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1、岩土工程初认识摘要：岩土工程是一门古老而又年轻的学科，岩土问题一直伴随着人类的发展，随着人类生存能力的增强，岩土的研究也更加深入，与此同时，他对人类的影响也愈加强烈。本文在查阅相关文献的基础之上，主要谈了以下几个问题：1）岩土工程的历史起源与发展。2）对岩土岩土基础理论的简单认知。3）国内外岩土工程的现状。4）岩土工程未来展望。以此来总结一下我对岩土工程的初步认识。1 岩土工程的起源与发展 岩土工程和土木工程都带有一个“土”字，所以初次接触岩土工程事我便感觉到，岩土工程与土木工程有着不可分割的关系。事实上岩土工程正隶属于土木工程的范畴，但他有着自己鲜明的特色。国家标准5岩土工程基本术语标准6
2、( GBT 50279- 98) 中说，岩土工程是指“土木工程中涉及岩石或土的利用、处理或改良的科学技术。”这一定义说明了, 岩土工程在学科归属上是土木工程( 学) 的一个分支，他的研究对象是岩石或土。“岩土工程”（Geotechnigue）一词，据俞调梅先生考证1，可能最早出现在法国科学家库伦的极大极小原理应用于建筑的费力学问题，即著名的土压力古典理论一文的末尾。我国20世纪5060年代曾将其译为“土工”或者“土工学”。1979年12月，我国岩土工程学报诞生，这极大的促进了“岩土工程”一词在我国工程界、学术界广泛应用。事实上，岩土工程可远远追溯到人类有历史之前而且应当说地球上一有人类, 就有
3、岩土工程活动。只不过岩土工程形成为一门专门学科, 至今尚不足100 年。有人认为,人类发展的历史交织着岩土工程发展的历史, 此言并不过分。有的学者认为，岩土工程的发展, 至今大致已经历了3个历史时期。进入21 世纪后, 随着土力学和岩土工程学科自身的发展以及影响岩土工程发展的世界科技诸领域急剧发展的新趋势, 可以预料, 不需要经过太长的时间, 它将进入其第四历史时期。2第一历史时期：此时期长达数十万年。也就是说, 岩土工程起始于人类依靠穴居或巢居以躲避洪水猛兽和风霜雨雪侵袭的时代, 包括其后原始人利用土、木、石等自然资源, 以谋求改善生存生活和生产条件的时代。此中人类的种种活动无不包含了( 或
4、有赖于) 岩土工程。而在其早期, 岩土工程活动以解决栖身之处( 居住) 和防治水患( 水利) 为首要目的。第二历史时期：此时期持续约160 年, 即自18 世纪60 年代起至20 世纪20年代中期或1925 年太沙基发表划时代的5土力学6名著之前。18 世纪60 年代欧洲英、法等国及北美相继发生工业革命, 19 世纪中、晚期俄、日等国陆续开始了工业革命, 即所谓第二次工业革命。它们极大地推动了世界各国生产力的发展, 使工场手工业渐渐向近代大工业机器生产发展。岩土工程施工随之由纯粹的手工操作、体力劳动, 发展为半机械化或局部机械化作业。尤其是此时陆上交通进入了铁路时代, 以及码头、水库等的兴建,
5、 都带来了一系列新的岩土工程技术问题, 促使人们开始进行理论探索与技术创新, 从而拉开了岩土工程学术研究的序幕。 第三历史时期此时期始于太沙基发表5土力学6 名著的1925 年, 至今已历70 余年。2.岩土工程理论基础认识 在徐老师的课堂上，我认识到岩土工程的理论基础主要分为：工程地质学、土力学、基础工程学、岩石力学。工程地质学的研究目的在于查明建设地区或建筑场地的工程地质条件，分析、预测和评价可能存在和发生的工程地质问题及其对建筑物和地质环境的影响和危害，提出防治不良地质现象的措施，为保证工程建设的合理规划以及建筑物的正确设计、顺利施工和正常使用，提供可靠的地质科学依据。由此可见，工程地质
6、学与建筑物是密不可分的，实际上，建筑物在设计之初就要进行地质勘探。工程地质学产生与人类工程活动经验的积累中，在工作岗位上，有些时候工程经验显得很重要。土力学（Soil mechanics）是研究土体在力的作用下的应力-应变或应力-应变-时间关系和强度的应用学科。在没有此学科之前，人们的建筑工程实践主要依靠建筑者的经验进行的，有些经验行之有效，但有些就造成了失败，比如比萨斜塔。但是由于土的性质是极其复杂的，所以即便是在多年的今天，土力学理论的发展依然苦难重重。基础工程学讲授常规浅基础、深基础及基坑支护结构的设计理论。在课堂上，我简要了解了一些简单的桩基础及地铁基坑支护技术。岩石力学主要研究岩石在
