時(shí)間：2023-03-20 16:19:33
序論：在您撰寫巖土論文時(shí)，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(dǎo)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(fēng)化的生成、搬運(yùn)和沉積過程中幾經(jīng)滄桑，形成了不同于其他材料的復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)，而不同時(shí)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(guān)系理論數(shù)學(xué)模型不下百種，動(dòng)用了傳統(tǒng)力學(xué)和現(xiàn)代力學(xué)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(rèn)的，能夠準(zhǔn)確、全面反映各種土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。
在計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以有限元為代表的數(shù)值計(jì)算是解決邊值問題的強(qiáng)有力的手段。當(dāng)用來計(jì)算彈性體時(shí)其精確程度令人嘆為觀止。其計(jì)算結(jié)果與光彈試驗(yàn)結(jié)果毫厘不差，結(jié)果光彈試驗(yàn)很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數(shù)值計(jì)算中首先被假設(shè)為連續(xù)體，然后被離散化，假設(shè)各單元間的結(jié)點(diǎn)位移協(xié)調(diào)，計(jì)算土體的應(yīng)力變形關(guān)系。這常常不能反映土的變形的微觀機(jī)理。以DDA（DiscontinuousDeformationAnalysis）為代表的離散單元計(jì)算方法在計(jì)算某些農(nóng)產(chǎn)品（如谷類）和工業(yè)零件（如滾珠）時(shí)是相當(dāng)成功的。以至被稱為“數(shù)值試驗(yàn)”可以精確地代替模型試驗(yàn)。在定性地探索土的變形的微觀機(jī)理時(shí)，也是很有價(jià)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(xué)和力學(xué)的相互作用，即使是可能，恐怕也是相當(dāng)遙遠(yuǎn)的事。
數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算預(yù)測(cè)的另一個(gè)難點(diǎn)是土的參數(shù)的選取，它受到取樣(制樣)和試驗(yàn)手段的限制。原狀土在取樣過程中不可避免地受到擾動(dòng)和發(fā)生應(yīng)力釋放，會(huì)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(yán)重影響試驗(yàn)的結(jié)果。另一方面，目前使用的土工試驗(yàn)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(yīng)力和應(yīng)變的均勻是很難保證的。
在對(duì)地基和土工建筑物的探測(cè)方面，土層的時(shí)空變異及人類活動(dòng)給勘探測(cè)試及其結(jié)果的判釋造成困難。除此以外，巖土工程中的復(fù)雜邊界條件和施工過程中的諸多因素也嚴(yán)重影響工程的實(shí)際結(jié)果。
在我國每年發(fā)表和撰寫了大量的論文和報(bào)告，提出了各種理論、模型、計(jì)算方法、計(jì)算程序和技術(shù)手段，常常伴以試驗(yàn)或者實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，其結(jié)果也常常是“符合得很好”。自己的試驗(yàn)或觀測(cè)證實(shí)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(píng)閱一些論文和成果時(shí)，對(duì)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(duì)于存在相當(dāng)差別，甚至坦率地承認(rèn)預(yù)測(cè)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(jìn)行了多次的“考試”或者“競賽”活動(dòng)：首先委托一個(gè)（或幾個(gè)）單位進(jìn)行所謂的“目標(biāo)試驗(yàn)”，亦即需要預(yù)測(cè)或者預(yù)算的試驗(yàn)或?qū)嵗?。其結(jié)果是保密的，或者預(yù)測(cè)前不做試驗(yàn)，預(yù)測(cè)以后在試驗(yàn)。事先公布有關(guān)的土的一般資料、基本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)（為確定有關(guān)參數(shù)）和目標(biāo)試驗(yàn)的應(yīng)力（應(yīng)變）路徑。在全世界或者一定范圍征求參賽者（參加目標(biāo)試驗(yàn)的人不參賽）。全部預(yù)測(cè)結(jié)果上交以后，公布試驗(yàn)結(jié)果。一般是召開研討會(huì)，評(píng)估或者評(píng)分。參賽者也常常進(jìn)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(dòng)巖土工程發(fā)展的十分有益的活動(dòng)和手段。它使我們認(rèn)識(shí)到在巖土工程領(lǐng)域，我們的認(rèn)識(shí)能力和預(yù)測(cè)能力到底有多高。
試驗(yàn)方法和設(shè)備的檢驗(yàn)比較
1.不同儀器的相同試驗(yàn)的檢驗(yàn)
1982年在法國Grenoble召開的“土的本構(gòu)關(guān)系國際研討會(huì)”上①，用劍橋式的立方體真三軸儀分別由德國的Karlsrube大學(xué)和法國的Grenoble大學(xué)對(duì)同樣的砂土和粘性土進(jìn)行復(fù)雜應(yīng)力路徑和應(yīng)變路徑的真三軸試驗(yàn)，兩份試驗(yàn)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(guān)系國際研討會(huì)”上②，利用美國Case大學(xué)的空心圓柱扭剪儀和法國Grenoble大學(xué)的劍橋式立方體真三軸儀進(jìn)行砂土的相同應(yīng)力路徑的試驗(yàn)。試驗(yàn)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(yàn)；其中，b=（σ1-σ2）／（σ1-σ3）
(2)在π平面上應(yīng)力路徑為圓周（兩周）的的真三軸試驗(yàn)。
（b=常數(shù)的真三軸試驗(yàn)與空心圓柱試驗(yàn)的比較）表示了對(duì)于Hostun密砂（干密度ρd＝1.65g/cm3）在b＝不同常數(shù)，中主應(yīng)力ρ2=500kPa保持不變，用兩種儀器試驗(yàn)得到的軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線，軸向應(yīng)變和體應(yīng)變的關(guān)系曲線?？梢娫赽=0和0.28時(shí)，不同儀器試驗(yàn)結(jié)果的差別是很大的。但是在評(píng)價(jià)它們時(shí)，主持者說：對(duì)于軸應(yīng)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(yīng)變?chǔ)舦與軸向應(yīng)變?chǔ)舲間試驗(yàn)曲線）的曲線認(rèn)為符合得很優(yōu)良（excellent）。對(duì)比我們的一些論文中理論與實(shí)際曲線二者絲絲入扣的符合，就顯得很不真實(shí)。在這兩個(gè)試驗(yàn)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(shí)際應(yīng)力分布不同和試驗(yàn)中的邊界條件不同引起的。
2.土工離心機(jī)模型試驗(yàn)
1986年由歐洲共同體資助，發(fā)起“土工離心機(jī)的合作試驗(yàn)”③。參賽者有三家：英國的劍橋大學(xué)、法國的道橋中心研究室和丹麥的工程院。試驗(yàn)的內(nèi)容是模擬飽和砂土地基上的圓形淺基礎(chǔ)的承載力和荷載—沉降關(guān)系。試驗(yàn)土料統(tǒng)一為巴黎盆地天然沉積的一種均勻石英細(xì)砂。模型地基的孔隙比規(guī)定為e=0.66(相對(duì)密度Dr=86％)，規(guī)定圓形基礎(chǔ)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(duì)于這種土進(jìn)行了物性試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)，其結(jié)果公布于眾。要求荷載—沉降關(guān)系表示成無量綱的變量q/γˊnb-s/b公關(guān)系曲線。
其中：
q=基礎(chǔ)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(chǔ)的尺寸(m)
s=基礎(chǔ)的中心垂直沉降(m)
同時(shí)也進(jìn)行了相同條件下的現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)，以便與模型試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。
這三家使出了渾身解數(shù)，精心制樣、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和量測(cè)，反復(fù)摸索，反復(fù)校驗(yàn)，校正各種參數(shù)和影響因素。劍橋大學(xué)還在離心機(jī)上作了靜力觸探試驗(yàn)。最后，劍橋大學(xué)提交了一組試驗(yàn)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(chǔ)的試驗(yàn)荷載-沉降關(guān)系曲線）表示了其試驗(yàn)結(jié)果，其中劍橋大學(xué)是筆者選取的最接近于要求的條件的試驗(yàn)結(jié)果(e＝0.664)。
可見，這種世界先進(jìn)水平的土工離心模型試驗(yàn)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(yàn)。而現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)際情況的條件和影響因素遠(yuǎn)比這復(fù)雜。在這個(gè)試驗(yàn)中，加載速率、模型地基砂的密度、制樣方法和運(yùn)行程序?qū)υ囼?yàn)結(jié)果都有影響。例如劍橋大學(xué)的試驗(yàn)表明，砂土的孔隙比變化0.01（相當(dāng)于相對(duì)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(guān)系—?jiǎng)虼髮W(xué)試驗(yàn)結(jié)果）所示。而由于模型地基是先制樣，后運(yùn)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(dòng)測(cè)法的考試
1992年在荷蘭海牙進(jìn)行了一次動(dòng)測(cè)樁的“考試”④。在第一輪，10根預(yù)制樁預(yù)先被沉入地基，樁徑250mm，樁長18m（7#樁17m）。要求測(cè)出其預(yù)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(kuò)徑和在不同部位的10mm寬，130mm深的刻槽。事先由特爾夫公司進(jìn)行了地基勘察，將土層資料公布于眾。有12家具有國際聲譽(yù)的公司參賽，用小應(yīng)變動(dòng)測(cè)法檢測(cè)。結(jié)果是：平均測(cè)對(duì)4根；最多對(duì)7根，最少對(duì)兩根。沒有一家測(cè)出那根完整無損的樁。他們認(rèn)為對(duì)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(yàn)測(cè)出極限承載力。10家公司用大應(yīng)變動(dòng)測(cè)法測(cè)試其極限承載力。其結(jié)果也不樂觀。比如，由靜載試驗(yàn)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(cè)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(xiǎn)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(cè)技術(shù)檢驗(yàn)會(huì)”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(cè)堤段位于宜陽的一段廢堤上。每個(gè)參賽的檢測(cè)方法負(fù)責(zé)200米堤段，時(shí)間是兩小時(shí)。幾處“隱患”是事先人工布置的，埋設(shè)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(cè)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(dá)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(duì)固定的。因而兩米深的隱患的檢測(cè)不應(yīng)算是難題。檢測(cè)結(jié)果聘請(qǐng)有關(guān)專家評(píng)審，打分。圖4（堤防隱患的檢測(cè)結(jié)果評(píng)分）所給的分?jǐn)?shù)只是相對(duì)的。組織者對(duì)于測(cè)試結(jié)果是不滿意的。參賽者各自對(duì)其結(jié)果的誤差的原因進(jìn)行了解釋。針對(duì)這種結(jié)果，水利部斥資幾百萬，開展專題研究，目標(biāo)是“傻瓜”式的快速檢測(cè)儀器和方法。關(guān)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(yàn)，因地制宜，積累資料和經(jīng)驗(yàn)，合理判釋，儀器才會(huì)發(fā)揮作用。很難想象，可以身背“傻瓜機(jī)”，走遍天下都會(huì)靈驗(yàn)。
土的本構(gòu)關(guān)系的檢驗(yàn)
80年代以來，關(guān)于土的本構(gòu)關(guān)系的“考試”至少進(jìn)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(yīng)力應(yīng)變關(guān)系北美研討會(huì)”⑤。會(huì)前用兩種天然粘土、一種重塑的高嶺粘土和渥太華砂進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。試驗(yàn)包括：
平均主應(yīng)力p=常數(shù)的三軸試驗(yàn)，
b＝常數(shù)的真三軸試驗(yàn)
砂土在π平面上應(yīng)力路徑為圓周的真三軸試驗(yàn)
天然粘土大主應(yīng)力方向與其沉積方向成不同角度的三軸試驗(yàn)。
事先將土的物性參數(shù)和基本試驗(yàn)的結(jié)果公開提供。然后在全世界范圍征求參賽者。參加預(yù)測(cè)的有個(gè)不同國家的17個(gè)本構(gòu)模型。從給出的結(jié)果看，軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（σ1-σ3）~ε1預(yù)測(cè)的精度一般尚可；體應(yīng)變預(yù)測(cè)的精度差別很大。對(duì)于應(yīng)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(duì)于其循環(huán)加載和超固結(jié)性狀很難預(yù)測(cè)，只有少數(shù)模型參加了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，沒有一個(gè)模型能夠合理地預(yù)測(cè)所有的試驗(yàn)情況。正如會(huì)議主席Finn所說：“沒有給任何一個(gè)本構(gòu)模型戴上王冠”。這也是符合當(dāng)前的土力學(xué)理論發(fā)展的現(xiàn)狀的。
