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關鍵詞：環境巖土工程研究
隨著經濟和、工業的迅速發展，人們越來越意識到人類活動對環境產生的兩個負面影響：環境污染和生態破壞。因此，應運產生了一門新興學科——環境巖土工程學。它既是一門應用性的工程學，又是一門社會學。它把技術和政治、經濟和文化相結合的跨學科的新型學科。
1.環境巖土工程定義
環境巖土工程（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境巖土工程國際學術研討會，并在其著名的“IntroductoryRemarksonEnvironmentalGeotechnology”論文中，將環境巖土工程定位為“跨學科的邊緣科學，覆蓋了在大氣圈、生物圈、水圈、巖石圈及地質微生物圈等多種環境下土和巖石及其相互作用的問題”，主要是研究在不同環境周期（循環）作用下水土系統的工程性質。
2.環境巖土工程研究的內容及分類
環境巖土工程是研究應用巖土工程的概念進行環境保護的一門學科。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、農業、化學、醫學、工程學等等。
環境巖土工程研究的內容大致可以分為三類：
(1)環境工程。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境問題。
(2)環境衛生工程。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境的影響；深基坑開挖時，降水和邊坡位移等。
3.環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,而地球對于宇宙來講是一個子系統,它的變化受其他子系統的影響,它們之間有物質和能量的交換,是一個開放的系統;
(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發展戰略,而不能盲目地掠奪式地利用,以防止對環境造成不利的影響;
(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,所有的環境巖土工程問題是可以解決的,但它依賴于人們環境意識的提高,巖土工程技術的進步和法制建設的健全。
3.2研究方法
環境巖土工程是一個系統工程。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境,使其更符合人類的生存需求。
4.環境巖土工程與相關學科的關系
與環境巖土工程相關的學科有:工程地質學、巖土力學、巖土工程學、地質工程、環境工程地質學。
工程地質學的基礎理論是地質學,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成因和演化過程決定地質體的工程特性,相應地在研究方法上就是從地質體局部特性的研究,探索地質體在生成時的地質環境以及形成地質體的地質作用和演化過程,從而在整體上認識和把握地質體的組成和結構以及發育規律,并進一步探討和預測它在工程建筑物作用下的表現和工程行為。
工程地質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展中不斷吸收工程學科的理論、概念和方法,并和地質學結合起來。所謂綜合性是指工程地質學的目標是解決問題,它是借助于地質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雖然對巖土的地質認識是建立巖土力學模型和本構關系的重要基礎,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構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,需要更多地質學科的支持,或者說更需要與地質學科的結合。
5.環境巖土工程的研究現狀
20世紀50-60年代公害事件的顯現，人們不斷探索，反思，并已取得了基本的共識。目前國外對環境巖土工程的研究主要集中于垃圾土、污染土的性質、理論與控制等方面，而國內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境問題。第二類是人類的生活、生產和工程活動與環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、工業生產中的廢水、廢液、廢渣等有毒有害廢棄物對生態環境的危害；工程建設活動如打樁、強夯、基坑開挖、盾構施工對周圍環境的影響；過量抽汲地下水引起的地面沉降等等。有關這方面的問題，統稱為小環境問題。
6.環境巖土工程的發展展望
20世紀90年代后，我國進入了大規模工程建設時期。從沿海地區開始，逐步向內陸擴展，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境巖土工程不斷提出新的挑戰。同時，自然環境的變化，地震、洪澇災害的頻頻發生，溫室效應的加劇，水土流失，土壤退化等大環境問題，也引發了一系列新的環境巖土工程問題。相對發達國家來說，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，基于可持續發展要求，我們面臨嚴峻的環境保護與治理工作。在環境巖土工程問題上，未來幾年應重點研究并解決下面幾個問題。其中，西部問題，包括生態環境建設與保護區域穩定性與地下工程。東部問題，包括大城市地面變形不穩定性、懸河化水資源、水環境等。在一些應用方面還急需解決的問題如下：衛生填埋場的設計問題;大規模工程建設的區域環境巖土工程問題評估;城市施工影響環境巖土工程問題;巖土工程手段在環境的治理中的應用等。
