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1、特殊岩土试验分析与设计1、绪论课程标题的解构：特殊岩土、试验、分析、设计特殊岩土实验的含义：实验是研究特殊岩土的工具，应用各种实 验技术和方法，观察特殊岩土特性发展变化规律，为特殊岩土工程勘 察、设计、施工、维护提供理论基础和设计施工依据。研究方法：化学、物理、力学、数学、实验、实践、经验、理论实验类型：思维、理论、物理、数值、现场、虚拟实验分析的涵义：分析是解构研究对象的过程。解构实验对象、 解构实验原形、解构实验模型、挖掘实验信息。试验设计的涵义：设计是建构研究对象的过程。建构实验对象、 建构实验模型、建造实验模型。11特殊岩土实验意义特殊岩土问题的复杂性，特殊性边坡工程、洞室工程、地基工
2、程、基坑工程、堤坝工程、沟渠工 程等工程建设需要明确的工程参数、分类依据、定量评价，安全性与 经济性1.2课程主要研究内容第一部分：特殊岩土与工程：胀缩性、冻融性、湿陷性、软弱性、 分散性、崩解性、液化性、腐蚀性、边坡、洞室、地基、基坑第二部分：特殊岩土实验基本问题：实验对象、系统分析、相似 模型、参数测量、数据挖掘、实验设计；第三部分：特殊岩土实验分析：系统思想、岩土模型、工程模型、 系统组成、系统结构、相互作用、系统特性。第四部分：特殊岩土实验设计：思维实验、理论实验、物理模拟、数值模拟、现场实验、虚拟现实；第五部分：特殊岩土试验设计与课程交流报告1.3课程设计内容每个人按照试验设计要求撰
3、写试验设计报告，进行课堂交流。（1）特殊岩土特性交流报告结合具体工程实例，介绍特殊岩土主要工程地质问题、工程对策。 针对具体特殊岩土特性，如膨胀、收缩、冻胀、融沉、湿陷、软化、 崩解、溶蚀、腐蚀、液化、分散、软弱、非饱和、结构性等特殊性质。（2）系统理论思想课堂交流报告结合具体问题介绍系统思想，如系统论、信息论、控制论、突变 论、协同论、耗散论、超循环、混沌论、全息论、分形论、灰论、模 糊论、随机论等。（3）信息挖掘思想课堂交流报告结合具体数据挖掘方法应用实例，介绍数据挖掘思想。如回归、 随机、决策树、聚类、灰色、遗传、神经网络、模糊、小波、可拓论、 关联、粗糙集、可视化、概率、层次分析、时间
4、序列、可靠度。（4）相似理论课堂交流报告广泛阅读相似理论相关文献，撰写相似理论课堂交流报告。（5）特殊岩土特性试验设计交流报告在对特殊岩土具体特性（膨胀、收缩、湿陷等）分析基础上，根 据特殊岩土实验设计流程，分别设地论实验、物理实验、数值实验 研究特殊岩土特性变化规律。1.4教学组织形式教学、自学、讨论、课程设计。考试成绩包括平时交流报告（30%）、特殊岩土试验设计（20%）、心得体会（10%）、卷面成绩三部分（40%）。1.5必读书目（撰写5000字以上读书心得体会）科学技术哲学；工程哲学；科学革命的结构 岩土工程50讲；中国工程地质学；岩土工程的回顾与前瞻；工程地质分析原理； 工程岩土学；
5、地基与基础；理论土力学；计算土力学；试验土力学；高等土力学；土工实验手册；工程地质试验手册；工程地质手册；岩土工程手册；地基处理手册2、特殊岩土特性分析原理特殊岩土特性分析的目的是研究特殊岩土特性成因、影响因素、 特性参数、发生机理、工程问题，工程对策。特殊岩土基本问题：特殊岩土、特殊岩土特性、特殊岩土工程、 工程稳定性、工程生命周期、水、结构、力、有效应力原理、相互作 用、变形、破坏。2.1岩土的本质原子、晶体、矿物、岩块、岩体、地块、板块、地球2.2特殊岩土的特殊性特殊岩土是指对工程安全产生特殊影响的岩土体；“岩土体”是 经历一定地质过程，物质组成、结构构造，具有特殊性质，具有区域 性分布