1982年在法國召開了“土的本構(gòu)關(guān)系國際研討會(huì)”人們用不同的理論模型對(duì)砂土和粘土的復(fù)雜應(yīng)力路徑和應(yīng)變路徑的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了類似的預(yù)測(cè)。如上所述，也對(duì)試驗(yàn)本身進(jìn)行了檢驗(yàn)⑥。
1987年在美國克里夫蘭召開了“非粘性土的本構(gòu)關(guān)系國際研討會(huì)”⑦。會(huì)議征求對(duì)真三軸試驗(yàn)和空心扭剪試驗(yàn)結(jié)果用理論模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。共有世界各國的32個(gè)土的本構(gòu)模型參賽。其中包括：
3個(gè)次彈性模型(H)
3個(gè)增量非線性彈性模型(I)
1個(gè)內(nèi)時(shí)模型(E)
9個(gè)具有一個(gè)屈服面的彈塑性模型(EP1)
10個(gè)具有兩個(gè)屈服面的彈塑性模型(EP2)
6個(gè)其他形式的彈塑性模型(EP)
會(huì)議將預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較，按四個(gè)單項(xiàng)評(píng)分。評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)見圖5（本結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）。規(guī)定了上下限，按統(tǒng)計(jì)方法打分。圖6（軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系得分的直方圖—滿分100）與圖7（體應(yīng)變與軸向應(yīng)變關(guān)系得分的直方圖—滿分100）表示出b＝常數(shù)的真三軸試驗(yàn)的預(yù)測(cè)得分情況?？梢娖漭S向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系預(yù)測(cè)經(jīng)過還差強(qiáng)人意；而體應(yīng)變的預(yù)測(cè)則基本是全不及格。
這些“考試”基本上反映了人們當(dāng)前認(rèn)識(shí)和描述土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的能力和水平。它表明，即使對(duì)于實(shí)驗(yàn)室制作的重塑土試樣，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也是相當(dāng)復(fù)雜的?，F(xiàn)有的關(guān)于土的本構(gòu)關(guān)系的數(shù)學(xué)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(gè)，甚至40多個(gè)常數(shù)，結(jié)果仍然不另人滿意。
1．土工加筋擋土墻的計(jì)算
60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，土工數(shù)值計(jì)算大大加強(qiáng)了我們解決復(fù)雜的巖土工程邊值問題的能力。有人提出可將土力學(xué)分成理論土力學(xué)、實(shí)驗(yàn)土力學(xué)和計(jì)算土力學(xué)三部分。由于它幾乎可以精神任何邊值問題，似乎一臺(tái)打計(jì)算機(jī)，幾頁打印紙，就可以馳騁在巖土工程的所有領(lǐng)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(shí)際工程問題間的距離，輕視在巖土工程實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)的重要意義。
加筋土的計(jì)算是巖土數(shù)值計(jì)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(yīng)力應(yīng)變關(guān)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(jì)算程序和經(jīng)驗(yàn)。1991年在美國的科羅拉多大學(xué)，由美國聯(lián)邦公路局資助，在足尺試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了加筋土計(jì)算的競賽⑧。
目標(biāo)試驗(yàn)是在一個(gè)高3.05米，寬1.22米，長2.084米的大型的試驗(yàn)槽中進(jìn)行的。鋪設(shè)了12層長為1.68米的無紡?fù)凉た椢?，作成土工織布加筋擋土墻。墻頂采用氣囊加壓。氣囊下鋪設(shè)5厘米的砂墊層。試驗(yàn)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(yàn)，粘土的不同排水條件下的三軸試驗(yàn)，土工布的拉伸試驗(yàn)和筋土問的界面直剪試驗(yàn)等試驗(yàn)的結(jié)果。征求世界各國同行們進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，預(yù)算試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果。預(yù)測(cè)項(xiàng)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(yīng)變
(2)在加載100小時(shí)后的以上各項(xiàng)位移和應(yīng)變
共有15個(gè)不同國家的大學(xué)和研究單位參賽。包括美國的科羅拉多大學(xué)等8家，英國的哥拉斯格大學(xué)等兩家，日本的東京大學(xué)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(yīng)變關(guān)系的預(yù)測(cè)。計(jì)算的結(jié)果見圖8（砂土加筋擋土墻的墻頂最大位移計(jì)算的誤差）和圖9（粘土加筋擋土墻的墻頂最大位移計(jì)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(yù)測(cè)誤差。有幾家沒有預(yù)測(cè)粘土加筋擋土墻，有幾家計(jì)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(jì)算的誤差在30％以內(nèi)。
對(duì)于砂土加筋擋土墻試驗(yàn)的破壞荷載是207kPa，預(yù)測(cè)值從10kPa到517kPa不等。粘土加筋擋土墻在荷載加到230kPa時(shí)由于氣囊爆破而未能繼續(xù)試驗(yàn)，但擋土墻并沒有破壞。計(jì)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(yàn)
在1989-1994年間由美國NSF撥款350萬美元，資助用離心機(jī)模型試驗(yàn)來檢驗(yàn)地震反應(yīng)分析方法。這是NSF歷年來投入單項(xiàng)經(jīng)費(fèi)最多的項(xiàng)目。項(xiàng)目簡稱VELACS。參加的單位和個(gè)人包括：美國加州大學(xué)戴維斯分校，加州理工大學(xué)，英國劍橋大學(xué)等7座大學(xué)；其中有10名美國國家科學(xué)院院士和英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。參加考試的考生有美、加、日和歐洲的23個(gè)數(shù)值計(jì)算專家和研究組。
項(xiàng)目動(dòng)用了9臺(tái)帶有振動(dòng)臺(tái)的土工離心機(jī)，并且進(jìn)行了平行試驗(yàn)。模擬地震的振動(dòng)模型試驗(yàn)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(hù)岸的重力式擋土墻
(6)堤壩
(7)心墻壩
(8)砂基礎(chǔ)上的剛性建筑物
涉及以上9種邊值問題的模型試驗(yàn)，都是相當(dāng)簡單的工程問題。在土工離心機(jī)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了三類考題：
A在離心機(jī)試驗(yàn)前，提供試驗(yàn)的初始條件和邊界條件，在尚無任何試驗(yàn)資料的情況下，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。是一種“盲測(cè)”。
B離心試驗(yàn)完成以后，但不公布試驗(yàn)結(jié)果。但向計(jì)算者提供試驗(yàn)的較為詳細(xì)的條件和細(xì)節(jié)。
C公布試驗(yàn)結(jié)果，讓“考生”用自己的數(shù)值計(jì)算進(jìn)行計(jì)算，比較。
考試的成績按照ABC的次序有所提高，對(duì)于A類考題，有30多個(gè)數(shù)值計(jì)算模型參加考試。預(yù)測(cè)的地震反應(yīng)加速度比較接近；計(jì)算的靜孔壓和沉降量與試驗(yàn)量測(cè)的結(jié)果比較，趨勢(shì)還是相同的。但二者差別很大，多達(dá)幾十倍。但是在試驗(yàn)后，考慮了試驗(yàn)中的具體條件量測(cè)方法，修正計(jì)算條件和參數(shù)，計(jì)算結(jié)果明顯改善。
結(jié)論與討論
土的力學(xué)性質(zhì)是非常復(fù)雜多變的，巖土工程問題具有很強(qiáng)的不確定性。目前我們的理論分析、數(shù)值計(jì)算和勘探試驗(yàn)還遠(yuǎn)不能精確定量地描述，反映和預(yù)測(cè)它們。對(duì)此應(yīng)當(dāng)有清醒的認(rèn)識(shí)。但是正確的理論和有效的方法應(yīng)當(dāng)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(duì)于巖土工程問題，正面的純理論和數(shù)值預(yù)測(cè)和計(jì)算，往往是很難奏效的。必須詳細(xì)地了解實(shí)際的條件和過程，熟悉當(dāng)?shù)氐那闆r，積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)理論和參數(shù)進(jìn)行合理修正；在工程中不斷觀測(cè)和積累數(shù)據(jù)，在其基礎(chǔ)上合理選取參數(shù)，再計(jì)算和預(yù)測(cè)以后的變化，往往達(dá)到很高的精度。因而，有人提出在復(fù)雜的巖土工程中需要“理論導(dǎo)向，經(jīng)驗(yàn)判斷，精心觀測(cè)，合理反算”。這是非常中肯和寶貴的認(rèn)識(shí)。
在土力學(xué)和巖土工程中逐步引進(jìn)不確定性的理論方法是一個(gè)重要的發(fā)展方向。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：環(huán)境巖土工程研究
隨著經(jīng)濟(jì)和、工業(yè)的迅速發(fā)展，人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的兩個(gè)負(fù)面影響：環(huán)境污染和生態(tài)破壞。因此，應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生了一門新興學(xué)科——環(huán)境巖土工程學(xué)。它既是一門應(yīng)用性的工程學(xué)，又是一門社會(huì)學(xué)。它把技術(shù)和政治、經(jīng)濟(jì)和文化相結(jié)合的跨學(xué)科的新型學(xué)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(xué)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(xué)術(shù)研討會(huì)，并在其著名的“IntroductoryRemarksonEnvironmentalGeotechnology”論文中，將環(huán)境巖土工程定位為“跨學(xué)科的邊緣科學(xué)，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(yīng)用巖土工程的概念進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的一門學(xué)科。這是一門跨學(xué)科的邊緣學(xué)科，涉及面很廣，包括：氣象、水文、地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)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(zāi)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(xué)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(dòng)引起的一些環(huán)境問題。例如在密集的建筑群中打樁時(shí)，由于擠土、振動(dòng)、噪聲等對(duì)周圍居住環(huán)境的影響；深基坑開挖時(shí)，降水和邊坡位移等。
3.環(huán)境巖土工程研究中基本觀點(diǎn)及研究方法
3.1基本觀點(diǎn)
(1)巖土實(shí)踐的范圍是地球表層,而地球?qū)τ谟钪鎭碇v是一個(gè)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(gè)開放的系統(tǒng);
(2)資源是有限的。我們只有一個(gè)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(yīng)實(shí)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(duì)環(huán)境造成不利的影響;
(3)人類無計(jì)劃的活動(dòng)會(huì)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(rèn)識(shí)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(shí)的提高,巖土工程技術(shù)的進(jìn)步和法制建設(shè)的健全。
3.2研究方法
環(huán)境巖土工程是一個(gè)系統(tǒng)工程。它涉及許多學(xué)科領(lǐng)域,所以在研究中應(yīng)從學(xué)科間的交叉處著眼,以辯證的觀點(diǎn)分析和解決問題。其次,應(yīng)用巖土工程的觀點(diǎn)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(guān)學(xué)科的關(guān)系
與環(huán)境巖土工程相關(guān)的學(xué)科有:工程地質(zhì)學(xué)、巖土力學(xué)、巖土工程學(xué)、地質(zhì)工程、環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)。
工程地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)理論是地質(zhì)學(xué),指導(dǎo)它的理論主要是自然歷史觀1它的基本理論是認(rèn)為地質(zhì)成因和演化過程決定地質(zhì)體的工程特性,相應(yīng)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(shí)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(rèn)識(shí)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(jìn)一步探討和預(yù)測(cè)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(xué)的服務(wù)對(duì)象完全是人為設(shè)計(jì),人為施工的建物。這一應(yīng)用性決定了工程地質(zhì)學(xué)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(xué)科的外層,位于和工程學(xué)科接壤的部位。所謂交叉性表明在它的學(xué)科發(fā)展中不斷吸收工程學(xué)科的理論、概念和方法,并和地質(zhì)學(xué)結(jié)合起來。所謂綜合性是指工程地質(zhì)學(xué)的目標(biāo)是解決問題,它是借助于地質(zhì)學(xué)各基礎(chǔ)學(xué)科的成就來綜合地工作的.