參考文獻：
[1]繆林昌劉松玉環境巖土工程學概論北京:中國建材工業出版社2005
[2]方江華等對環境巖土工程幾個問題的探討巖土力學2005年第4期
土以碎散的顆粒為骨架，由固、液、氣三相物質組成；在其由巖石風化的生成、搬運和沉積過程中幾經滄桑，形成了不同于其他材料的復雜的力學性質，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、全面反映各種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。
在計算機和計算技術基礎上發展起來的，以有限元為代表的數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。其計算結果與光彈試驗結果毫厘不差，結果光彈試驗很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數值計算中首先被假設為連續體，然后被離散化，假設各單元間的結點位移協調，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產品（如谷類）和工業零件（如滾珠）時是相當成功的。以至被稱為“數值試驗”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果。
在我國每年發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、計算程序和技術手段，常常伴以試驗或者實測數據的驗證，其結果也常常是“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實例。其結果是保密的，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、基本試驗的數據（為確定有關參數）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）。全部預測結果上交以后，公布試驗結果。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。這是一種客觀、公正和有權威性的檢查比較方式。也是推動巖土工程發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。試驗內容包括：
(1)b＝不同常數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，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也有很大不同：空心圓柱試樣發生頸縮；立方體試樣產生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。模型地基的孔隙比規定為e=0.66(相對密度Dr=86％)，規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場載荷試驗，以便與模型試驗結果對比。
這三家使出了渾身解數，精心制樣、安裝、運轉和量測，反復摸索，反復校驗，校正各種參數和影響因素。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。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—劍橋大學試驗結果）所示。而由于模型地基是先制樣，后運轉，保證地基內砂土處處均勻，孔隙比誤差在0.01范圍內是有較大難度的。
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。其結果也不樂觀。比如，由靜載試驗為340kN的一根樁，各家給出的結果分布在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。地質條件及堤身土料和質量千差萬別，隱患很多。1998年洪水期間發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。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。檢測結果聘請有關專家評審，打分。圖4（堤防隱患的檢測結果評分）所給的分數只是相對的。組織者對于測試結果是不滿意的。參賽者各自對其結果的誤差的原因進行了解釋。針對這種結果，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合各地具體情況和長期的抗洪防汛經驗，因地制宜，積累資料和經驗，合理判釋，儀器才會發揮作用。很難想象，可以身背“傻瓜機”，走遍天下都會靈驗。
土的本構關系的檢驗
80年代以來，關于土的本構關系的“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=常數的三軸試驗，
b＝常數的真三軸試驗