6、特性与规律，宏观特征与微观特征；“工程”是边坡工程、 地下工程、地基工程；“安全”的含义是指工程稳定性、水稳定性、 化学稳定性、力学稳定性；“产生”的含义是指工程与岩土体之间的 相互作用；“特殊影响”是指由于赋存环境的变化，引起岩土体性 能发生变化和调整而产生的影响工程安全的问题，如腐蚀、湿陷、膨 胀等；“经济”是指工程与经济、安全与经济、技术与经济。典型的 特殊岩土有膨胀土、黄土、冻土、软土、盐渍土、软岩、填土、液化 土。岩土、水、力是影响工程安全的三个关键因素，特殊岩土各类工 程地质问题最终总要以变形、破坏两种形式表现出来，但变形、破坏 的过程和原因主要是力学稳定性、水稳定性、化学稳定性三
7、个方面较 为显著和突出。在点状工程、带状工程、面状工程等工程建设中主要 关注这些特性作用深度、作用程度、作用速度等问题。主要从这些特 性的现象、参数、机理、实践四个方面进行研究，而工程建设则是从 勘察、设计、施工、运营四个阶段关注特殊岩土对工程安全的影响。2.3晶格理论和晶体结构晶体和非晶体、化学键、晶体结构2.4粘土矿物简介颗粒大小分类蒙脱石、高岭石、伊犁石2.5岩土体结构的层次性宏观结构、体观结构、细观结构、微观结构结构的相似性、结构性能的相似性、分形结构2.6岩土体结构连接结构连接强度、结构面、稳定结构、亚稳结构、灵敏度、结构稳定性2.7水岩相互作用水在岩土中的存在状态、含水量、饱和与非
8、饱和、吸力、毛细力、 渗流、水稳定性、双电层、溶解、岩土工程化学、地球化学 2.8有效应力原理有效应力原理适用范围，连续材料与散体材料之间的过渡材料， 有效应力原理不适用于连续材料和散体材料、应力路径、有效应力、 孔隙水压力。2.9孔隙水压力孔隙水压力的本质，孔隙水压力消散、孔隙水压力测量、负孔隙 水压力2.10强度与变形强度本质，抗剪强度、变形与模量2.11岩土、水、力三因素协同作用岩土、水、力三因素协同作用原理，协同方程2.12必读书目（撰写5000字以上读书心得体会）岩土工程土性分析原理（米切尔）粘土类土和岩石强度和变形性质的本质（奥西波夫）特殊岩土工程土质学（谭罗荣）粘土矿物与粘土岩（
9、任磊夫、岩土工程化学（熊厚金）中国膨胀土工程地质研究（李生林）、膨胀土与铁路工程（廖世文）软土地基、软粘土工程学、中国湿陷性黄土（刘东生）盐渍土地基（徐攸在）冻土地基与工程建筑、分散性土与水利工程（王观平）红层与大坝（徐瑞春）黑色岩层的风化过程及其热力学分析（巫锡勇）土动力学、地震工程学；地震液化；3、特殊岩土工程分析原理工程分析的涵义：分析是解构研究对象的过程。解构特殊岩土工 程对象，探寻特殊岩土工程类型、成因、组成、结构构造、工程特点 的发展变化规律。特殊岩土工程分析的目的是研究特殊岩土工程中出现的各种工 程问题。3.1特殊岩土工程地质问题时空分布规律特殊岩土工程形态特征：点状工程、线状工
10、程、带状工程、面状 工程；边坡、地基、洞室。特殊岩土工程地质问题时空分布规律、季节性、周期性、区域性。3.2工程生命周期特殊岩土工程规划、勘察、设计、施工、运营、报废是一个完整 的工程生命周期，有输入、输入、新陈代谢、耗散结构特征，具有系 统特征。3.3工程稳定性区域稳定性、场地稳定性、力学稳定性、水稳定性、结构稳定性、 化学稳定性3.4工程与岩土相互作用工程活动、地质条件变化、工程地质系统、地质体、岩土体、工 程期、运营期；岩土体与结构物的连接、特殊岩土与防护结构物相互作用，支护 结构、地基处理结构、地基基础3.5勘察、设计、施工、运营不同工程阶段对岩土体的改造和破坏3.6边坡工程边坡类型、
11、边坡稳定性、岩土体结构、支护措施、边坡结构参数、 岩体结构3.7地基工程地基类型、地基承载力、地基沉降、地基处理、工程降水、基础 工程、基坑工程3.8洞室工程洞室结构、围岩、地应力、围岩分类、洞室稳定性、盾构、TBM、 岩体结构、地下水3.9堤坝工程堤坝结构、填料选择、填筑标准、渗流问题、地基问题、坡面防 护3.10沟渠工程南水北调、京杭运河，3.11安全性与经济性工程安全性原则和经济性原则3.12必读书目（撰写5000字以上读书心得体会）边坡工程；地下工程；地基工程；基坑工程；岩土工程；岩土工程勘察、设计、施工手册；地质工程学原理；岩石边坡工程；岩石地下工程；边坡工程地质；特殊岩土地基；地下