巖土力學(xué)、巖土工程和工程地質(zhì)學(xué)在研究對(duì)象和目標(biāo)上有很大的相同之處,是密切相鄰的學(xué)科。但是巖土力學(xué)屬于力學(xué)學(xué)科的邊緣,而巖土工程屬于工程學(xué)科的邊緣1雖然對(duì)巖土的地質(zhì)認(rèn)識(shí)是建立巖土力學(xué)模型和本構(gòu)關(guān)系的重要基礎(chǔ),但巖土力學(xué)更偏于模型及建模后的力學(xué)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(xué)科。不過巖土力學(xué)和巖土工程與其他的力學(xué)或工程學(xué)科相比,需要更多地質(zhì)學(xué)科的支持,或者說更需要與地質(zhì)學(xué)科的結(jié)合。
5.環(huán)境巖土工程的研究現(xiàn)狀
20世紀(jì)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(shí)。目前國外對(duì)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(chǔ)上有較大的擴(kuò)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(dòng)因主要是由自然災(zāi)變引起的。例如地震災(zāi)害、土壤退化、洪水災(zāi)害、溫室效應(yīng)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(dòng)與環(huán)境之間的共同作用問題。它的動(dòng)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(duì)生態(tài)環(huán)境的危害；工程建設(shè)活動(dòng)如打樁、強(qiáng)夯、基坑開挖、盾構(gòu)施工對(duì)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(guān)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(jì)90年代后，我國進(jìn)入了大規(guī)模工程建設(shè)時(shí)期。從沿海地區(qū)開始，逐步向內(nèi)陸擴(kuò)展，高層建筑、地鐵、道路交通、隧道等等的建設(shè)以及城市化進(jìn)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(shí)，自然環(huán)境的變化，地震、洪澇災(zāi)害的頻頻發(fā)生，溫室效應(yīng)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(duì)發(fā)達(dá)國家來說，我國的巖土工程工作者面臨更為艱巨的任務(wù)。一方面，我國正處于大規(guī)模工程建設(shè)時(shí)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(yán)峻的環(huán)境保護(hù)與治理工作。在環(huán)境巖土工程問題上，未來幾年應(yīng)重點(diǎn)研究并解決下面幾個(gè)問題。其中，西部問題，包括生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護(hù)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(yīng)用方面還急需解決的問題如下：衛(wèi)生填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)問題;大規(guī)模工程建設(shè)的區(qū)域環(huán)境巖土工程問題評(píng)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(yīng)用等。
參考文獻(xiàn)：
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現(xiàn)階段，我國巖土工程勘測(cè)的現(xiàn)狀不容樂觀，一方面，巖土勘測(cè)工作與設(shè)計(jì)工作出現(xiàn)分離，勘測(cè)人員不能嚴(yán)格的按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行操作，盡管，我們不斷的引進(jìn)新的技術(shù)與先進(jìn)的設(shè)備，但是實(shí)際的勘測(cè)效果并沒有預(yù)想的完善，由于勘測(cè)與設(shè)計(jì)的分離使得勘測(cè)人員的工作效率降低，還時(shí)常出現(xiàn)錯(cuò)誤，同時(shí)，巖土設(shè)計(jì)人員也沒有對(duì)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查，數(shù)據(jù)的收集不完善，造成設(shè)計(jì)圖紙中的參數(shù)不適用于實(shí)際操作，造成資源和人力、物力的浪費(fèi)。另一方面，巖土工程的勘測(cè)人員沒有事先做好準(zhǔn)備工作，不重視勘測(cè)綱要所強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容，最近幾年，我國各個(gè)地區(qū)經(jīng)常有地質(zhì)勘探人員遭遇危險(xiǎn)的報(bào)道，這都是由于沒有實(shí)現(xiàn)做好準(zhǔn)備工作，勘測(cè)過于隨意，嚴(yán)重影響巖土勘測(cè)工作的質(zhì)量。
2巖土工程勘測(cè)中存在的問題
2.1勘測(cè)技術(shù)落后現(xiàn)階段，我國在巖土勘測(cè)技術(shù)的先進(jìn)性方面與西方發(fā)達(dá)國家相比仍然存在一些差距，因此，在勘測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與勘測(cè)工作的質(zhì)量和效率方面都存在嚴(yán)重的缺失，一些勘測(cè)公司仍然使用傳統(tǒng)的勘測(cè)手段，很少引進(jìn)新的機(jī)器設(shè)備及優(yōu)質(zhì)的勘測(cè)人員，這樣新的技術(shù)就無法發(fā)揮其應(yīng)有的功能[1]。
2.2勘測(cè)環(huán)節(jié)不規(guī)范巖土勘測(cè)工作應(yīng)當(dāng)有明確的操作步驟和技術(shù)規(guī)范，然而，我國的勘測(cè)企業(yè)由于缺乏管理及員工的素質(zhì)較低，導(dǎo)致勘測(cè)環(huán)節(jié)無法規(guī)范的進(jìn)行，要知道，巖土的勘測(cè)存在一定的危險(xiǎn)性，如果一旦出現(xiàn)操作的失誤就會(huì)給勘測(cè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的威脅，同時(shí)，勘測(cè)市場(chǎng)的秩序也非?；靵y，很多人員都是依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來填寫勘測(cè)報(bào)告，這樣會(huì)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(cè)人員專業(yè)素質(zhì)不高我國現(xiàn)階段的巖土勘測(cè)人員有一少部分是勘測(cè)多年的經(jīng)驗(yàn)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(cè)人員，這些人大多缺少專業(yè)的技能培訓(xùn)，對(duì)一些新的勘測(cè)儀器和勘測(cè)技術(shù)不甚了解，甚至對(duì)自身的安全防護(hù)意識(shí)也非常薄弱，尤其在野外的巖土勘測(cè)工作中經(jīng)常發(fā)生危險(xiǎn)與錯(cuò)誤的勘測(cè)結(jié)果，這嚴(yán)重制約著我國勘測(cè)事業(yè)的發(fā)展，與此同時(shí)，一些勘測(cè)企業(yè)為了節(jié)約成本，雇傭一些廉價(jià)的農(nóng)民工作為勞動(dòng)力，這些人不僅缺少相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，更沒有認(rèn)真負(fù)責(zé)巖土勘測(cè)作業(yè)。
2.4主管部門管理不到位巖土勘測(cè)工作的管理也是確?？睖y(cè)質(zhì)量的重要一環(huán)，但是我國地質(zhì)勘測(cè)工作的入行門檻卻很低，一些外行的從業(yè)人員也可以進(jìn)行相應(yīng)的勘測(cè)工作，然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些先進(jìn)的技術(shù)理念被引入進(jìn)來，如果勘測(cè)企業(yè)不加強(qiáng)管理，注定會(huì)被激烈的市場(chǎng)競爭所淘汰。與此同時(shí)，巖土勘測(cè)的主管部門不能夠?qū)υ嫉目睖y(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真的審核，只是通過簡單的記錄確定檢測(cè)質(zhì)量報(bào)告，這樣是對(duì)巖土勘測(cè)工作極不負(fù)責(zé)的現(xiàn)象，更不能很好的管理企業(yè)的經(jīng)營理念，對(duì)勘測(cè)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的取得都產(chǎn)生了嚴(yán)重的阻礙[2]。
3優(yōu)化巖土工程勘測(cè)工作的建議
3.1采用先進(jìn)的勘測(cè)技術(shù)巖土工程的勘測(cè)涉及到多個(gè)學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，應(yīng)當(dāng)將先進(jìn)的勘測(cè)技術(shù)應(yīng)用到巖土工程的勘測(cè)中來，例如工程物力專業(yè)理論和電磁波理論等，同時(shí)，在勘測(cè)設(shè)備的使用方面也應(yīng)當(dāng)引入先進(jìn)的、高效的、準(zhǔn)確的勘測(cè)設(shè)備，盡管這些設(shè)備會(huì)耗費(fèi)更多的成本，但國家要想更好的完成巖土工程的勘測(cè)就應(yīng)當(dāng)加大投資力度，提升勘測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，一些經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的地區(qū)仍然使用傳統(tǒng)的勘測(cè)技術(shù)，因此，地質(zhì)勘測(cè)企業(yè)最好能夠?qū)崿F(xiàn)電子化的辦公，讓更多的勘測(cè)數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)整合與分析，從而極大提升勘測(cè)的效率，尤其是對(duì)一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，可見，只有不斷的創(chuàng)新和使用先進(jìn)的勘測(cè)技術(shù)才能夠促進(jìn)我國勘測(cè)事業(yè)的進(jìn)步。
3.2增強(qiáng)勘測(cè)規(guī)范性巖土工程的勘測(cè)還需要規(guī)范的操作步驟，每一個(gè)操作環(huán)節(jié)都是相輔相成的，只有認(rèn)真的做好每一個(gè)勘測(cè)環(huán)節(jié)，才能夠確保最終檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確，與此同時(shí)，國家應(yīng)當(dāng)出臺(tái)相應(yīng)的管理制度來規(guī)范勘測(cè)市場(chǎng)的操作行為，對(duì)一些不符合規(guī)定的行為予以嚴(yán)厲的打擊，只有這樣才能夠不斷的凈化我國的地質(zhì)勘測(cè)事業(yè)，對(duì)于勘測(cè)報(bào)告的檢察也要設(shè)立專門的監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，從而制止一些以假亂真、謀取個(gè)人財(cái)產(chǎn)的行為。另一方面，通過規(guī)范巖土勘測(cè)的設(shè)計(jì)來約束實(shí)際的勘測(cè)行為，確?？睖y(cè)人員能夠嚴(yán)格的按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行操作，不能偷工減料或者憑借經(jīng)驗(yàn)填寫檢測(cè)報(bào)告，每一個(gè)勘測(cè)數(shù)據(jù)都有其相應(yīng)的功能，只有規(guī)范操作才能實(shí)現(xiàn)其真正的價(jià)值。
3.3提高勘測(cè)人員專業(yè)技能任何先進(jìn)設(shè)備的使用和創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)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(cè)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(cè)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(yīng)加大力度培養(yǎng)和提升勘測(cè)人員的專業(yè)技能，可以在各大高校開展地質(zhì)勘測(cè)相關(guān)專業(yè)，教育學(xué)生將勘測(cè)理論與實(shí)踐相結(jié)合，確保勘測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而提高巖土工程的勘測(cè)質(zhì)量。與此同時(shí)，勘測(cè)人員的專業(yè)素質(zhì)和技能水平直接關(guān)乎我國勘測(cè)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(cè)人員的技能水準(zhǔn)是至關(guān)重要的，勘測(cè)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(xùn)，將先進(jìn)的理念和經(jīng)驗(yàn)教授新人，同時(shí)采用嚴(yán)格的獎(jiǎng)懲制度和責(zé)任制度來激發(fā)勘測(cè)人員的工作熱情，不斷進(jìn)取，從而促進(jìn)我國地質(zhì)勘測(cè)事業(yè)的進(jìn)步[3]。
