土的計算是巖土數(shù)值計算中很有代表性的課題。它涉及到土的本構(gòu)模型，筋材的應力應變關系模型和筋土間的界面模型及這些模型涉及的參數(shù)。目前已經(jīng)有較多的計算程序和經(jīng)驗。1991年在美國的科羅拉多大學，由美國聯(lián)邦公路局資助，在足尺試驗的基礎上進行了加筋土計算的競賽⑧。
目標試驗是在一個高3.05米，寬1.22米，長2.084米的大型的試驗槽中進行的。鋪設了12層長為1.68米的無紡土工織物，作成土工織布加筋擋土墻。墻頂采用氣囊加壓。氣囊下鋪設5厘米的砂墊層。試驗用的土料有兩種：一種是均勻的砂土，D50=0.42m；另一種為粉質(zhì)粘土，塑限Wp=19％，液限Wl=37%。事先公布了砂土的三軸試驗，粘土的不同排水條件下的三軸試驗，土工布的拉伸試驗和筋土問的界面直剪試驗等試驗的結(jié)果。征求世界各國同行們進行數(shù)值計算，預算試驗觀測結(jié)果。預測項日有：
(1)兩種加筋擋土墻在頂部加載103.5kPa以后的墻頂最大位移、不同位置的墻面位移及筋的應變
(2)在加載100小時后的以上各項位移和應變
共有15個不同國家的大學和研究單位參賽。包括美國的科羅拉多大學等8家，英國的哥拉斯格大學等兩家，日本的東京大學等3家。中國和加拿大各一家。其中14家參加了荷載—變形和應變關系的預測。計算的結(jié)果見圖8（砂土加筋擋土墻的墻頂最大位移計算的誤差）和圖9（粘土加筋擋土墻的墻頂最大位移計算的誤差）。它們分別表示了砂土和粘土在上述荷載下的墻頂最大位移的預測誤差。有幾家沒有預測粘土加筋擋土墻，有幾家計算得到的結(jié)果表明，在此荷載下?lián)跬翂υ缇推茐?。只有少?shù)計算的誤差在30％以內(nèi)。
對于砂土加筋擋土墻試驗的破壞荷載是207kPa，預測值從10kPa到517kPa不等。粘土加筋擋土墻在荷載加到230kPa時由于氣囊爆破而未能繼續(xù)試驗，但擋土墻并沒有破壞。計算的破壞荷載在21kPa到207kPa之間。其誤差之大令人沮喪。
2．土的液化分析方法的檢驗
在1989-1994年間由美國NSF撥款350萬美元，資助用離心機模型試驗來檢驗地震反應分析方法。這是NSF歷年來投入單項經(jīng)費最多的項目。項目簡稱VELACS。參加的單位和個人包括：美國加州大學戴維斯分校，加州理工大學，英國劍橋大學等7座大學；其中有10名美國國家科學院院士和英國皇家學會會員。參加考試的考生有美、加、日和歐洲的23個數(shù)值計算專家和研究組。
項目動用了9臺帶有振動臺的土工離心機，并且進行了平行試驗。模擬地震的振動模型試驗內(nèi)容包括：
(1)水平自由地基
(2)傾斜地基
3)組合地基（一半是密砂，另一半是松砂）
(4)成層水平地基(剛性箱和柔性箱各一種)
(5)護岸的重力式擋土墻
(6)堤壩
(7)心墻壩
(8)砂基礎上的剛性建筑物
涉及以上9種邊值問題的模型試驗，都是相當簡單的工程問題。在土工離心機試驗的基礎上，提出了三類考題：
A在離心機試驗前，提供試驗的初始條件和邊界條件，在尚無任何試驗資料的情況下，進行數(shù)值計算。是一種“盲測”。
B離心試驗完成以后，但不公布試驗結(jié)果。但向計算者提供試驗的較為詳細的條件和細節(jié)。
C公布試驗結(jié)果，讓“考生”用自己的數(shù)值計算進行計算，比較。