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和基本試驗的結果公開提供。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個本構模型。從給出的結果看，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，對于其循環加載和超固結性狀很難預測，只有少數模型參加了預測。結果表明，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模型戴上王冠”。這也是符合當前的土力學理論發展的現狀的。
1982年在法國召開了“土的本構關系國際研討會”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果用理論模型進行預測。共有世界各國的32個土的本構模型參賽。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)
會議將預測結果與試驗結果比較，按四個單項評分。評分的標準見圖5（本結構模型預測的評分標準）。規定了上下限，按統計方法打分。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有的關于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20多個，甚至40多個常數，結果仍然不另人滿意。
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的發展，土工數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。這種表現上的簡單、快捷和“精確”，常使青年巖土工作者產生誤解，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驗的重要意義。
加筋土的計算是巖土數值計算中很有代表性的課題。它涉及到土的本構模型，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。目前已經有較多的計算程序和經驗。1991年在美國的科羅拉多大學，由美國聯邦公路局資助，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果。征求世界各國同行們進行數值計算，預算試驗觀測結果。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果表明，在此荷載下擋土墻早就破壞。只有少數計算的誤差在30％以內。
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，進行數值計算。是一種“盲測”。
B離心試驗完成以后，但不公布試驗結果。但向計算者提供試驗的較為詳細的條件和細節。
C公布試驗結果，讓“考生”用自己的數值計算進行計算，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，計算結果明顯改善。
結論與討論
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。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，熟悉當地的情況，積累經驗，對理論和參數進行合理修正；在工程中不斷觀測和積累數據，在其基礎上合理選取參數，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）
現階段，我國巖土工程勘測的現狀不容樂觀，一方面，巖土勘測工作與設計工作出現分離，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，還時常出現錯誤，同時，巖土設計人員也沒有對當地的實際情況進行細致的調查，數據的收集不完善，造成設計圖紙中的參數不適用于實際操作，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的內容，最近幾年，我國各個地區經常有地質勘探人員遭遇危險的報道，這都是由于沒有實現做好準備工作，勘測過于隨意，嚴重影響巖土勘測工作的質量。
2巖土工程勘測中存在的問題
2.1勘測技術落后現階段，我國在巖土勘測技術的先進性方面與西方發達國家相比仍然存在一些差距，因此，在勘測數據的準確性與勘測工作的質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的勘測手段，很少引進新的機器設備及優質的勘測人員，這樣新的技術就無法發揮其應有的功能[1]。
2.2勘測環節不規范巖土勘測工作應當有明確的操作步驟和技術規范，然而，我國的勘測企業由于缺乏管理及員工的素質較低，導致勘測環節無法規范的進行，要知道，巖土的勘測存在一定的危險性，如果一旦出現操作的失誤就會給勘測人員的生命財產安全造成嚴重的威脅，同時，勘測市場的秩序也非?；靵y，很多人員都是依據以往的經驗來填寫勘測報告，這樣會使得數據誤差非常大，也滋生了一些不法商販謀取利益的途徑。
2.3勘測人員專業素質不高我國現階段的巖土勘測人員有一少部分是勘測多年的經驗豐富的技術人員，但是仍然有很多專業素質不高的勘測人員，這些人大多缺少專業的技能培訓，對一些新的勘測儀器和勘測技術不甚了解，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常發生危險與錯誤的勘測結果，這嚴重制約著我國勘測事業的發展，與此同時，一些勘測企業為了節約成本，雇傭一些廉價的農民工作為勞動力，這些人不僅缺少相關的專業知識，更沒有認真負責巖土勘測作業。