3.4主管部門加強(qiáng)管理加強(qiáng)巖土工程勘測(cè)主管部門的管理職能是保障勘測(cè)工作質(zhì)量的關(guān)鍵，首先，重視巖土工程勘測(cè)的地域性研究，也就是每個(gè)地區(qū)的主管部門都要對(duì)自己做負(fù)責(zé)的區(qū)域予以嚴(yán)格的管理，并建立健全地質(zhì)勘測(cè)工作的規(guī)章制度，根據(jù)自己地區(qū)的特點(diǎn)制定相應(yīng)的法規(guī)，確保巖土工程勘測(cè)不會(huì)受到區(qū)域因素的影響，對(duì)于一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)主管部門一定要加強(qiáng)勘測(cè)人員的安全管理，建立相應(yīng)的安全防護(hù)措施，同時(shí)，對(duì)勘測(cè)過程中可能出現(xiàn)的環(huán)境干擾因素事先采取恰當(dāng)?shù)慕鉀Q對(duì)策，對(duì)巖土工程勘測(cè)的治理與管理負(fù)起責(zé)任。
4結(jié)束語
該區(qū)屬丘陵~低山溶蝕峰叢地貌，場(chǎng)地內(nèi)總體地勢(shì)為北東高南西低，測(cè)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(chǎng)后，場(chǎng)地變得較為平坦，由地表地質(zhì)現(xiàn)象顯示，測(cè)區(qū)內(nèi)巖性多樣，且有一斷層通過場(chǎng)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(fēng)化殘塊及碎石，主要分布于測(cè)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(guān)系。因受次級(jí)構(gòu)造的影響，基巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈。石灰?guī)r、鈣質(zhì)砂巖及碳質(zhì)泥巖，據(jù)其風(fēng)化狀態(tài)分為強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化，現(xiàn)分別對(duì)這幾種基巖巖性特征、風(fēng)化程度及組合關(guān)系分述如下：（1）強(qiáng)風(fēng)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(jí)構(gòu)造的影響，產(chǎn)狀凌亂，該層在場(chǎng)地內(nèi)風(fēng)化強(qiáng)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(qiáng)風(fēng)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(chǎng)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(fēng)化碳質(zhì)泥巖（P2w）：灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，含碳質(zhì)團(tuán)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(fēng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)地下伏基巖為中風(fēng)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(dòng)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?yàn)闁|南向南西，小車河為排泄基準(zhǔn)面。
3巖土工程勘察概況
勘察之初，鉆孔按一樁一孔布設(shè)，鉆探揭穿地表覆蓋層及地下強(qiáng)風(fēng)化層進(jìn)入完整基巖9m，在場(chǎng)地平場(chǎng)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?cái)M建物主要軸線布設(shè)測(cè)線，應(yīng)用物探方法中的地震映像法和高密度電法，對(duì)鉆探發(fā)現(xiàn)的巖溶現(xiàn)象進(jìn)一步詳查。本次勘察，沿?cái)M建物主要軸線布設(shè)測(cè)線計(jì)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(chǔ)設(shè)計(jì)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(guān)參數(shù)
4.1高密度電法：電法勘探是研究地層電學(xué)性質(zhì)及電場(chǎng)、電磁場(chǎng)變化規(guī)律，根據(jù)研究地質(zhì)對(duì)象的電性差異，通過儀器測(cè)量電場(chǎng)情況，進(jìn)而研究電場(chǎng)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(dá)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(yù)定位置布置測(cè)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(chǎng)區(qū)工程地球物理特征：巖土電性地球物理?xiàng)l件是指運(yùn)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(cè)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(chǎng)區(qū)布設(shè)測(cè)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(cè)試采用的物性參數(shù)為視電阻率值，通過對(duì)場(chǎng)區(qū)巖石和部分異常體的電性測(cè)試，結(jié)合貴陽地區(qū)同類型場(chǎng)地電性參數(shù)綜合歸納本場(chǎng)區(qū)巖土電性特性。
5結(jié)論和建議
5.1測(cè)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(duì)堅(jiān)硬的巖體。
5.2測(cè)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(cè)區(qū)南部，土層厚度相對(duì)較小，多在2~10m左右，而在測(cè)線北部，土層厚度相對(duì)較大，可達(dá)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(shí)際有所偏差。
隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(shè)備、勘察方式、相關(guān)儀器以及計(jì)算機(jī)水平都得到了極大提高，特別是相關(guān)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(jìn)，傳統(tǒng)的勘察技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)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(jìn)一步促進(jìn)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(chǎng)的具體狀況，并且結(jié)合這些內(nèi)容為設(shè)計(jì)和施工提供相關(guān)參數(shù)。所以巖石勘察工作在工程建設(shè)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(duì)整個(gè)工程的安全都會(huì)產(chǎn)生巨大影響。尤其是基礎(chǔ)地質(zhì)巖石測(cè)試參數(shù)會(huì)影響到工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，一旦這一參數(shù)存在問題就會(huì)造成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的安全問題，增加設(shè)計(jì)成本。一般巖土工程勘察工作包括原狀土取樣、現(xiàn)場(chǎng)鉆探、試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試等工作，在執(zhí)行過程中每一項(xiàng)都要嚴(yán)格按照國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，要提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2幾個(gè)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(guān)位置等。
2.2巖土參數(shù)的相關(guān)問題：需要對(duì)一些難以取到原裝的巖石以及難于在室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的粗顆粒土、風(fēng)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(shí)水平也會(huì)對(duì)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(jì)算機(jī)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(xué)原理發(fā)展了許多新的工程物探方法并相應(yīng)發(fā)展了一大批集數(shù)據(jù)適時(shí)采集處理，軟、硬件功能于一體的工程物探探測(cè)設(shè)備，它具有采樣密度大、速度快、成本低、信息量大等特點(diǎn)。可以利用工程物探可連續(xù)加密測(cè)點(diǎn)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(diǎn)帶面劃分地質(zhì)界面時(shí)常帶來的漏判、劃分不準(zhǔn)確等缺點(diǎn);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(dòng)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(shè)所需的巖土動(dòng)力參數(shù)和設(shè)計(jì)地震參數(shù)。相對(duì)傳統(tǒng)的鉆探方法，工程物探技術(shù)使用時(shí)受場(chǎng)地、地形條件的限制較少，具有節(jié)省時(shí)間、費(fèi)用且勘探精度高等特點(diǎn)。但是，各種工程物探方法的有效性決定于它對(duì)探測(cè)對(duì)象的適用性，物探條件的適用性越強(qiáng)，解決問題的可靠的性越大，因此，為了有效地解決某些復(fù)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(bǔ)充、互相驗(yàn)證的作用。合理地選擇、運(yùn)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(qiáng)室內(nèi)、外測(cè)試新技術(shù)和施工檢測(cè)、監(jiān)測(cè)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(duì)比，建立它們之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，并通過工程施工檢測(cè)、監(jiān)測(cè)所獲取的實(shí)測(cè)資料反算得到的參數(shù)作為對(duì)比依據(jù)，確保所提供的巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)的可靠性。并達(dá)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(shè)計(jì)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(yàn)證堤壩、邊坡的變形和穩(wěn)定性;解決建筑物淺基礎(chǔ)的地基變形特征、破壞模式及極限承載力，樁基礎(chǔ)的承載力和施工工藝對(duì)樁基礎(chǔ)承載力及變形的影響;解決擋土結(jié)構(gòu)的變形及破壞機(jī)理，土體與結(jié)構(gòu)物之間的相互作用;了解動(dòng)力工程、砂土液化、單樁和群樁在水平動(dòng)荷載作用下的性狀。
4針對(duì)我國巖土工程勘察提出的建議和對(duì)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(shí)際選擇正確的方式解決，主要從以下幾個(gè)方面入手：
4.1要不斷加強(qiáng)對(duì)巖土工程技術(shù)人員的培訓(xùn)，提高勘察人員整體素質(zhì);巖土工程勘察是一項(xiàng)專業(yè)技術(shù)工作，集多種學(xué)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(biāo)準(zhǔn)不斷更新，因此，巖土工程勘察人員必須與時(shí)俱進(jìn)，提高自身的專業(yè)素質(zhì)，以適應(yīng)新時(shí)代的巖土工程勘察要求。在推行土木工程師準(zhǔn)入制度的同時(shí)，要不斷加強(qiáng)對(duì)勘察人員的培訓(xùn)，以全面提高其技術(shù)水平和專業(yè)素質(zhì)。此外，還應(yīng)該不斷加強(qiáng)勘察市場(chǎng)的監(jiān)管，推行勘察監(jiān)理體制。