考試的成績按照ABC的次序有所提高，對于A類考題，有30多個數(shù)值計算模型參加考試。預測的地震反應加速度比較接近；計算的靜孔壓和沉降量與試驗量測的結(jié)果比較，趨勢還是相同的。但二者差別很大，多達幾十倍。但是在試驗后，考慮了試驗中的具體條件量測方法，修正計算條件和參數(shù)，計算結(jié)果明顯改善。
結(jié)論與討論
土的力學性質(zhì)是非常復雜多變的，巖土工程問題具有很強的不確定性。目前我們的理論分析、數(shù)值計算和勘探試驗還遠不能精確定量地描述，反映和預測它們。對此應當有清醒的認識。但是正確的理論和有效的方法應當能夠揭示土受力變形的基本規(guī)律，反映巖土工程中的影響因素及影響的范圍。
對于巖土工程問題，正面的純理論和數(shù)值預測和計算，往往是很難奏效的。必須詳細地了解實際的條件和過程，熟悉當?shù)氐那闆r，積累經(jīng)驗，對理論和參數(shù)進行合理修正；在工程中不斷觀測和積累數(shù)據(jù)，在其基礎上合理選取參數(shù)，再計算和預測以后的變化，往往達到很高的精度。因而，有人提出在復雜的巖土工程中需要“理論導向，經(jīng)驗判斷，精心觀測，合理反算”。這是非常中肯和寶貴的認識。
在土力學和巖土工程中逐步引進不確定性的理論方法是一個重要的發(fā)展方向。
參考文獻
①ConstitutiveRelationforSoil,Ed.Gudehus,G.,1984
②Bianchini,G.et.al,,ComplexStressPathsandValidationofConstitutiveModel,GeotechnicalTesting,Journal,1991,14(1):13-25
③Corte,J.F.Etal.,.ModelingofTheBehaviorofShallowFoundation_ACooperativeTestProgramme,Centrifuge88,Corte(Ed)1988Balkema,Rotterdam,ISBN9061118138
④盛崇文，從樁的測法談起。地基處理，1996，7（3）
土以碎散的顆粒為骨架，由固、液、氣三相物質(zhì)組成；在其由巖石風化的生成、搬運和沉積過程中幾經(jīng)滄桑，形成了不同于其他材料的復雜的力學性質(zhì)，而不同時空條件下土的性狀也各不相同。所以盡管已提出的土的本構(gòu)關系理論數(shù)學模型不下百種，動用了傳統(tǒng)力學和現(xiàn)代力學的各種理論和手段，但是到目前為止，還沒有一種為人們所公認的，能夠準確、全面反映各種土的應力應變關系的數(shù)學模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。
在計算機和計算技術(shù)基礎上發(fā)展起來的，以有限元為代表的數(shù)值計算是解決邊值問題的強有力的手段。當用來計算彈性體時其精確程度令人嘆為觀止。其計算結(jié)果與光彈試驗結(jié)果毫厘不差，結(jié)果光彈試驗很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數(shù)值計算中首先被假設為連續(xù)體，然后被離散化，假設各單元間的結(jié)點位移協(xié)調(diào)，計算土體的應力變形關系。這常常不能反映土的變形的微觀機理。以DDA（DiscontinuousDeformationAnalysis）為代表的離散單元計算方法在計算某些農(nóng)產(chǎn)品（如谷類）和工業(yè)零件（如滾珠）時是相當成功的。以至被稱為“數(shù)值試驗”可以精確地代替模型試驗。在定性地探索土的變形的微觀機理時，也是很有價值的。但是用以描述由不同尺寸、不同形狀、不同礦物成分的顆粒組成的土，反映不同三相成分及其物理、化學和力學的相互作用，即使是可能，恐怕也是相當遙遠的事。