2.4主管部門管理不到位巖土勘測工作的管理也是確?？睖y質量的重要一環，但是我國地質勘測工作的入行門檻卻很低，一些外行的從業人員也可以進行相應的勘測工作，然而，隨著科學技術的發展，一些先進的技術理念被引入進來，如果勘測企業不加強管理，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對原始的勘測數據進行認真的審核，只是通過簡單的記錄確定檢測質量報告，這樣是對巖土勘測工作極不負責的現象，更不能很好的管理企業的經營理念，對勘測企業經濟效益和社會效益的取得都產生了嚴重的阻礙[2]。
3優化巖土工程勘測工作的建議
3.1采用先進的勘測技術巖土工程的勘測涉及到多個學科的專業知識，隨著我國科學技術的不斷創新，應當將先進的勘測技術應用到巖土工程的勘測中來，例如工程物力專業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，提升勘測數據的準確性，一些經濟不發達的地區仍然使用傳統的勘測技術，因此，地質勘測企業最好能夠實現電子化的辦公，讓更多的勘測數據通過計算機網絡實現整合與分析，從而極大提升勘測的效率，尤其是對一些復雜的數據處理，可見，只有不斷的創新和使用先進的勘測技術才能夠促進我國勘測事業的進步。
3.2增強勘測規范性巖土工程的勘測還需要規范的操作步驟，每一個操作環節都是相輔相成的，只有認真的做好每一個勘測環節，才能夠確保最終檢測結果的準確，與此同時，國家應當出臺相應的管理制度來規范勘測市場的操作行為，對一些不符合規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勘測事業，對于勘測報告的檢察也要設立專門的監測機構，從而制止一些以假亂真、謀取個人財產的行為。另一方面，通過規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驗填寫檢測報告，每一個勘測數據都有其相應的功能，只有規范操作才能實現其真正的價值。
3.3提高勘測人員專業技能任何先進設備的使用和創新技術的應用都需要高素質、高水平的專業人員，而巖土工程的勘測更是如此，我國現在急需一大批優秀的地質勘探人才，不僅能夠數量的掌握各種勘測技術，還具備較高的職業道德及綜合素質，因此，我國應加大力度培養和提升勘測人員的專業技能，可以在各大高校開展地質勘測相關專業，教育學生將勘測理論與實踐相結合，確?？睖y數據的準確性，從而提高巖土工程的勘測質量。與此同時，勘測人員的專業素質和技能水平直接關乎我國勘測事業未來的發展，無論從眼前的利益來看還是著眼于未來，提升地質勘測人員的技能水準是至關重要的，勘測企業不僅要聘用綜合型技術人才，還要定期開展從業人員技能培訓，將先進的理念和經驗教授新人，同時采用嚴格的獎懲制度和責任制度來激發勘測人員的工作熱情，不斷進取，從而促進我國地質勘測事業的進步[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，也就是每個地區的主管部門都要對自己做負責的區域予以嚴格的管理，并建立健全地質勘測工作的規章制度，根據自己地區的特點制定相應的法規，確保巖土工程勘測不會受到區域因素的影響，對于一些經濟欠發達的地區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的環境干擾因素事先采取恰當的解決對策，對巖土工程勘測的治理與管理負起責任。
4結束語
土以碎散的顆粒為骨架，由固、液、氣三相物質組成；在其由巖石風化的生成、搬運和沉積過程中幾經滄桑，形成了不同于其他材料的復雜的力學性質，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、全面反映各種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。
在計算機和計算技術基礎上發展起來的，以有限元為代表的數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。其計算結果與光彈試驗結果毫厘不差，結果光彈試驗很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數值計算中首先被假設為連續體，然后被離散化，假設各單元間的結點位移協調，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產品（如谷類）和工業零件（如滾珠）時是相當成功的。以至被稱為“數值試驗”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果。
在我國每年發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、計算程序和技術手段，常常伴以試驗或者實測數據的驗證，其結果也常常是“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實例。其結果是保密的，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、基本試驗的數據（為確定有關參數）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）。全部預測結果上交以后，公布試驗結果。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。這是一種客觀、公正和有權威性的檢查比較方式。也是推動巖土工程發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。試驗內容包括：