4.2要不斷加強(qiáng)勘察質(zhì)量的認(rèn)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(shè)置以過程模式作為勘察標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。而且要明確勘察工作的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，通過過程方法對(duì)巖土工程實(shí)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(duì)建設(shè)程序、市場(chǎng)勘察進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范，科學(xué)的建設(shè)程序應(yīng)該嚴(yán)格堅(jiān)持先勘察、再設(shè)計(jì)、后施工的流程。對(duì)于投資決策的工程，如沒有科學(xué)的地質(zhì)勘察資料，則不予報(bào)建。對(duì)于未按照地質(zhì)勘察規(guī)范進(jìn)行勘察的的工程不予報(bào)建。此外，還應(yīng)該建立高效的市場(chǎng)約束體系。一方面加強(qiáng)國家和政府法律法規(guī)的監(jiān)管，通過項(xiàng)目招投標(biāo)制度和實(shí)際過程中對(duì)行為主體進(jìn)行有效的監(jiān)管;另一方面應(yīng)該實(shí)行工程建設(shè)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(shè)過程中的地質(zhì)問題，從而確保勘察有效，使建設(shè)投資效益最大化。
4.4定期進(jìn)行勘察設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)。隨時(shí)掌握各種室外勘察設(shè)備和室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備的完好性能，這是確?？辈旃ぷ饔行нM(jìn)行的基礎(chǔ)。對(duì)于現(xiàn)有的儀器設(shè)備應(yīng)該定期進(jìn)行檢測(cè)，以確保其工作性能和狀態(tài)，對(duì)于老化陳舊的設(shè)備儀器要及時(shí)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(fēng)化的生成、搬運(yùn)和沉積過程中幾經(jīng)滄桑，形成了不同于其他材料的復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)，而不同時(shí)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(guān)系理論數(shù)學(xué)模型不下百種，動(dòng)用了傳統(tǒng)力學(xué)和現(xiàn)代力學(xué)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(rèn)的，能夠準(zhǔn)確、全面反映各種土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。
在計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以有限元為代表的數(shù)值計(jì)算是解決邊值問題的強(qiáng)有力的手段。當(dāng)用來計(jì)算彈性體時(shí)其精確程度令人嘆為觀止。其計(jì)算結(jié)果與光彈試驗(yàn)結(jié)果毫厘不差，結(jié)果光彈試驗(yàn)很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數(shù)值計(jì)算中首先被假設(shè)為連續(xù)體，然后被離散化，假設(shè)各單元間的結(jié)點(diǎn)位移協(xié)調(diào)，計(jì)算土體的應(yīng)力變形關(guān)系。這常常不能反映土的變形的微觀機(jī)理。以DDA（DiscontinuousDeformationAnalysis）為代表的離散單元計(jì)算方法在計(jì)算某些農(nóng)產(chǎn)品（如谷類）和工業(yè)零件（如滾珠）時(shí)是相當(dāng)成功的。以至被稱為“數(shù)值試驗(yàn)”可以精確地代替模型試驗(yàn)。在定性地探索土的變形的微觀機(jī)理時(shí)，也是很有價(jià)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(xué)和力學(xué)的相互作用，即使是可能，恐怕也是相當(dāng)遙遠(yuǎn)的事。
數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算預(yù)測(cè)的另一個(gè)難點(diǎn)是土的參數(shù)的選取，它受到取樣(制樣)和試驗(yàn)手段的限制。原狀土在取樣過程中不可避免地受到擾動(dòng)和發(fā)生應(yīng)力釋放，會(huì)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(yán)重影響試驗(yàn)的結(jié)果。另一方面，目前使用的土工試驗(yàn)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(yīng)力和應(yīng)變的均勻是很難保證的。
在對(duì)地基和土工建筑物的探測(cè)方面，土層的時(shí)空變異及人類活動(dòng)給勘探測(cè)試及其結(jié)果的判釋造成困難。除此以外，巖土工程中的復(fù)雜邊界條件和施工過程中的諸多因素也嚴(yán)重影響工程的實(shí)際結(jié)果。
在我國每年發(fā)表和撰寫了大量的論文和報(bào)告，提出了各種理論、模型、計(jì)算方法、計(jì)算程序和技術(shù)手段，常常伴以試驗(yàn)或者實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，其結(jié)果也常常是“符合得很好”。自己的試驗(yàn)或觀測(cè)證實(shí)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。”這種結(jié)果的可信性很值得懷疑。筆者在評(píng)閱一些論文和成果時(shí)，對(duì)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(duì)于存在相當(dāng)差別，甚至坦率地承認(rèn)預(yù)測(cè)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(jìn)行了多次的“考試”或者“競賽”活動(dòng)：首先委托一個(gè)（或幾個(gè)）單位進(jìn)行所謂的“目標(biāo)試驗(yàn)”，亦即需要預(yù)測(cè)或者預(yù)算的試驗(yàn)或?qū)嵗?。其結(jié)果是保密的，或者預(yù)測(cè)前不做試驗(yàn)，預(yù)測(cè)以后在試驗(yàn)。事先公布有關(guān)的土的一般資料、基本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)（為確定有關(guān)參數(shù)）和目標(biāo)試驗(yàn)的應(yīng)力（應(yīng)變）路徑。在全世界或者一定范圍征求參賽者（參加目標(biāo)試驗(yàn)的人不參賽）。全部預(yù)測(cè)結(jié)果上交以后，公布試驗(yàn)結(jié)果。一般是召開研討會(huì)，評(píng)估或者評(píng)分。參賽者也常常進(jìn)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(dòng)巖土工程發(fā)展的十分有益的活動(dòng)和手段。它使我們認(rèn)識(shí)到在巖土工程領(lǐng)域，我們的認(rèn)識(shí)能力和預(yù)測(cè)能力到底有多高。
試驗(yàn)方法和設(shè)備的檢驗(yàn)比較
1.不同儀器的相同試驗(yàn)的檢驗(yàn)
1982年在法國Grenoble召開的“土的本構(gòu)關(guān)系國際研討會(huì)”上①，用劍橋式的立方體真三軸儀分別由德國的Karlsrube大學(xué)和法國的Grenoble大學(xué)對(duì)同樣的砂土和粘性土進(jìn)行復(fù)雜應(yīng)力路徑和應(yīng)變路徑的真三軸試驗(yàn)，兩份試驗(yàn)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(guān)系國際研討會(huì)”上②，利用美國Case大學(xué)的空心圓柱扭剪儀和法國Grenoble大學(xué)的劍橋式立方體真三軸儀進(jìn)行砂土的相同應(yīng)力路徑的試驗(yàn)。試驗(yàn)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(yàn)；其中，b=（σ1-σ2）／（σ1-σ3）
(2)在π平面上應(yīng)力路徑為圓周（兩周）的的真三軸試驗(yàn)。
（b=常數(shù)的真三軸試驗(yàn)與空心圓柱試驗(yàn)的比較）表示了對(duì)于Hostun密砂（干密度ρd＝1.65g/cm3）在b＝不同常數(shù)，中主應(yīng)力ρ2=500kPa保持不變，用兩種儀器試驗(yàn)得到的軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線，軸向應(yīng)變和體應(yīng)變的關(guān)系曲線?？梢娫赽=0和0.28時(shí)，不同儀器試驗(yàn)結(jié)果的差別是很大的。但是在評(píng)價(jià)它們時(shí)，主持者說：對(duì)于軸應(yīng)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(yīng)變?chǔ)舦與軸向應(yīng)變?chǔ)舲間試驗(yàn)曲線）的曲線認(rèn)為符合得很優(yōu)良（excellent）。對(duì)比我們的一些論文中理論與實(shí)際曲線二者絲絲入扣的符合，就顯得很不真實(shí)。在這兩個(gè)試驗(yàn)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(shí)際應(yīng)力分布不同和試驗(yàn)中的邊界條件不同引起的。
2.土工離心機(jī)模型試驗(yàn)
1986年由歐洲共同體資助，發(fā)起“土工離心機(jī)的合作試驗(yàn)”③。參賽者有三家：英國的劍橋大學(xué)、法國的道橋中心研究室和丹麥的工程院。試驗(yàn)的內(nèi)容是模擬飽和砂土地基上的圓形淺基礎(chǔ)的承載力和荷載—沉降關(guān)系。試驗(yàn)土料統(tǒng)一為巴黎盆地天然沉積的一種均勻石英細(xì)砂。模型地基的孔隙比規(guī)定為e=0.66(相對(duì)密度Dr=86％)，規(guī)定圓形基礎(chǔ)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(duì)于這種土進(jìn)行了物性試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)，其結(jié)果公布于眾。要求荷載—沉降關(guān)系表示成無量綱的變量q/γˊnb-s/b公關(guān)系曲線。
其中：
q=基礎(chǔ)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(chǔ)的尺寸(m)
s=基礎(chǔ)的中心垂直沉降(m)
同時(shí)也進(jìn)行了相同條件下的現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)，以便與模型試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。
這三家使出了渾身解數(shù)，精心制樣、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和量測(cè)，反復(fù)摸索，反復(fù)校驗(yàn)，校正各種參數(shù)和影響因素。劍橋大學(xué)還在離心機(jī)上作了靜力觸探試驗(yàn)。最后，劍橋大學(xué)提交了一組試驗(yàn)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(chǔ)的試驗(yàn)荷載-沉降關(guān)系曲線）表示了其試驗(yàn)結(jié)果，其中劍橋大學(xué)是筆者選取的最接近于要求的條件的試驗(yàn)結(jié)果(e＝0.664)。
可見，這種世界先進(jìn)水平的土工離心模型試驗(yàn)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(yàn)。而現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)際情況的條件和影響因素遠(yuǎn)比這復(fù)雜。在這個(gè)試驗(yàn)中，加載速率、模型地基砂的密度、制樣方法和運(yùn)行程序?qū)υ囼?yàn)結(jié)果都有影響。例如劍橋大學(xué)的試驗(yàn)表明，砂土的孔隙比變化0.01（相當(dāng)于相對(duì)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(guān)系—?jiǎng)虼髮W(xué)試驗(yàn)結(jié)果）所示。而由于模型地基是先制樣，后運(yùn)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(dòng)測(cè)法的考試