數(shù)學模型和數(shù)值計算預測的另一個難點是土的參數(shù)的選取，它受到取樣(制樣)和試驗手段的限制。原狀土在取樣過程中不可避免地受到擾動和發(fā)生應力釋放，會破壞其結(jié)構(gòu)性。即使是重塑土試樣，制樣的方式、器具和操作程序的差別也嚴重影響試驗的結(jié)果。另一方面，目前使用的土工試驗儀器也存在局限性。以真三軸儀為例，由于邊界之間的干擾，試樣的應力和應變的均勻是很難保證的。
在對地基和土工建筑物的探測方面，土層的時空變異及人類活動給勘探測試及其結(jié)果的判釋造成困難。除此以外，巖土工程中的復雜邊界條件和施工過程中的諸多因素也嚴重影響工程的實際結(jié)果。
在我國每年發(fā)表和撰寫了大量的論文和報告，提出了各種理論、模型、計算方法、計算程序和技術(shù)手段，常常伴以試驗或者實測數(shù)據(jù)的驗證，其結(jié)果也常常是“符合得很好”。自己的試驗或觀測證實了理論或者方法的完美，正是：“各夸自家顏色好，百花園中各稱王?！边@種結(jié)果的可信性很值得懷疑。筆者在評閱一些論文和成果時，對于那些二者符合得完美到天衣無縫的圖與曲線，常常懷有很大的不信任感；而對于存在相當差別，甚至坦率地承認預測的不成功的情況，則是完全理解的?？上Ш笳咻^少。
近年來，主要在國外進行了多次的“考試”或者“競賽”活動：首先委托一個（或幾個）單位進行所謂的“目標試驗”，亦即需要預測或者預算的試驗或?qū)嵗Ｆ浣Y(jié)果是保密的，或者預測前不做試驗，預測以后在試驗。事先公布有關的土的一般資料、基本試驗的數(shù)據(jù)（為確定有關參數(shù)）和目標試驗的應力（應變）路徑。在全世界或者一定范圍征求參賽者（參加目標試驗的人不參賽）。全部預測結(jié)果上交以后，公布試驗結(jié)果。一般是召開研討會，評估或者評分。參賽者也常常進行申辯和總結(jié)。這是一種客觀、公正和有權(quán)威性的檢查比較方式。也是推動巖土工程發(fā)展的十分有益的活動和手段。它使我們認識到在巖土工程領域，我們的認識能力和預測能力到底有多高。
試驗方法和設備的檢驗比較
1.不同儀器的相同試驗的檢驗
1982年在法國Grenoble召開的“土的本構(gòu)關系國際研討會”上①，用劍橋式的立方體真三軸儀分別由德國的Karlsrube大學和法國的Grenoble大學對同樣的砂土和粘性土進行復雜應力路徑和應變路徑的真三軸試驗，兩份試驗結(jié)果是存在著差別的。由于使用的儀器與土料都是相同的，差別主要源于操作方法和技巧。
1987年在美國克里夫蘭召開的“非粘性土的本構(gòu)關系國際研討會”上②，利用美國Case大學的空心圓柱扭剪儀和法國Grenoble大學的劍橋式立方體真三軸儀進行砂土的相同應力路徑的試驗。試驗內(nèi)容包括：
(1)b＝不同常數(shù)的不同密度兩種砂土的真三朝試驗；其中，b=（σ1-σ2）／（σ1-σ3）
(2)在π平面上應力路徑為圓周（兩周）的的真三軸試驗。