(1)b＝不同常數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，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也有很大不同：空心圓柱試樣發生頸縮；立方體試樣產生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。模型地基的孔隙比規定為e=0.66(相對密度Dr=86％)，規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場載荷試驗，以便與模型試驗結果對比。
這三家使出了渾身解數，精心制樣、安裝、運轉和量測，反復摸索，反復校驗，校正各種參數和影響因素。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。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—劍橋大學試驗結果）所示。而由于模型地基是先制樣，后運轉，保證地基內砂土處處均勻，孔隙比誤差在0.01范圍內是有較大難度的。
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。其結果也不樂觀。比如，由靜載試驗為340kN的一根樁，各家給出的結果分布在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。地質條件及堤身土料和質量千差萬別，隱患很多。1998年洪水期間發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。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。檢測結果聘請有關專家評審，打分。圖4（堤防隱患的檢測結果評分）所給的分數只是相對的。組織者對于測試結果是不滿意的。參賽者各自對其結果的誤差的原因進行了解釋。針對這種結果，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合各地具體情況和長期的抗洪防汛經驗，因地制宜，積累資料和經驗，合理判釋，儀器才會發揮作用。很難想象，可以身背“傻瓜機”，走遍天下都會靈驗。
土的本構關系的檢驗
80年代以來，關于土的本構關系的“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=常數的三軸試驗，
b＝常數的真三軸試驗
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和基本試驗的結果公開提供。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個本構模型。從給出的結果看，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，對于其循環加載和超固結性狀很難預測，只有少數模型參加了預測。結果表明，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模型戴上王冠”。這也是符合當前的土力學理論發展的現狀的。
1982年在法國召開了“土的本構關系國際研討會”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果用理論模型進行預測。共有世界各國的32個土的本構模型參賽。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)
會議將預測結果與試驗結果比較，按四個單項評分。評分的標準見圖5（本結構模型預測的評分標準）。規定了上下限，按統計方法打分。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有的關于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20多個，甚至40多個常數，結果仍然不另人滿意。
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的發展，土工數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。這種表現上的簡單、快捷和“精確”，常使青年巖土工作者產生誤解，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驗的重要意義。