1992年在荷蘭海牙進(jìn)行了一次動(dòng)測(cè)樁的“考試”④。在第一輪，10根預(yù)制樁預(yù)先被沉入地基，樁徑250mm，樁長18m（7#樁17m）。要求測(cè)出其預(yù)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(kuò)徑和在不同部位的10mm寬，130mm深的刻槽。事先由特爾夫公司進(jìn)行了地基勘察，將土層資料公布于眾。有12家具有國際聲譽(yù)的公司參賽，用小應(yīng)變動(dòng)測(cè)法檢測(cè)。結(jié)果是：平均測(cè)對(duì)4根；最多對(duì)7根，最少對(duì)兩根。沒有一家測(cè)出那根完整無損的樁。他們認(rèn)為對(duì)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(yàn)測(cè)出極限承載力。10家公司用大應(yīng)變動(dòng)測(cè)法測(cè)試其極限承載力。其結(jié)果也不樂觀。比如，由靜載試驗(yàn)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(cè)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(xiǎn)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(cè)技術(shù)檢驗(yàn)會(huì)”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(cè)堤段位于宜陽的一段廢堤上。每個(gè)參賽的檢測(cè)方法負(fù)責(zé)200米堤段，時(shí)間是兩小時(shí)。幾處“隱患”是事先人工布置的，埋設(shè)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(cè)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(dá)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(duì)固定的。因而兩米深的隱患的檢測(cè)不應(yīng)算是難題。檢測(cè)結(jié)果聘請(qǐng)有關(guān)專家評(píng)審，打分。圖4（堤防隱患的檢測(cè)結(jié)果評(píng)分）所給的分?jǐn)?shù)只是相對(duì)的。組織者對(duì)于測(cè)試結(jié)果是不滿意的。參賽者各自對(duì)其結(jié)果的誤差的原因進(jìn)行了解釋。針對(duì)這種結(jié)果，水利部斥資幾百萬，開展專題研究，目標(biāo)是“傻瓜”式的快速檢測(cè)儀器和方法。關(guān)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(yàn)，因地制宜，積累資料和經(jīng)驗(yàn)，合理判釋，儀器才會(huì)發(fā)揮作用。很難想象，可以身背“傻瓜機(jī)”，走遍天下都會(huì)靈驗(yàn)。
土的本構(gòu)關(guān)系的檢驗(yàn)
80年代以來，關(guān)于土的本構(gòu)關(guān)系的“考試”至少進(jìn)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(yīng)力應(yīng)變關(guān)系北美研討會(huì)”⑤。會(huì)前用兩種天然粘土、一種重塑的高嶺粘土和渥太華砂進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。試驗(yàn)包括：
平均主應(yīng)力p=常數(shù)的三軸試驗(yàn)，
b＝常數(shù)的真三軸試驗(yàn)
砂土在π平面上應(yīng)力路徑為圓周的真三軸試驗(yàn)
天然粘土大主應(yīng)力方向與其沉積方向成不同角度的三軸試驗(yàn)。
事先將土的物性參數(shù)和基本試驗(yàn)的結(jié)果公開提供。然后在全世界范圍征求參賽者。參加預(yù)測(cè)的有個(gè)不同國家的17個(gè)本構(gòu)模型。從給出的結(jié)果看，軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（σ1-σ3）~ε1預(yù)測(cè)的精度一般尚可；體應(yīng)變預(yù)測(cè)的精度差別很大。對(duì)于應(yīng)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(duì)于其循環(huán)加載和超固結(jié)性狀很難預(yù)測(cè)，只有少數(shù)模型參加了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，沒有一個(gè)模型能夠合理地預(yù)測(cè)所有的試驗(yàn)情況。正如會(huì)議主席Finn所說：“沒有給任何一個(gè)本構(gòu)模型戴上王冠”。這也是符合當(dāng)前的土力學(xué)理論發(fā)展的現(xiàn)狀的。
1982年在法國召開了“土的本構(gòu)關(guān)系國際研討會(huì)”人們用不同的理論模型對(duì)砂土和粘土的復(fù)雜應(yīng)力路徑和應(yīng)變路徑的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了類似的預(yù)測(cè)。如上所述，也對(duì)試驗(yàn)本身進(jìn)行了檢驗(yàn)⑥。
1987年在美國克里夫蘭召開了“非粘性土的本構(gòu)關(guān)系國際研討會(huì)”⑦。會(huì)議征求對(duì)真三軸試驗(yàn)和空心扭剪試驗(yàn)結(jié)果用理論模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。共有世界各國的32個(gè)土的本構(gòu)模型參賽。其中包括：
3個(gè)次彈性模型(H)
3個(gè)增量非線性彈性模型(I)
1個(gè)內(nèi)時(shí)模型(E)
9個(gè)具有一個(gè)屈服面的彈塑性模型(EP1)
10個(gè)具有兩個(gè)屈服面的彈塑性模型(EP2)
6個(gè)其他形式的彈塑性模型(EP)
會(huì)議將預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較，按四個(gè)單項(xiàng)評(píng)分。評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)見圖5（本結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）。規(guī)定了上下限，按統(tǒng)計(jì)方法打分。圖6（軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系得分的直方圖—滿分100）與圖7（體應(yīng)變與軸向應(yīng)變關(guān)系得分的直方圖—滿分100）表示出b＝常數(shù)的真三軸試驗(yàn)的預(yù)測(cè)得分情況。可見其軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系預(yù)測(cè)經(jīng)過還差強(qiáng)人意；而體應(yīng)變的預(yù)測(cè)則基本是全不及格。
這些“考試”基本上反映了人們當(dāng)前認(rèn)識(shí)和描述土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的能力和水平。它表明，即使對(duì)于實(shí)驗(yàn)室制作的重塑土試樣，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也是相當(dāng)復(fù)雜的。現(xiàn)有的關(guān)于土的本構(gòu)關(guān)系的數(shù)學(xué)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(gè)，甚至40多個(gè)常數(shù)，結(jié)果仍然不另人滿意。
1．土工加筋擋土墻的計(jì)算
60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，土工數(shù)值計(jì)算大大加強(qiáng)了我們解決復(fù)雜的巖土工程邊值問題的能力。有人提出可將土力學(xué)分成理論土力學(xué)、實(shí)驗(yàn)土力學(xué)和計(jì)算土力學(xué)三部分。由于它幾乎可以精神任何邊值問題，似乎一臺(tái)打計(jì)算機(jī)，幾頁打印紙，就可以馳騁在巖土工程的所有領(lǐng)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(shí)際工程問題間的距離，輕視在巖土工程實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)的重要意義。
加筋土的計(jì)算是巖土數(shù)值計(jì)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(yīng)力應(yīng)變關(guān)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(jì)算程序和經(jīng)驗(yàn)。1991年在美國的科羅拉多大學(xué)，由美國聯(lián)邦公路局資助，在足尺試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了加筋土計(jì)算的競賽⑧。
目標(biāo)試驗(yàn)是在一個(gè)高3.05米，寬1.22米，長2.084米的大型的試驗(yàn)槽中進(jìn)行的。鋪設(shè)了12層長為1.68米的無紡?fù)凉た椢?，作成土工織布加筋擋土墻。墻頂采用氣囊加壓。氣囊下鋪設(shè)5厘米的砂墊層。試驗(yàn)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(yàn)，粘土的不同排水條件下的三軸試驗(yàn)，土工布的拉伸試驗(yàn)和筋土問的界面直剪試驗(yàn)等試驗(yàn)的結(jié)果。征求世界各國同行們進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，預(yù)算試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果。預(yù)測(cè)項(xiàng)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(yīng)變
(2)在加載100小時(shí)后的以上各項(xiàng)位移和應(yīng)變
共有15個(gè)不同國家的大學(xué)和研究單位參賽。包括美國的科羅拉多大學(xué)等8家，英國的哥拉斯格大學(xué)等兩家，日本的東京大學(xué)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(yīng)變關(guān)系的預(yù)測(cè)。計(jì)算的結(jié)果見圖8（砂土加筋擋土墻的墻頂最大位移計(jì)算的誤差）和圖9（粘土加筋擋土墻的墻頂最大位移計(jì)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(yù)測(cè)誤差。有幾家沒有預(yù)測(cè)粘土加筋擋土墻，有幾家計(jì)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(jì)算的誤差在30％以內(nèi)。
對(duì)于砂土加筋擋土墻試驗(yàn)的破壞荷載是207kPa，預(yù)測(cè)值從10kPa到517kPa不等。粘土加筋擋土墻在荷載加到230kPa時(shí)由于氣囊爆破而未能繼續(xù)試驗(yàn)，但擋土墻并沒有破壞。計(jì)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(yàn)
在1989-1994年間由美國NSF撥款350萬美元，資助用離心機(jī)模型試驗(yàn)來檢驗(yàn)地震反應(yīng)分析方法。這是NSF歷年來投入單項(xiàng)經(jīng)費(fèi)最多的項(xiàng)目。項(xiàng)目簡稱VELACS。參加的單位和個(gè)人包括：美國加州大學(xué)戴維斯分校，加州理工大學(xué)，英國劍橋大學(xué)等7座大學(xué)；其中有10名美國國家科學(xué)院院士和英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。參加考試的考生有美、加、日和歐洲的23個(gè)數(shù)值計(jì)算專家和研究組。
項(xiàng)目動(dòng)用了9臺(tái)帶有振動(dòng)臺(tái)的土工離心機(jī)，并且進(jìn)行了平行試驗(yàn)。模擬地震的振動(dòng)模型試驗(yàn)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(hù)岸的重力式擋土墻
(6)堤壩
(7)心墻壩
(8)砂基礎(chǔ)上的剛性建筑物
涉及以上9種邊值問題的模型試驗(yàn)，都是相當(dāng)簡單的工程問題。在土工離心機(jī)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了三類考題：
A在離心機(jī)試驗(yàn)前，提供試驗(yàn)的初始條件和邊界條件，在尚無任何試驗(yàn)資料的情況下，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。是一種“盲測(cè)”。
B離心試驗(yàn)完成以后，但不公布試驗(yàn)結(jié)果。但向計(jì)算者提供試驗(yàn)的較為詳細(xì)的條件和細(xì)節(jié)。
C公布試驗(yàn)結(jié)果，讓“考生”用自己的數(shù)值計(jì)算進(jìn)行計(jì)算，比較。
考試的成績按照ABC的次序有所提高，對(duì)于A類考題，有30多個(gè)數(shù)值計(jì)算模型參加考試。預(yù)測(cè)的地震反應(yīng)加速度比較接近；計(jì)算的靜孔壓和沉降量與試驗(yàn)量測(cè)的結(jié)果比較，趨勢(shì)還是相同的。但二者差別很大，多達(dá)幾十倍。但是在試驗(yàn)后，考慮了試驗(yàn)中的具體條件量測(cè)方法，修正計(jì)算條件和參數(shù)，計(jì)算結(jié)果明顯改善。
結(jié)論與討論