（b=常數(shù)的真三軸試驗與空心圓柱試驗的比較）表示了對于Hostun密砂（干密度ρd＝1.65g/cm3）在b＝不同常數(shù)，中主應力ρ2=500kPa保持不變，用兩種儀器試驗得到的軸向應力與軸向應變關系曲線，軸向應變和體應變的關系曲線?？梢娫赽=0和0.28時，不同儀器試驗結(jié)果的差別是很大的。但是在評價它們時，主持者說：對于軸應變，除了0.286的結(jié)果很差（verypoor）以外，其他的曲線符合的很好(verywell)；（b.體應變εv與軸向應變εz間試驗曲線）的曲線認為符合得很優(yōu)良（excellent）。對比我們的一些論文中理論與實際曲線二者絲絲入扣的符合，就顯得很不真實。在這兩個試驗中試樣的破壞形態(tài)也有很大不同：空心圓柱試樣發(fā)生頸縮；立方體試樣產(chǎn)生V形的剪切帶。這些差別可能是由于試樣的制樣方法不同，試樣中的實際應力分布不同和試驗中的邊界條件不同引起的。
2.土工離心機模型試驗
1986年由歐洲共同體資助，發(fā)起“土工離心機的合作試驗”③。參賽者有三家：英國的劍橋大學、法國的道橋中心研究室和丹麥的工程院。試驗的內(nèi)容是模擬飽和砂土地基上的圓形淺基礎的承載力和荷載—沉降關系。試驗土料統(tǒng)一為巴黎盆地天然沉積的一種均勻石英細砂。模型地基的孔隙比規(guī)定為e=0.66(相對密度Dr=86％)，規(guī)定圓形基礎的模型尺寸為直徑D=56.6mm,離心加速度＝28.2g，基底完全粗糙。此前，由丹麥巖土研究所對于這種土進行了物性試驗和三軸試驗，其結(jié)果公布于眾。要求荷載—沉降關系表示成無量綱的變量q/γˊnb-s/b公關系曲線。
其中：
q=基礎上施加的荷載(kPa)
γˊ=乙土的浮容重(kN-m3)
n=重力加速度水平，即模型比尺
b=模型基礎的尺寸(m)
s=基礎的中心垂直沉降(m)
同時也進行了相同條件下的現(xiàn)場載荷試驗，以便與模型試驗結(jié)果對比。
這三家使出了渾身解數(shù)，精心制樣、安裝、運轉(zhuǎn)和量測，反復摸索，反復校驗，校正各種參數(shù)和影響因素。劍橋大學還在離心機上作了靜力觸探試驗。最后，劍橋大學提交了一組試驗結(jié)果，另外兩家按要求給出了一條曲線。圖2（圓形天然淺基礎的試驗荷載-沉降關系曲線）表示了其試驗結(jié)果，其中劍橋大學是筆者選取的最接近于要求的條件的試驗結(jié)果(e＝0.664)。
可見，這種世界先進水平的土工離心模型試驗的誤差在±30%以上。值得提出的是，這是一種條件非常簡單明確的模型試驗。而現(xiàn)場的工程實際情況的條件和影響因素遠比這復雜。在這個試驗中，加載速率、模型地基砂的密度、制樣方法和運行程序?qū)υ囼灲Y(jié)果都有影響。例如劍橋大學的試驗表明，砂土的孔隙比變化0.01（相當于相對密度變化3％），則其承載力變化18％，如圖3（地基承載力與模型地基孔隙比間關系—劍橋大學試驗結(jié)果）所示。而由于模型地基是先制樣，后運轉(zhuǎn)，保證地基內(nèi)砂土處處均勻，孔隙比誤差在0.01范圍內(nèi)是有較大難度的。
3.單樁的動測法的考試
1992年在荷蘭海牙進行了一次動測樁的“考試”④。在第一輪，10根預制樁預先被沉入地基，樁徑250mm，樁長18m（7#樁17m）。要求測出其預制的“缺陷”。其中一根樁完整無缺；其余的9根樁各有缺陷：頸縮、擴徑和在不同部位的10mm寬，130mm深的刻槽。事先由特爾夫公司進行了地基勘察，將土層資料公布于眾。有12家具有國際聲譽的公司參賽，用小應變動測法檢測。結(jié)果是：平均測對4根；最多對7根，最少對兩根。沒有一家測出那根完整無損的樁。他們認為對于只有10mm寬的缺痕很難分辨。
第二輪是沉入11.5m-19m長的5根樁，然后用靜載荷試驗測出極限承載力。10家公司用大應變動測法測試其極限承載力。其結(jié)果也不樂觀。比如，由靜載試驗為340kN的一根樁，各家給出的結(jié)果分布在90kN-510kN的范圍。