加筋土的計算是巖土數值計算中很有代表性的課題。它涉及到土的本構模型，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。目前已經有較多的計算程序和經驗。1991年在美國的科羅拉多大學，由美國聯邦公路局資助，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果。征求世界各國同行們進行數值計算，預算試驗觀測結果。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果表明，在此荷載下擋土墻早就破壞。只有少數計算的誤差在30％以內。
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，進行數值計算。是一種“盲測”。
B離心試驗完成以后，但不公布試驗結果。但向計算者提供試驗的較為詳細的條件和細節。
C公布試驗結果，讓“考生”用自己的數值計算進行計算，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，計算結果明顯改善。
結論與討論
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。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，熟悉當地的情況，積累經驗，對理論和參數進行合理修正；在工程中不斷觀測和積累數據，在其基礎上合理選取參數，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展方向。
參考文獻
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④盛崇文，從樁的測法談起。地基處理，1996，7（3）
該區屬丘陵~低山溶蝕峰叢地貌，場地內總體地勢為北東高南西低，測區內多有第四系土層覆蓋，四周植被較為茂密，現經施工平場后，場地變得較為平坦，由地表地質現象顯示，測區內巖性多樣，且有一斷層通過場地，該斷層平面走向北西~南東向，在斷層兩側巖層產狀變化較大，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，主要分布于測區大部地段。②二疊系中統吳家坪組（P2w）：巖性主要為石灰巖夾硅質巖、鈣質砂巖夾雜色泥巖、碳質泥巖。在水平方向上石灰巖、碳質泥巖、鈣質砂巖呈互層狀產出的組合關系。因受次級構造的影響，基巖破碎，節理裂隙發育，風化強烈。石灰巖、鈣質砂巖及碳質泥巖，據其風化狀態分為強風化-中風化，現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）強風化碳質泥巖（P2w）：褐色，泥質結構，含碳質、鋁土質、鐵錳質，受次級構造的影響，產狀凌亂，該層在場地內風化強烈，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）強風化石灰巖（P2w）：灰黑色，薄至中厚層狀，含硅質，主要分布于擬建場地南西側，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）中風化碳質泥巖（P2w）：灰黑色，泥質結構，含碳質團塊，節理裂隙發育，受構造及產狀影響埋深變化大，節理裂隙發育，巖體較破碎，屬較破碎軟巖。（4）中風化石灰巖（P2w）：灰色、深灰色，薄至中厚層狀，泥晶結構，含硅質，節理裂隙發育，巖芯呈柱狀、短柱狀，少量塊狀。
2場地水文地質條件
據地表地質調查及鉆探探查，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、石灰巖，為含水性較好的巖層，其發育的節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，多處發現巖溶和裂隙，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，對鉆探發現的巖溶現象進一步詳查。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，經過數據處理，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。
4工程物探的基本原理及有關參數
4.1高密度電法：電法勘探是研究地層電學性質及電場、電磁場變化規律，根據研究地質對象的電性差異，通過儀器測量電場情況，進而研究電場的分布規律，以了解地下構筑物或地質體的狀況，從而達到勘探目的。本次勘察，使用重慶地質儀器廠生產的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存在物性差異，常表現為電、磁、彈性波速等物性參數的異常。本次勘探目的主要是初步查明場區布設測線范圍內隱伏的不明巖溶構造，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等異常。本次高密度電法測試采用的物性參數為視電阻率值，通過對場區巖石和部分異常體的電性測試，結合貴陽地區同類型場地電性參數綜合歸納本場區巖土電性特性。
5結論和建議
5.1測區內巖體多以泥巖、砂巖、頁巖等中~軟質類為主，局部地段，分布有石灰巖等相對堅硬的巖體。
5.2測區內，土層厚度多在2~15m左右，其厚度變化較大，其中：在測區南部，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。
摘要：巖土工程學是土木工程的分支，是運用工程地質學、土力學、巖石力學解決各類工程中關于巖石、土的工程技術問題的科學?，F代的巖土工程研究重視地質過程機制分析、強調巖土與工程相結合，定性分析與定量評價相結合，傳統與現代的統一。在系統分析中，從“宏觀”到“微觀”，又從“微觀”拓展到“宏觀”進行概化，以指導實踐，從而產生巖土工程的新思維與新方法。
