淺談巖土工程問題的不確定性探討及應采取的對策

吳景濤 周曉梅 王中文

【摘 要】本文通過對土體由于其形成條件、形成歷史以及試驗條件等的差異性和現有理論模型的探討，提出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展方向和加強綜合研究工作的重要性。

【關鍵詞】巖土工程問題；不確定性；不確定性的理論方法

Discuss indetermination of rock engineering problem and counterplan should adopted

Wu Jing-tao，Zhou Xiao-mei，Wang Zhong-wen

（Metallurgy geology reconnoitering bearuea northeast rock engineering investigating company Anshan Liaoning 114002）

【Abstract】The article discussed soil body because it formation condition， formation history and experiment the condition difference of etc. and study of existing theories model， put forward in soil mechanics and rock soil engineering to usher in an indetermination theories method gradually is an important development direction and strengthen comprehensive research work of importance.

【Key words】Rock engineering problem； Indetermination；Theory method of indetermination

任何建筑物都是建造在一定的地層（巖層或土層）上，而我們在巖土施工中接觸最多的是土層，因而我們將土層作為探討的重點。土雖然是巖石風化后的產物，但具有一種區別于巖石的特性--散粒性，它一般是碎散的、不連續或部分連續的介質。性質十分復雜，具有極大的時空變異性。在巖土施工中其土層環境幾乎不可能完全探知，邊界條件和操作過程也對巖土工程有很大的影響，因而巖土工程問題具有很大的不確定性。這種不確定性包括互補率的破缺，即非此非彼的情況，是屬于模糊判斷的課題。另一種是因果率的破缺，亦即因果關系的不確定性，一因多果。是屬于概率、數理統計和混沌學的范疇。所以對于這樣一個復雜的對象和眾多的影響因素，依靠純理論和技術技巧預測往往不成功，而經驗的判斷是不可缺少的。

土以碎散的顆粒為骨架，由固、液、氣三項物質組成，在其生成、搬運、和沉積過程中形成了復雜的力學性質，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關系理論數學模型不下百種，動用了傳統力學和現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、全面反映土的應力、應變關系的數學模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。

數學模型和數值計算預測的另一個難點是土的參數的選取，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生應力釋放，會破壞其結構性。即使重塑土試樣，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果的判釋造成困難。除此之外，巖土工程中復雜的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果。

八十年代以來國內外有關巖土工程問題進行了多次的競賽及研討活動，無論是相同儀器的相同試驗，還是不同儀器的相同試驗，其試驗結果都不盡相同，存在著很大的差別。差別緣于操作方法和技巧及試樣中的實際應力分布不同和試樣中的邊界條件不同。

1986年由歐洲共同體資助，發起"土工離心機的合作試驗"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。試驗土料統一為巴黎盆地天然沉積的一種均勻石英細砂。這三家精心制樣、安裝、運轉和量測，反復摸索，反復效驗，校正各種參數和影響因素。結果這種世界先進水平的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對試驗結果都有影響。這些競賽及研討活動基本上反映了人們當前認識和描述土的應力應變的能力和水平。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有的有關土的本構關系的數學模型的描述能力在精度和條件方面都是有限的。有的模型使用了二十多個，甚至四十多個常數，結果仍然不令人滿意。

土的力學性質是非常復雜多變的，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。

鑒于巖土物理力學性質的不確定性，為保證對土層的評價盡量與實際相符，各教育、科研、勘察和設計單位應開展如下工作：

①在土力學和巖土工程中逐步引進不確定性的理論評價巖土的工程性質。

②加強綜合研究工作，詳細分析和了解當地土的形成條件和歷史，對各種試驗資料進行整理分析，并對建筑物的使用情況進行調查，總結出符合本地實際情況巖土參數。

③對巖土評價不可采用單一方法，盡量采用各種方法，包括土的物理試驗、力學試驗、動力觸探、靜力觸探和物探等手段，并找出各種方法之間存在的關系。

④在復雜的巖土工程中要遵循"理論導向，經驗判斷，精心觀測，合理反算"的原則。正確有效的揭示土受力變形的基本規律，反映巖土工程中的影響因素及影響范圍。