4.堤防隱患檢測的“大比武”
我國目前有各類堤防25萬公里，很多已具有幾百年的歷史。是民堤逐年加高培厚或者在汛期搶修形成的。地質(zhì)條件及堤身土料和質(zhì)量千差萬別，隱患很多。1998年洪水期間發(fā)生的許多險情和決口都是由于滲透通道形成的管涌和蟻穴鼠洞、裂隙異物和局部疏松土體等造成的。為此水利部和防汛辦于1999年3月在湖南宜陽召開了“堤防隱患綜合檢測技術(shù)檢驗會”也北被稱為“大比武”。
有我國的十幾家科研院所、大專院校和少數(shù)廠家（包括美國的勞雷公司）參加。檢測堤段位于宜陽的一段廢堤上。每個參賽的檢測方法負責200米堤段，時間是兩小時。幾處“隱患”是事先人工布置的，埋設了稻草、鋼管，模擬蟻穴和鼠洞。一般在兩米深范圍內(nèi)。人們使用的測試手段包括：高密度電阻率法、瞬變電磁法、地震波法、彈性波法和探地雷達等。這些方法都有一定的分辨率限制，即分辨尺寸與深度之比一般是相對固定的。因而兩米深的隱患的檢測不應算是難題。檢測結(jié)果聘請有關專家評審，打分。圖4（堤防隱患的檢測結(jié)果評分）所給的分數(shù)只是相對的。組織者對于測試結(jié)果是不滿意的。參賽者各自對其結(jié)果的誤差的原因進行了解釋。針對這種結(jié)果，水利部斥資幾百萬，開展專題研究，目標是“傻瓜”式的快速檢測儀器和方法。關鍵問題可能是要結(jié)合各地具體情況和長期的抗洪防汛經(jīng)驗，因地制宜，積累資料和經(jīng)驗，合理判釋，儀器才會發(fā)揮作用。很難想象，可以身背“傻瓜機”，走遍天下都會靈驗。
土的本構(gòu)關系的檢驗
80年代以來，關于土的本構(gòu)關系的“考試”至少進行了3次。1980年美國和加拿大召開了“巖土工程中極限平衡、塑性理論和一般的應力應變關系北美研討會”⑤。會前用兩種天然粘土、一種重塑的高嶺粘土和渥太華砂進行了一系列試驗。試驗包括：
平均主應力p=常數(shù)的三軸試驗，
b＝常數(shù)的真三軸試驗
砂土在π平面上應力路徑為圓周的真三軸試驗
天然粘土大主應力方向與其沉積方向成不同角度的三軸試驗。
事先將土的物性參數(shù)和基本試驗的結(jié)果公開提供。然后在全世界范圍征求參賽者。參加預測的有個不同國家的17個本構(gòu)模型。從給出的結(jié)果看，軸向應力應變關系（σ1-σ3）~ε1預測的精度一般尚可；體應變預測的精度差別很大。對于應力路徑在π平面上為圓周的情況，許多模型無能為力。由于原狀土的各向異性，對于其循環(huán)加載和超固結(jié)性狀很難預測，只有少數(shù)模型參加了預測。結(jié)果表明，沒有一個模型能夠合理地預測所有的試驗情況。正如會議主席Finn所說：“沒有給任何一個本構(gòu)模型戴上王冠”。這也是符合當前的土力學理論發(fā)展的現(xiàn)狀的。
1982年在法國召開了“土的本構(gòu)關系國際研討會”人們用不同的理論模型對砂土和粘土的復雜應力路徑和應變路徑的試驗結(jié)果進行了類似的預測。如上所述，也對試驗本身進行了檢驗⑥。
1987年在美國克里夫蘭召開了“非粘性土的本構(gòu)關系國際研討會”⑦。會議征求對真三軸試驗和空心扭剪試驗結(jié)果用理論模型進行預測。共有世界各國的32個土的本構(gòu)模型參賽。其中包括：
3個次彈性模型(H)
3個增量非線性彈性模型(I)
1個內(nèi)時模型(E)
