淺析實驗過程中巖土參數的合理預算

魏振峰

（廣西有色勘察設計研究院，廣西 南寧 530031）

巖土是一種比較碎散且不連續或部分連續的介質，它是由固液汽三種物質組合而成的，在巖石經過風化，沉積之后，形成了與其他物質不同的復雜材料，它的性質是具有較強的時空變異性。在很多巖土工程中，其巖土環境或地基有著不可完全探知性，主要也是受到操作環境的影響，所以，研究探測的結果也是比較模糊的。還有一方面就是不確定性，在進行計算時，預測參數會因為統計或概率的不確定，導致預算的不確定。對巖土進行綜合性的勘察實驗，是將理論與實際結合起來。

作為一名地質勘探的研究者，就要有著技術過硬，能夠指揮并且及時的做出重要的地質位置選擇，將有關數據準確無誤的進行記錄下來，然后進行取樣，為以后回到研究所找去最有用的材料。在鉆取巖石時，要謹記不能破壞掉巖石原有的取樣實驗形狀，要將袋子密封好，不能被污染了，還要將取樣下來的巖土進行文字描述，以防止巖土在不同換今夏會改變原有的相貌，繼而改變了原有的物理力學性質。例如，有一種粘土，在經過風抽日曬之后，里面的水分會蒸發掉，將軟的巖土變成硬的巖土。

1 土的本構關系檢驗基本概述

對土的本結構關系進行試驗探測，實驗包括：土本結構的平均主應力p=不同常數存在下的三軸試驗，b=不同常數存在不同密度的兩種砂土（天然粘土和天然砂土）的真三軸實驗。兩種砂土的應力應變的路徑在π平面上是圓周的真三軸實驗。在b=0/（或0.28）時，有不同的一起測量出來的結果之間也會存在較大的誤差。

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。在實驗之前先將之前的專業研究預測結果公開告知，然后再向全球征集參賽報名者。將17個國家的本構模型進行參加參賽預測。根據預先公布的結果，軸向應力的應變關系（σ1-σ3）～1并沒有較精確的預測結果且差別不大；但是體應力應變關系預測的精度相對而言差別較大。對于在π面上應力路徑為圓周的情況，很多模型也無法實現此嘗試。對原狀土進行循環加載和超固結性狀也很難預測的原因是原狀土具有各向異性，導致少數的模型參加了循環加載。最后結果顯示，確實沒有一個模型可以完成所有的測驗，這也是當前在土力學方面發展現狀。

從這些描述中可以看出應變力應變關系的能力水平。實驗表明，目前的應力應變關系非常復雜，在有限的測驗實驗工具條件下，測量的結果的精確度依然不是很好。

2 巖土加入鋼筋做土墻的計算

在計算機發展迅速的當今社會，可以利用計算機對數據分析的準確度進行測量，但只能是數據的計量，真正的實驗測量還是要有實踐和報告的。

在巖土數值計算中，最具代表性的研究課題就是加筋土的試驗，實驗中也會涉及到土的本構模型、筋材的應力應變關系和筋土間的應變關系模型，以及實驗中的模型用到的參數。

進行一個實驗，在一個大型的實驗槽（高3米，寬1.2米，長2.1米）中進行，并且在里面鋪設長1.7米約12層的土工織物且是無紡的，加工制作成加筋擋土墻，用氣囊給墻頂進行施壓，在氣囊的下面鋪設5厘米厚的的砂墊層。實驗過程中，用到兩種土料，一種是D50=0.42m均勻的砂土，另一種是塑限為19%，液限為37%的粘土，用字母表示分別為（Wp），（WI）。在實驗之前，告知參賽者粘土在不同的排水條件下進行的三軸試驗，筋土間的界面直剪試驗和土工布的拉伸試驗等，并且高職世界即將要做實驗的人們，同時進行實驗研究，實驗的項目有：①加載103.5kPa的壓力在兩種加筋擋土墻的頂部，分別進行探測，在施壓之后，墻頂出現的最大位移、各墻面所發生的位移以及加入進去的筋的應變。②在施壓100小時之后，記載下實驗對象所發生的位移和應力應變情況。其中一共有15個參賽大學和單位，他們來自不同國家，其中，美國包括科羅拉多大學在內的八家參與研究實驗，英國兩家參與包括格拉斯哥大學在內，日本東京大學的兩家參與研究，以及加拿大和加拿大各有一家研究所。其中有十四家參加了應力應變力的預測，在研究中，各自表示出了在荷載下，砂土和粘土擋土墻發生的最大位移預算的誤差，有幾個試驗所，沒有做砂土和粘土的實驗，有幾家在實驗開始后沒多久就所做的擋土墻在荷載力下就遭到破壞，結果也就只有小部分的試驗所得出小于等于30%的差值。