關鍵詞：巖土工程；測試；分析；不確定問題
巖土工程研究的對象是巖體和土體。巖體在其形成和存在的整個地質歷史過程中，經受了各種復雜的地質作用，因而有著復雜的結構和地應力場環境。而不同地區的不同類型的巖體，由于經歷的地質作用過程不同，其工程性質往往具有很大的差別。巖石出露地表后，經過風化作用而形成土，它們或留存在原地，或經過風、水及冰川的剝蝕和搬運作用在異地沉積形成土層。在各地質時期各地區的風化環境、搬運和沉積的動力學條件均存在差異性，因此土體不僅工程性質復雜而且其性質的區域性和個性很強。
1測試技術
1.1原位測試技術
隨著巖土工程的興起，原位測試設備和技術不斷發展和更新。在土基方面，除了靜力觸探、圓錐動力觸探、標準貫入試驗等外，深基靜載、高壓旁壓、自鉆旁壓儀等在較大深度以下測定地基巖土體承載力、變形參數成為當今原位測試的主要方向。高精度壓力傳感器和位移傳感器的引入，使測試儀器的性能有了較好的改善。由于應用計算機技術對數據、圖形、信息采集、分析判別完全程序化、規范化，因而達到高效、準確的目的。在巖基方面，巖體現場變形、抗剪、應力測試繼續廣泛應用，并向小型化、自動化控制方向發展，但總的來講，這方面的試驗仍然耗資大，時間長。
1.2物探測試技術
物探技術在巖土工程中的應用十分普遍，新技術也層出不窮。主要有層析成像（CT）技術、電磁波透視、淺層地震、地質雷達、聲納剖面、瞬變電磁法等。應當指出，層析成像（CT）技術近年來發展很快，CT技術包括地震波層析成像和電磁波、聲波層析成像兩種，這種方法具有很高的分辨率。
1.3巖體結構面網絡模擬技術
巖體是一種不連續介質，巖體發育的各種不同成因的結構面分布極為復雜。人們在工程現場選擇有代表性地段，實地量測各類結構面（斷層、裂隙、層面）的幾何參數（走向、傾斜、傾角、隙寬、間距等），然后輸入計算機，進行統計模擬?？蓱妹商乜宸椒ò匆阎母怕拭芏群瘮党闃?，從而得出與實際分布函數相似的人工隨機變量，據此進行特征計算和分布類型檢驗。所有結構面結合起來即構成了巖體結構面網絡圖像，全部過程由計算機完成。
由于結構面網絡反映了巖體的介質特性，所以這一技術有廣泛的用途?？梢灾苯佑嬎憬Y構面連通率、巖石質量RQD值、損傷張量、分形維數和滲透張量等，以用于邊坡和壩基的穩定分析。近年來又發展了隨機不連續面三維網絡計算機模擬新技術，以求取不連續面三維空間基本參數。
2分析方法
2.1數值分析
在巖土力學的數值分析中，有限元法、邊界元法仍然是主要方法，但已向隨機有限元、模糊有限元方向發展。近年來又出現了神經元網絡技術用于巖石力學，神經元網絡是80年代后期迅速發展起來的人工智能的一個分支。它是在現代神經科學研究的基礎上提出來的反映人類腦動能的一種模型。它由樹突、軸突和突觸組成。如已知若干組輸入數據，亦已知其最終輸出結果，利用機器學習來調整各單元之間的權值，使之能最佳適應已知諸例的結論。神經元網絡用于預測巖石力學特性的最大優點是，可以把有關地質因素，即便是描述性因素也可以做為變量輸入，但其輸出結果離散性較小，其用法與回歸分析和經驗公式類似，但程序不同。
以極限平衡法進行邊坡穩定分析有新的進展，主要是把滑動的二維問題變為三維問題，考慮每一條塊的測向壓力、地下水動、靜壓力及地震力的作用。另外，也有人從整體邊坡破壞機理入手，直接求出邊坡安全系數，省去了試求或優化滑動面的過程，較好地解決了復雜邊坡的穩定分析問題。
2.2本構模型研究
在經典土力學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力，而穩定分析則將土體視為剛塑性體，采用極限平衡法分析。但實際工程土的應力—應變關系是很復雜的，具有非線性、彈性、塑性、粘性、剪脹性、各向異性等等，同時，應力路徑、強度發揮度、以及巖土的狀態、組成、結構、溫度等均對其有影響。
開展巖土的本構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力應變特性的理論模型。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、內時模型和損傷模型，以及結構性模型等。它們應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。工程實用模型應是為某地區巖土、某類巖土工程問題建立的本構模型，它應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，可以獲得工程建設所需精度的滿意的分析結果。
在以往本構模型研究中不少學者只重視本構方程的建立，而不重視模型參數測定和選用研究，也不重視本構模型的驗證工作。在以后的研究別要重視模型參數測定和選用，重視本構模型驗證以及推廣應用研究。只有這樣，才能更好為工程建設服務。
2.3巖土工程的不確定性問題
巖土體是一種變異性很大的工程材料或工程介質。因此，很難用確定的量來描述巖土體的各種性質。巖土工程中的不確定性主要來自下列3個方面：（1）巖土體本身固有的不均勻性——巖體從建造到改造的過程中，由于物質分異、構造作用、斷層裂隙的生成所引起；（2）勘察取樣和參數估計的隨機性——邊界條件不準、測試技術誤差及取樣數量不足所引起；（3）模型誤差導致的不確定性——物理力學模型和計算方法的不準確或多解性所引起。