9個具有一個屈服面的彈塑性模型(EP1)
10個具有兩個屈服面的彈塑性模型(EP2)
6個其他形式的彈塑性模型(EP)
會議將預測結(jié)果與試驗結(jié)果比較，按四個單項評分。評分的標準見圖5（本結(jié)構(gòu)模型預測的評分標準）。規(guī)定了上下限，按統(tǒng)計方法打分。圖6（軸向應力應變關系得分的直方圖—滿分100）與圖7（體應變與軸向應變關系得分的直方圖—滿分100）表示出b＝常數(shù)的真三軸試驗的預測得分情況?？梢娖漭S向應力應變關系預測經(jīng)過還差強人意；而體應變的預測則基本是全不及格。
這些“考試”基本上反映了人們當前認識和描述土的應力應變關系的能力和水平。它表明，即使對于實驗室制作的重塑土試樣，其應力應變關系也是相當復雜的?，F(xiàn)有的關于土的本構(gòu)關系的數(shù)學模型的描述能力在精度和條件方面都是有限的。有的模型使用了20多個，甚至40多個常數(shù)，結(jié)果仍然不另人滿意。
1．土工加筋擋土墻的計算
60年代以來，隨著計算機和計算技術(shù)的發(fā)展，土工數(shù)值計算大大加強了我們解決復雜的巖土工程邊值問題的能力。有人提出可將土力學分成理論土力學、實驗土力學和計算土力學三部分。由于它幾乎可以精神任何邊值問題，似乎一臺打計算機，幾頁打印紙，就可以馳騁在巖土工程的所有領域。這種表現(xiàn)上的簡單、快捷和“精確”，常使青年巖土工作者產(chǎn)生誤解，忽視了其與實際工程問題間的距離，輕視在巖土工程實踐中積累經(jīng)驗的重要意義。
加筋土的計算是巖土數(shù)值計算中很有代表性的課題。它涉及到土的本構(gòu)模型，筋材的應力應變關系模型和筋土間的界面模型及這些模型涉及的參數(shù)。目前已經(jīng)有較多的計算程序和經(jīng)驗。1991年在美國的科羅拉多大學，由美國聯(lián)邦公路局資助，在足尺試驗的基礎上進行了加筋土計算的競賽⑧。
目標試驗是在一個高3.05米，寬1.22米，長2.084米的大型的試驗槽中進行的。鋪設了12層長為1.68米的無紡土工織物，作成土工織布加筋擋土墻。墻頂采用氣囊加壓。氣囊下鋪設5厘米的砂墊層。試驗用的土料有兩種：一種是均勻的砂土，D50=0.42m；另一種為粉質(zhì)粘土，塑限Wp=19％，液限Wl=37%。事先公布了砂土的三軸試驗，粘土的不同排水條件下的三軸試驗，土工布的拉伸試驗和筋土問的界面直剪試驗等試驗的結(jié)果。征求世界各國同行們進行數(shù)值計算，預算試驗觀測結(jié)果。預測項日有：
(1)兩種加筋擋土墻在頂部加載103.5kPa以后的墻頂最大位移、不同位置的墻面位移及筋的應變
(2)在加載100小時后的以上各項位移和應變
共有15個不同國家的大學和研究單位參賽。包括美國的科羅拉多大學等8家，英國的哥拉斯格大學等兩家，日本的東京大學等3家。中國和加拿大各一家。其中14家參加了荷載—變形和應變關系的預測。計算的結(jié)果見圖8（砂土加筋擋土墻的墻頂最大位移計算的誤差）和圖9（粘土加筋擋土墻的墻頂最大位移計算的誤差）。它們分別表示了砂土和粘土在上述荷載下的墻頂最大位移的預測誤差。有幾家沒有預測粘土加筋擋土墻，有幾家計算得到的結(jié)果表明，在此荷載下?lián)跬翂υ缇推茐?。只有少?shù)計算的誤差在30％以內(nèi)。
對于砂土加筋擋土墻試驗的破壞荷載是207kPa，預測值從10kPa到517kPa不等。粘土加筋擋土墻在荷載加到230kPa時由于氣囊爆破而未能繼續(xù)試驗，但擋土墻并沒有破壞。計算的破壞荷載在21kPa到207kPa之間。其誤差之大令人沮喪。