砂土加筋擋土墻的破壞荷載實驗，研究預算出在207kPa,預算值在10kPa到517kPa之間；粘土加筋擋土墻在荷載加到230kPa時，擋土墻雖沒有遭到破壞，但因氣囊受到破壞而終止實驗，在實驗中預算到的破壞荷載大約是在21kPa和207kPa之間。

3 土的液化分析測驗

在這項實驗實施時，美國NSF撥出350萬美元，資助實驗中心購買了離心機模型用來檢驗地震反應分析方法，這也是美國NSF在很多實驗項目中投資最多的一項實驗。有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；其中還有使命來自美國科學院院士以及英國皇家學會會員的單位以及個人來參加此次試驗。共有二十三個來自不同國家（美國、加拿大、日本和歐洲等）的數值計算專家和數值研究小組。

項目在啟動時使用了8臺帶振動的離心機，進行了平行試驗。在模擬地震的振動模式試驗中的內容包括：①保持水平下的自由地基；②將地基傾斜；③將密砂和松砂進行組合成地基；④將地基進行成層的實驗，成層地基中包括剛性箱和柔性箱；⑤重力式擋土墻—護岸的一種；⑥河堤堤壩，以及以砂做基礎建設的剛性建筑物。

針對以上提到的問題，進行試驗測量，他們的實驗實則都很簡單。主要就是離心機實驗的基礎上面，提出的問題，包括三類，第一，離心機在實驗之前，給這個實驗提供了條件（邊界條件和初始條件），然后在實驗資料下進行試驗的預算計量，這種計量的方法叫做“盲測”。第二類，將離心實驗完成之后，先不公布實驗的結果，再向實驗者提供志強美提出來的條件以及相似的參考資料。第三類公布出來實驗結果，讓參加實驗的專員自己根據數值進行計算預測，然后與公布的結果進行對比。

最后將試驗結果對比考核，首先要做一個合理規范嚴謹的規定，然后再依據個研究人員在做實驗時的表現，進行公平公正的評定。

4 結語

巖土有著復雜并且變化多端的力學性質，所以很多巖土會出現各種不同的問題，但是現在很多的理論以及分析計算也還不能夠準確的計算和定量的描述出來，所以，我們要有一顆積極深入研究的決心，要不斷地探索和預算測量。針對巖土工程問題，正面的純理論和數值預測計算，其實是很難反映實際情況的，所以在研究測量時要認真了解實際情況，認真熟悉巖土參數的作用，合理利用參數進行預算。所以，在進行巖土測量時，要依據理論，參考數據進行觀測判斷。

由于土的力學性質比較多變，根據目前我們進行的理論分析或者數值的預算，甚至勘察人員的野外勘察，都還遠遠不能夠精確，準確定量的描述出來，但是根據探測的數值可以將巖土受力變形的基本規律表現出來，所以，在今后的研究中，仍要不斷的進行經驗的積累。

［1］王家華,鞏建敏.如何在實驗中有效對巖石參數進行預算之淺析[J].價值工程,2010.

［2］汪演強.巖土工程勘察綜合性實驗研究[J].當代教育理論與實踐,2013.

［3］吳存富.淺談對巖土工程中預測與預算的認識[J].今日科苑,2006.

［4］謝桂華.巖土參數隨機性分析與邊坡穩定可靠度研究[D].中南大學,2009.