土的力學(xué)性質(zhì)是非常復(fù)雜多變的，巖土工程問題具有很強(qiáng)的不確定性。目前我們的理論分析、數(shù)值計(jì)算和勘探試驗(yàn)還遠(yuǎn)不能精確定量地描述，反映和預(yù)測(cè)它們。對(duì)此應(yīng)當(dāng)有清醒的認(rèn)識(shí)。但是正確的理論和有效的方法應(yīng)當(dāng)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(duì)于巖土工程問題，正面的純理論和數(shù)值預(yù)測(cè)和計(jì)算，往往是很難奏效的。必須詳細(xì)地了解實(shí)際的條件和過程，熟悉當(dāng)?shù)氐那闆r，積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)理論和參數(shù)進(jìn)行合理修正；在工程中不斷觀測(cè)和積累數(shù)據(jù)，在其基礎(chǔ)上合理選取參數(shù)，再計(jì)算和預(yù)測(cè)以后的變化，往往達(dá)到很高的精度。因而，有人提出在復(fù)雜的巖土工程中需要“理論導(dǎo)向，經(jīng)驗(yàn)判斷，精心觀測(cè)，合理反算”。這是非常中肯和寶貴的認(rèn)識(shí)。
在土力學(xué)和巖土工程中逐步引進(jìn)不確定性的理論方法是一個(gè)重要的發(fā)展方向。
參考文獻(xiàn)
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④盛崇文，從樁的測(cè)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(fēng)化的生成、搬運(yùn)和沉積過程中幾經(jīng)滄桑，形成了不同于其他材料的復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)，而不同時(shí)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(guān)系理論數(shù)學(xué)模型不下百種，動(dòng)用了傳統(tǒng)力學(xué)和現(xiàn)代力學(xué)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(rèn)的，能夠準(zhǔn)確、全面反映各種土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。
在計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以有限元為代表的數(shù)值計(jì)算是解決邊值問題的強(qiáng)有力的手段。當(dāng)用來計(jì)算彈性體時(shí)其精確程度令人嘆為觀止。其計(jì)算結(jié)果與光彈試驗(yàn)結(jié)果毫厘不差，結(jié)果光彈試驗(yàn)很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數(shù)值計(jì)算中首先被假設(shè)為連續(xù)體，然后被離散化，假設(shè)各單元間的結(jié)點(diǎn)位移協(xié)調(diào)，計(jì)算土體的應(yīng)力變形關(guān)系。這常常不能反映土的變形的微觀機(jī)理。以DDA（DiscontinuousDeformationAnalysis）為代表的離散單元計(jì)算方法在計(jì)算某些農(nóng)產(chǎn)品（如谷類）和工業(yè)零件（如滾珠）時(shí)是相當(dāng)成功的。以至被稱為“數(shù)值試驗(yàn)”可以精確地代替模型試驗(yàn)。在定性地探索土的變形的微觀機(jī)理時(shí)，也是很有價(jià)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(xué)和力學(xué)的相互作用，即使是可能，恐怕也是相當(dāng)遙遠(yuǎn)的事。
數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算預(yù)測(cè)的另一個(gè)難點(diǎn)是土的參數(shù)的選取，它受到取樣(制樣)和試驗(yàn)手段的限制。原狀土在取樣過程中不可避免地受到擾動(dòng)和發(fā)生應(yīng)力釋放，會(huì)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(yán)重影響試驗(yàn)的結(jié)果。另一方面，目前使用的土工試驗(yàn)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(yīng)力和應(yīng)變的均勻是很難保證的。
在對(duì)地基和土工建筑物的探測(cè)方面，土層的時(shí)空變異及人類活動(dòng)給勘探測(cè)試及其結(jié)果的判釋造成困難。除此以外，巖土工程中的復(fù)雜邊界條件和施工過程中的諸多因素也嚴(yán)重影響工程的實(shí)際結(jié)果。
在我國每年發(fā)表和撰寫了大量的論文和報(bào)告，提出了各種理論、模型、計(jì)算方法、計(jì)算程序和技術(shù)手段，常常伴以試驗(yàn)或者實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，其結(jié)果也常常是“符合得很好”。自己的試驗(yàn)或觀測(cè)證實(shí)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(píng)閱一些論文和成果時(shí)，對(duì)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(duì)于存在相當(dāng)差別，甚至坦率地承認(rèn)預(yù)測(cè)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(jìn)行了多次的“考試”或者“競賽”活動(dòng)：首先委托一個(gè)（或幾個(gè)）單位進(jìn)行所謂的“目標(biāo)試驗(yàn)”，亦即需要預(yù)測(cè)或者預(yù)算的試驗(yàn)或?qū)嵗?。其結(jié)果是保密的，或者預(yù)測(cè)前不做試驗(yàn)，預(yù)測(cè)以后在試驗(yàn)。事先公布有關(guān)的土的一般資料、基本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)（為確定有關(guān)參數(shù)）和目標(biāo)試驗(yàn)的應(yīng)力（應(yīng)變）路徑。在全世界或者一定范圍征求參賽者（參加目標(biāo)試驗(yàn)的人不參賽）。全部預(yù)測(cè)結(jié)果上交以后，公布試驗(yàn)結(jié)果。一般是召開研討會(huì)，評(píng)估或者評(píng)分。參賽者也常常進(jìn)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(dòng)巖土工程發(fā)展的十分有益的活動(dòng)和手段。它使我們認(rèn)識(shí)到在巖土工程領(lǐng)域，我們的認(rèn)識(shí)能力和預(yù)測(cè)能力到底有多高。
試驗(yàn)方法和設(shè)備的檢驗(yàn)比較
1.不同儀器的相同試驗(yàn)的檢驗(yàn)
1982年在法國Grenoble召開的“土的本構(gòu)關(guān)系國際研討會(huì)”上①，用劍橋式的立方體真三軸儀分別由德國的Karlsrube大學(xué)和法國的Grenoble大學(xué)對(duì)同樣的砂土和粘性土進(jìn)行復(fù)雜應(yīng)力路徑和應(yīng)變路徑的真三軸試驗(yàn)，兩份試驗(yàn)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(guān)系國際研討會(huì)”上②，利用美國Case大學(xué)的空心圓柱扭剪儀和法國Grenoble大學(xué)的劍橋式立方體真三軸儀進(jìn)行砂土的相同應(yīng)力路徑的試驗(yàn)。試驗(yàn)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(yàn)；其中，b=（σ1-σ2）／（σ1-σ3）
(2)在π平面上應(yīng)力路徑為圓周（兩周）的的真三軸試驗(yàn)。
（b=常數(shù)的真三軸試驗(yàn)與空心圓柱試驗(yàn)的比較）表示了對(duì)于Hostun密砂（干密度ρd＝1.65g/cm3）在b＝不同常數(shù)，中主應(yīng)力ρ2=500kPa保持不變，用兩種儀器試驗(yàn)得到的軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線，軸向應(yīng)變和體應(yīng)變的關(guān)系曲線?？梢娫赽=0和0.28時(shí)，不同儀器試驗(yàn)結(jié)果的差別是很大的。但是在評(píng)價(jià)它們時(shí)，主持者說：對(duì)于軸應(yīng)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(yīng)變?chǔ)舦與軸向應(yīng)變?chǔ)舲間試驗(yàn)曲線）的曲線認(rèn)為符合得很優(yōu)良（excellent）。對(duì)比我們的一些論文中理論與實(shí)際曲線二者絲絲入扣的符合，就顯得很不真實(shí)。在這兩個(gè)試驗(yàn)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(shí)際應(yīng)力分布不同和試驗(yàn)中的邊界條件不同引起的。
2.土工離心機(jī)模型試驗(yàn)
1986年由歐洲共同體資助，發(fā)起“土工離心機(jī)的合作試驗(yàn)”③。參賽者有三家：英國的劍橋大學(xué)、法國的道橋中心研究室和丹麥的工程院。試驗(yàn)的內(nèi)容是模擬飽和砂土地基上的圓形淺基礎(chǔ)的承載力和荷載—沉降關(guān)系。試驗(yàn)土料統(tǒng)一為巴黎盆地天然沉積的一種均勻石英細(xì)砂。模型地基的孔隙比規(guī)定為e=0.66(相對(duì)密度Dr=86％)，規(guī)定圓形基礎(chǔ)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(duì)于這種土進(jìn)行了物性試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)，其結(jié)果公布于眾。要求荷載—沉降關(guān)系表示成無量綱的變量q/γˊnb-s/b公關(guān)系曲線。
其中：
q=基礎(chǔ)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(chǔ)的尺寸(m)
s=基礎(chǔ)的中心垂直沉降(m)
同時(shí)也進(jìn)行了相同條件下的現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)，以便與模型試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。
這三家使出了渾身解數(shù)，精心制樣、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和量測(cè)，反復(fù)摸索，反復(fù)校驗(yàn)，校正各種參數(shù)和影響因素。劍橋大學(xué)還在離心機(jī)上作了靜力觸探試驗(yàn)。最后，劍橋大學(xué)提交了一組試驗(yàn)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(chǔ)的試驗(yàn)荷載-沉降關(guān)系曲線）表示了其試驗(yàn)結(jié)果，其中劍橋大學(xué)是筆者選取的最接近于要求的條件的試驗(yàn)結(jié)果(e＝0.664)。
可見，這種世界先進(jìn)水平的土工離心模型試驗(yàn)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(yàn)。而現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)際情況的條件和影響因素遠(yuǎn)比這復(fù)雜。在這個(gè)試驗(yàn)中，加載速率、模型地基砂的密度、制樣方法和運(yùn)行程序?qū)υ囼?yàn)結(jié)果都有影響。例如劍橋大學(xué)的試驗(yàn)表明，砂土的孔隙比變化0.01（相當(dāng)于相對(duì)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(guān)系—?jiǎng)虼髮W(xué)試驗(yàn)結(jié)果）所示。而由于模型地基是先制樣，后運(yùn)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(dòng)測(cè)法的考試
1992年在荷蘭海牙進(jìn)行了一次動(dòng)測(cè)樁的“考試”④。在第一輪，10根預(yù)制樁預(yù)先被沉入地基，樁徑250mm，樁長18m（7#樁17m）。要求測(cè)出其預(yù)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(kuò)徑和在不同部位的10mm寬，130mm深的刻槽。事先由特爾夫公司進(jìn)行了地基勘察，將土層資料公布于眾。有12家具有國際聲譽(yù)的公司參賽，用小應(yīng)變動(dòng)測(cè)法檢測(cè)。結(jié)果是：平均測(cè)對(duì)4根；最多對(duì)7根，最少對(duì)兩根。沒有一家測(cè)出那根完整無損的樁。他們認(rèn)為對(duì)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(yàn)測(cè)出極限承載力。10家公司用大應(yīng)變動(dòng)測(cè)法測(cè)試其極限承載力。其結(jié)果也不樂觀。比如，由靜載試驗(yàn)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(cè)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(xiǎn)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(cè)技術(shù)檢驗(yàn)會(huì)”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(cè)堤段位于宜陽的一段廢堤上。每個(gè)參賽的檢測(cè)方法負(fù)責(zé)200米堤段，時(shí)間是兩小時(shí)。幾處“隱患”是事先人工布置的，埋設(shè)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(cè)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(dá)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(duì)固定的。因而兩米深的隱患的檢測(cè)不應(yīng)算是難題。檢測(cè)結(jié)果聘請(qǐng)有關(guān)專家評(píng)審，打分。圖4（堤防隱患的檢測(cè)結(jié)果評(píng)分）所給的分?jǐn)?shù)只是相對(duì)的。組織者對(duì)于測(cè)試結(jié)果是不滿意的。參賽者各自對(duì)其結(jié)果的誤差的原因進(jìn)行了解釋。針對(duì)這種結(jié)果，水利部斥資幾百萬，開展專題研究，目標(biāo)是“傻瓜”式的快速檢測(cè)儀器和方法。關(guān)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(yàn)，因地制宜，積累資料和經(jīng)驗(yàn)，合理判釋，儀器才會(huì)發(fā)揮作用。很難想象，可以身背“傻瓜機(jī)”，走遍天下都會(huì)靈驗(yàn)。