2．土的液化分析方法的檢驗
在1989-1994年間由美國NSF撥款350萬美元，資助用離心機模型試驗來檢驗地震反應分析方法。這是NSF歷年來投入單項經(jīng)費最多的項目。項目簡稱VELACS。參加的單位和個人包括：美國加州大學戴維斯分校，加州理工大學，英國劍橋大學等7座大學；其中有10名美國國家科學院院士和英國皇家學會會員。參加考試的考生有美、加、日和歐洲的23個數(shù)值計算專家和研究組。
項目動用了9臺帶有振動臺的土工離心機，并且進行了平行試驗。模擬地震的振動模型試驗內(nèi)容包括：
(1)水平自由地基
(2)傾斜地基
3)組合地基（一半是密砂，另一半是松砂）
(4)成層水平地基(剛性箱和柔性箱各一種)
(5)護岸的重力式擋土墻
(6)堤壩
(7)心墻壩
(8)砂基礎上的剛性建筑物
涉及以上9種邊值問題的模型試驗，都是相當簡單的工程問題。在土工離心機試驗的基礎上，提出了三類考題：
A在離心機試驗前，提供試驗的初始條件和邊界條件，在尚無任何試驗資料的情況下，進行數(shù)值計算。是一種“盲測”。
B離心試驗完成以后，但不公布試驗結(jié)果。但向計算者提供試驗的較為詳細的條件和細節(jié)。
C公布試驗結(jié)果，讓“考生”用自己的數(shù)值計算進行計算，比較。
考試的成績按照ABC的次序有所提高，對于A類考題，有30多個數(shù)值計算模型參加考試。預測的地震反應加速度比較接近；計算的靜孔壓和沉降量與試驗量測的結(jié)果比較，趨勢還是相同的。但二者差別很大，多達幾十倍。但是在試驗后，考慮了試驗中的具體條件量測方法，修正計算條件和參數(shù)，計算結(jié)果明顯改善。
結(jié)論與討論
土的力學性質(zhì)是非常復雜多變的，巖土工程問題具有很強的不確定性。目前我們的理論分析、數(shù)值計算和勘探試驗還遠不能精確定量地描述，反映和預測它們。對此應當有清醒的認識。但是正確的理論和有效的方法應當能夠揭示土受力變形的基本規(guī)律，反映巖土工程中的影響因素及影響的范圍。
對于巖土工程問題，正面的純理論和數(shù)值預測和計算，往往是很難奏效的。必須詳細地了解實際的條件和過程，熟悉當?shù)氐那闆r，積累經(jīng)驗，對理論和參數(shù)進行合理修正；在工程中不斷觀測和積累數(shù)據(jù)，在其基礎上合理選取參數(shù)，再計算和預測以后的變化，往往達到很高的精度。因而，有人提出在復雜的巖土工程中需要“理論導向，經(jīng)驗判斷，精心觀測，合理反算”。這是非常中肯和寶貴的認識。
在土力學和巖土工程中逐步引進不確定性的理論方法是一個重要的發(fā)展方向。
參考文獻
①ConstitutiveRelationforSoil,Ed.Gudehus,G.,1984
②Bianchini,G.et.al,,ComplexStressPathsandValidationofConstitutiveModel,GeotechnicalTesting,Journal,1991,14(1):13-25
③Corte,J.F.Etal.,.ModelingofTheBehaviorofShallowFoundation_ACooperativeTestProgramme,Centrifuge88,Corte(Ed)1988Balkema,Rotterdam,ISBN9061118138
④盛崇文，從樁的測法談起。地基處理，1996，7（3）