12、建筑工程地质；基础工程学；土工原理；隧道工程地质；4、特殊岩土实验分析原理试验分析的涵义：分析是解构研究对象的过程。解构实验对象、 解构实验原形、解构实验模型、挖掘实验信息。4.1实验分析目的实验的本质和工具性，实验服务于研究目的。实验是一种研究手段，可以严格控制实验对象的主要参数而不受 外界条件和自然条件的限制，有利于在复杂的实验过程中发现主要矛 盾，根据研究目的进行实验研究。4.2实验的基本类型4.2.1试验的基本类型思维实验、理论实验、物理实验、数值实验、现场实验、虚拟现 实、工程实践。物理实验、化学实验4.2.2试验分析的基本思路基本思路：原形-实验方法-实验模型-测试技术-实验数据-
13、实验 分析-成果应用。原形：是进行实验研究的对象；是实际存在的自然地质体或工程 地质体经过抽象而形成的简化模型，即地质原形或工程原形；是进行 实验的基础和前提。建立原形需要相关基础知识和原理的综合分析。 如边坡变形破坏类型、滑坡类型、崩解类型、地基变形破坏类型等经 过专家总结的典型类型，是原形的主要参考模版。实验方法：根据实际条件和研究需要，以及相似要求（物性相似 还是变化规律相似），选择进行实验需要的技术手段，如思维试验、 理论试验、物理实验、化学实验、数值实验、现场实验等等。实验模型：在原形的基础上，构建具体实验实体结构形式、实验 比例、实验材料、加工工艺、施工工艺等技术细节。测试技术：进
14、行试验需要得到的规律、参数的获取方法，如变形 测量、应力测量、物性参数测量技术等。实验数据：经过实验获得的大量实验变形、应力、含水量等参数 具体数值及其随时间的变化、变形破坏形式等。数据分析：根据实验原理、实验数据变化规律，应用多种方法， 进行分析、归纳、推导、演绎（数据挖掘）得出新的实验结论，并结 合实践成果进行检验和验证。成果应用：将获得的实验成果，应用到具体的工程实践，进行检 验，逐步完善和改进，指导工程实践。实践是检验真理的唯一标准。 否定之否定，螺旋式发展。4.3系统理论原理一个岩土实验模型可以看作是一个系统，具有系统的基本特征， 能量、信息、物质是系统的三要素，其基本思想是整体大于
15、部分之和， 系统各部分之间的相互联系、相互作用。首先应建立宏观指导微观， 微观解释宏观的系统思想，从整体上分析特殊岩土问题产生的系统特 点和发生规律，而不是束缚在具体的问题之中。特殊岩土协同学/突变论/耗散论/系统论/控制论/信息论/超循 环论/全息论/还原论/混沌论/分形论/灰论/模糊论/随机论；特殊地质（滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、地面沉降、采空区） 协同学/突变论/耗散论/系统论/控制论/信息论/超循环论/全息论/ 还原论/混沌论/分形论/灰论/模糊论/随机论。特殊岩土工程（边坡、地基、洞室）协同学/突变论/耗散论/系 统论/控制论/信息论/超循环论/全息论/还原论/混沌论/分形论/灰 论/模糊论/随机论。4.4相似理论实验是地质原性的近似模拟，因此，实验模型、理论模型的相似 性、相似原理是进行实验的基本指导理论。相似规律、相似比例、相 似材料等因素在设计中必须予以明确。即实验模型必须能还原到对应的地质模型，且有一定的相似性。模拟是指在实验室条件下，用缩小（放大、足尺）模型来进行现 象的研究。模型是与原型系统密切相关的近似系统，根据研究目的对 它进行观察和实验，可以深入挖掘原型系统的信息。相似方法是一种可