土的本構(gòu)關(guān)系的檢驗(yàn)
80年代以來，關(guān)于土的本構(gòu)關(guān)系的“考試”至少進(jìn)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(yīng)力應(yīng)變關(guān)系北美研討會(huì)”⑤。會(huì)前用兩種天然粘土、一種重塑的高嶺粘土和渥太華砂進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。試驗(yàn)包括：
平均主應(yīng)力p=常數(shù)的三軸試驗(yàn)，
b＝常數(shù)的真三軸試驗(yàn)
砂土在π平面上應(yīng)力路徑為圓周的真三軸試驗(yàn)
天然粘土大主應(yīng)力方向與其沉積方向成不同角度的三軸試驗(yàn)。
事先將土的物性參數(shù)和基本試驗(yàn)的結(jié)果公開提供。然后在全世界范圍征求參賽者。參加預(yù)測(cè)的有個(gè)不同國家的17個(gè)本構(gòu)模型。從給出的結(jié)果看，軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（σ1-σ3）~ε1預(yù)測(cè)的精度一般尚可；體應(yīng)變預(yù)測(cè)的精度差別很大。對(duì)于應(yīng)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(duì)于其循環(huán)加載和超固結(jié)性狀很難預(yù)測(cè)，只有少數(shù)模型參加了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，沒有一個(gè)模型能夠合理地預(yù)測(cè)所有的試驗(yàn)情況。正如會(huì)議主席Finn所說：“沒有給任何一個(gè)本構(gòu)模型戴上王冠”。這也是符合當(dāng)前的土力學(xué)理論發(fā)展的現(xiàn)狀的。
1982年在法國召開了“土的本構(gòu)關(guān)系國際研討會(huì)”人們用不同的理論模型對(duì)砂土和粘土的復(fù)雜應(yīng)力路徑和應(yīng)變路徑的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了類似的預(yù)測(cè)。如上所述，也對(duì)試驗(yàn)本身進(jìn)行了檢驗(yàn)⑥。
1987年在美國克里夫蘭召開了“非粘性土的本構(gòu)關(guān)系國際研討會(huì)”⑦。會(huì)議征求對(duì)真三軸試驗(yàn)和空心扭剪試驗(yàn)結(jié)果用理論模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。共有世界各國的32個(gè)土的本構(gòu)模型參賽。其中包括：
3個(gè)次彈性模型(H)
3個(gè)增量非線性彈性模型(I)
1個(gè)內(nèi)時(shí)模型(E)
9個(gè)具有一個(gè)屈服面的彈塑性模型(EP1)
10個(gè)具有兩個(gè)屈服面的彈塑性模型(EP2)
6個(gè)其他形式的彈塑性模型(EP)
會(huì)議將預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較，按四個(gè)單項(xiàng)評(píng)分。評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)見圖5（本結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）。規(guī)定了上下限，按統(tǒng)計(jì)方法打分。圖6（軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系得分的直方圖—滿分100）與圖7（體應(yīng)變與軸向應(yīng)變關(guān)系得分的直方圖—滿分100）表示出b＝常數(shù)的真三軸試驗(yàn)的預(yù)測(cè)得分情況?？梢娖漭S向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系預(yù)測(cè)經(jīng)過還差強(qiáng)人意；而體應(yīng)變的預(yù)測(cè)則基本是全不及格。
這些“考試”基本上反映了人們當(dāng)前認(rèn)識(shí)和描述土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的能力和水平。它表明，即使對(duì)于實(shí)驗(yàn)室制作的重塑土試樣，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也是相當(dāng)復(fù)雜的?，F(xiàn)有的關(guān)于土的本構(gòu)關(guān)系的數(shù)學(xué)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(gè)，甚至40多個(gè)常數(shù)，結(jié)果仍然不另人滿意。
1．土工加筋擋土墻的計(jì)算
60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，土工數(shù)值計(jì)算大大加強(qiáng)了我們解決復(fù)雜的巖土工程邊值問題的能力。有人提出可將土力學(xué)分成理論土力學(xué)、實(shí)驗(yàn)土力學(xué)和計(jì)算土力學(xué)三部分。由于它幾乎可以精神任何邊值問題，似乎一臺(tái)打計(jì)算機(jī)，幾頁打印紙，就可以馳騁在巖土工程的所有領(lǐng)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(shí)際工程問題間的距離，輕視在巖土工程實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)的重要意義。
加筋土的計(jì)算是巖土數(shù)值計(jì)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(yīng)力應(yīng)變關(guān)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(jì)算程序和經(jīng)驗(yàn)。1991年在美國的科羅拉多大學(xué)，由美國聯(lián)邦公路局資助，在足尺試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了加筋土計(jì)算的競賽⑧。
目標(biāo)試驗(yàn)是在一個(gè)高3.05米，寬1.22米，長2.084米的大型的試驗(yàn)槽中進(jìn)行的。鋪設(shè)了12層長為1.68米的無紡?fù)凉た椢铮鞒赏凉た棽技咏顡跬翂?。墻頂采用氣囊加壓。氣囊下鋪設(shè)5厘米的砂墊層。試驗(yàn)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(yàn)，粘土的不同排水條件下的三軸試驗(yàn)，土工布的拉伸試驗(yàn)和筋土問的界面直剪試驗(yàn)等試驗(yàn)的結(jié)果。征求世界各國同行們進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，預(yù)算試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果。預(yù)測(cè)項(xiàng)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(yīng)變
(2)在加載100小時(shí)后的以上各項(xiàng)位移和應(yīng)變
共有15個(gè)不同國家的大學(xué)和研究單位參賽。包括美國的科羅拉多大學(xué)等8家，英國的哥拉斯格大學(xué)等兩家，日本的東京大學(xué)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(yīng)變關(guān)系的預(yù)測(cè)。計(jì)算的結(jié)果見圖8（砂土加筋擋土墻的墻頂最大位移計(jì)算的誤差）和圖9（粘土加筋擋土墻的墻頂最大位移計(jì)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(yù)測(cè)誤差。有幾家沒有預(yù)測(cè)粘土加筋擋土墻，有幾家計(jì)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(jì)算的誤差在30％以內(nèi)。
對(duì)于砂土加筋擋土墻試驗(yàn)的破壞荷載是207kPa，預(yù)測(cè)值從10kPa到517kPa不等。粘土加筋擋土墻在荷載加到230kPa時(shí)由于氣囊爆破而未能繼續(xù)試驗(yàn)，但擋土墻并沒有破壞。計(jì)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(yàn)
在1989-1994年間由美國NSF撥款350萬美元，資助用離心機(jī)模型試驗(yàn)來檢驗(yàn)地震反應(yīng)分析方法。這是NSF歷年來投入單項(xiàng)經(jīng)費(fèi)最多的項(xiàng)目。項(xiàng)目簡稱VELACS。參加的單位和個(gè)人包括：美國加州大學(xué)戴維斯分校，加州理工大學(xué)，英國劍橋大學(xué)等7座大學(xué)；其中有10名美國國家科學(xué)院院士和英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。參加考試的考生有美、加、日和歐洲的23個(gè)數(shù)值計(jì)算專家和研究組。
項(xiàng)目動(dòng)用了9臺(tái)帶有振動(dòng)臺(tái)的土工離心機(jī)，并且進(jìn)行了平行試驗(yàn)。模擬地震的振動(dòng)模型試驗(yàn)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(hù)岸的重力式擋土墻
(6)堤壩
(7)心墻壩
(8)砂基礎(chǔ)上的剛性建筑物
涉及以上9種邊值問題的模型試驗(yàn)，都是相當(dāng)簡單的工程問題。在土工離心機(jī)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了三類考題：
A在離心機(jī)試驗(yàn)前，提供試驗(yàn)的初始條件和邊界條件，在尚無任何試驗(yàn)資料的情況下，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。是一種“盲測(cè)”。
B離心試驗(yàn)完成以后，但不公布試驗(yàn)結(jié)果。但向計(jì)算者提供試驗(yàn)的較為詳細(xì)的條件和細(xì)節(jié)。
C公布試驗(yàn)結(jié)果，讓“考生”用自己的數(shù)值計(jì)算進(jìn)行計(jì)算，比較。
考試的成績按照ABC的次序有所提高，對(duì)于A類考題，有30多個(gè)數(shù)值計(jì)算模型參加考試。預(yù)測(cè)的地震反應(yīng)加速度比較接近；計(jì)算的靜孔壓和沉降量與試驗(yàn)量測(cè)的結(jié)果比較，趨勢(shì)還是相同的。但二者差別很大，多達(dá)幾十倍。但是在試驗(yàn)后，考慮了試驗(yàn)中的具體條件量測(cè)方法，修正計(jì)算條件和參數(shù)，計(jì)算結(jié)果明顯改善。
結(jié)論與討論
土的力學(xué)性質(zhì)是非常復(fù)雜多變的，巖土工程問題具有很強(qiáng)的不確定性。目前我們的理論分析、數(shù)值計(jì)算和勘探試驗(yàn)還遠(yuǎn)不能精確定量地描述，反映和預(yù)測(cè)它們。對(duì)此應(yīng)當(dāng)有清醒的認(rèn)識(shí)。但是正確的理論和有效的方法應(yīng)當(dāng)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(duì)于巖土工程問題，正面的純理論和數(shù)值預(yù)測(cè)和計(jì)算，往往是很難奏效的。必須詳細(xì)地了解實(shí)際的條件和過程，熟悉當(dāng)?shù)氐那闆r，積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)理論和參數(shù)進(jìn)行合理修正；在工程中不斷觀測(cè)和積累數(shù)據(jù)，在其基礎(chǔ)上合理選取參數(shù)，再計(jì)算和預(yù)測(cè)以后的變化，往往達(dá)到很高的精度。因而，有人提出在復(fù)雜的巖土工程中需要“理論導(dǎo)向，經(jīng)驗(yàn)判斷，精心觀測(cè)，合理反算”。這是非常中肯和寶貴的認(rèn)識(shí)。
在土力學(xué)和巖土工程中逐步引進(jìn)不確定性的理論方法是一個(gè)重要的發(fā)展方向。
參考文獻(xiàn)
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