巖土工程的不確定性導致了當前巖土體測試技術的精密性、確定性和巖土體性狀宏觀判斷的模糊性、隨機性之間產生極大的矛盾，使人們對傳統的定值法設計得出的安全系數能否表達工程的真實安全度產生了凝問，這就是目前巖土分析與評價難以滿足工程要求的主要原因。
當前，應用于巖土體不確定性分析的理論主要有概率論、模糊論、灰色系統理論及分數維理論（分形幾何）等。
概率理論是處理巖土體不確性問題的一個有效工具，它可以指導隨機參數的取樣和試驗設計，建立巖體工程概率模型和計算破壞概率，可以評價工程的可靠性和風險度，進行優化設計和決策。
模糊理論在巖土工程中的應用已較普遍，它用隸屬函數代替確定論中非此即彼的特征函數來描述那些邊界不清的過渡性問題。模糊模式識別和綜合評判理論對那些受多因素影響的問題，如巖體環境評價、巖體分類、強度預報等顯示出廣闊的應用前景。
灰色系統理論研究事物的“灰度”、“灰數”、“灰關系”等特征，在社會科學和自然科學的各個領域得到了廣泛的應用。在巖土工程中，可應用灰色系統理論進行巖體分類，采用灰色建模進行滑坡發生時間的預報和地下水位預報；利用灰關聯度分析原理確定影響巖土工程穩定性的主次關系等。
1．1不規范的招投標管理目前，我國巖土工程的招投標仍然存在甲方評標辦法的導向致使無序競爭，招標過程中弄虛作假，壓價超過了工程結構的成本價，承發包的價格不合理，比概算降低多、有嚴重的地區和行業保護主義等不良現象，這些不良現象導致了施工企業在施工項目實施過程中偷工減料，對日后整體工程質量造成了惡劣的影響。
1．2不高的巖土工程施工質量如今，巖土工程重特大安全事故頻發，主要是由于施工企業偷工減料，砌筑砂漿配合比設計不合理，磚砌體縱橫墻不同步砌筑，鋼筋成型綁扎不正確，鋼筋漏放或鋼筋長度不夠等一系列問題所造成的，巖土工程工程的施工質量已成為全社會各方普遍關注的焦點，這不僅影響到建筑物的正常使用，更加關系到人民生命財產的安全。
1．3不規范的合同管理目前，由于我國巖土工程施工企業存在企業缺少合同的規范管理，企業的合同管理人員法律意識淡薄這一嚴重的問題，再加之企業在利益的驅使下經常會接受一些制定的合同條件中存在“不平等條款”的合約，有時甚至在施工過程中，為了施工方便，臨時需要隨意修改合同條款，這就嚴重影響工程建設的市場秩序，增加了企業的法律風險，對于我國本來就不成熟的建筑市場來說，無疑是雪上加霜。
1．4設計質量與責任聯系不緊密ISO900質量體系管理中明確要求施工單位在巖土工程施工過程中，不管設計如何按要求變更，都不能調整III類設計變更。因為設計中存在的主地方要求增加的項目，地質鉆勘不準等主要的問題，是施工單位不可能通過經營管理來控制的引起的設計變更和增加，即使是施工單位事前將預測列入包干，如果施工單位一意孤行，則有可能導致在施工過程中出現拆東墻補西墻的情況，進而導致在以后的施工中的出現偷工減料的現象，為施工工程的質量埋下了隱患。
1．5面窄，素質較低的工程監理目前我國的工程監理現狀主要注重施工現場的質量監理和驗工計價的數量核準、簽認工作，并沒有從項目可研、設計、施工、交付的全過程多方位的對巖土工程施工進行監理，工程監理工作僅限于施工階段，工程監理的范圍狹隘，并沒有貫穿于整個巖土工程施工建設的始終，不能根據其發現的問題提出可行性的建議，施工單位隨意壓價，工程監理市場不規范，工程監理為了能夠得到項目而勉強接受，工程監理的積極性得不到充分的發揮。再加上有的監理公司的為了應付，東拼西湊找來個對規范、規則知之甚少，有“證”而沒有能力且無實際經驗的監理工程師來濫竽充數，承包商也往往將工程監理當作質檢員，工程監理在控制工程質量中的作用得不到發揮，這樣不僅造成了工程質量因監理不嚴而出問題，監理工作不能發揮作用，還使監理市場十分混亂，監理事業能不到良好的發展，從而工程不能保證順利的進行。
2施工管理的法制化、科學化的施工管理
2．1建立健全項目承包經濟責任制，加強對工程報建和施工許可的管理企業必須建立和完善以工程項目管理為基點的承包管理機制，這樣才能保證通過工程承包、目標分解到工程項目來實現企業自身要確保各項技術經濟指標的完成，履行施工企業與業主簽訂的工程合同條款中所規定的一些內容。企業可以根據工程項目特點，以項目經理為項目承包的主體，以多項管理復合指標作為考核指標，簽訂以確保工程質量為中心，對承包工程的安全、質量、成本、工期、及職工教育負責，即對工程項目的管理負全部責任為考核內容的項目承包經濟責任制。施工企業應該在招投標競爭中取得成功之后，以安全、成本、質量、工期、職工教育的綜合指標對項目經理進行考核，做到“考核嚴格、指標清楚、責任明確、利益掛鉤”，明確項目的安全目標、質量指標、工期指標，同時，按企業內部模擬市場價格綜合計算出工程項目的目標成本，實施標價分離。
2．2建立適應項目管理的運行機制在巖土工程施工的項目管理中堅持堅持項目管理層和作業層分離，是企業推行項目管理逐步形成內部勞動力有序流動的必要條件，這樣才能使項目管理班子相對穩定，施工隊伍按需進出，同時還需正確處理項目經理部、經營決策層和施工作業層的關系，項目經理部要抓好項目的具體實施，服從企業層的管理和監督;企業經營管理層要對項目管理實行全過程的調控和監督，強化服務意識;作業層為了形成機制靈活、適應性強、有競爭能力的新的企業組織形態，應該提高自身專業技術水平和管理能力。在正確處理好目經理部、經營決策層和施工作業層的關系后，企業為了防止出現管得太死不利于項目經理部主觀能動性的發揮，管得太松造成項目經理部權力過大的情況出現，另外，應該綜合考慮項目經理的素質、企業對項目控制能力等因素來決定授權范圍和內容。
3結語