7、力的作用下的应力应变及稳定性情况。岩石力学的诞生是以解决岩石工程稳定性问题和研究岩石的破碎条件为目的而诞生的。其研究介质不仅非常复杂，而且存在许多力学性质不稳定性或不确定性因素，这就使得本学科独立的、完善的、系统的基础理论难以建立、岩石力学的发展始终引用和发展固体力学、土力学、工程地质学等学科的基本理论和研究成果，或者引用这些相关学科的研究成果来解决岩石工程中的问题，因此，偏重不同行业应用的岩石力学往往有不同的定义，迄今岩石力学也没有统一的定义。3.国内岩土工程现状我国岩土工程行业正处于一个关键时期，既有挑战又有机遇。当前的机遇和挑战可以归成三个方面：一是企业的转制与改革；二是专业的定位或者业
8、务的定位；三是把握技术的发展方向，发展企业的技术比较优势。目前，我国对于岩土工程学科的划分大致如下。1. 环境岩土工程学：自1986年召开第一届环境岩土工程国际学术讨论会以来，环境岩土工程学在全世界得到了广泛而迅速的发展。在环境岩土工程领域，现在一般认为主要有2个主要分支：地质环境工程和生态环境工程。环境岩土工程学主要是应用岩土工程的观点、技术和方法为治理和保护环境服务。2. 生态岩土工程学：在环境岩土工程学的基础上，产生了生态岩土工程学。生态岩土工程通常有3类问题：一是与地质、气候等自然环境有关的问题，如泥石流、沙漠、湿地，二是与人类自身健康有关的问题，如酸雨、核废料等，三是与人类文化有关的
9、问题，如考古等。这3类问题都对生态环境因素相当敏感，直接或间接地与环境岩土工程有关。3. 核岩土环境工程学：在环境岩土工程学的基础上，产生了核岩土环境工程学。由于核电利用的迅速增长，随之而来的大量核废料处理问题也越来越突出。其永久安全性及其对地质环境和生物圈的影响是人们十分关注和担忧的问题。核废料在分解过程中可改变其原来的形态和性质，很容易污染周围环境。为了有效控制这类废料，必须了解其放射性与自然环境的相互作用机理，特别是核废料一岩土一水体系的相互作用机理。4. 防灾减灾学：自然灾害的频发和严重性，催生了防灾减灾学的诞生和发展，1976年唐山大地震促进了我国地震工程学的发展。由于唐山地处平原，
10、砂土地震液化等现象得到人们的极大关注。汶川地震产生的地震灾害现象，还凸显出艰险山区复杂地形条件下地震波的传输特性、地震诱发的山地灾害、生命线工程对抢险救援功能的特殊要求等以前认识不足的一些新问题。5. 土动力学：地震灾害促进了土动力学这门学科的迅速发展。土动力学是研究地震、波浪及机器基础等动荷载作用下土体的动变形、动强度和稳定的一门学科。6. 智能岩土工程学：岩土工程的信息化是用计算机、通信、自动控制等信息汇集处理高新技术对传统岩土工程技术手段及施工方式进行改造与提升，促进岩土工程技术及施工手段不断完善，使其更加科学、合理，有效地提高效率，降低成本。从20 世纪80 年代以来, 我国的土木工程
11、建设得到了突飞猛进的发展, 相应地, 岩土工程的规模与范围也达到了空前的程度。21 世纪初期是我国实现社会主义现代化第三步战略目标的关键时期, 在此期间, 经济结构将进一步优化, 人口持续增长, 城市化水平可能更快地提高, 生态环境将面临严峻的考验和必须努力得到控制和改善。吸取国外发达国家的历史经验和教训, 我国岩土工程除了进行一般的岩土工程设计施工外, 也应当注意到环境岩土、岩土与生态环境、岩土与资源及岩土工程的可持续发展方面。近20 年来高速发展的土木工程建设, 大大促进了岩土工程的发展, 提高了我国岩土工程理论和实践的水平。但科学是永无止境的,该领域还存在一些亟待解决的问题。3比如我国岩
12、土工程技术标准的问题，从入世影响的角度分析, 我国已经建立了包括建设法律、建设行政法规、建设部门规章、地方性建设法规与规章、以及各类技术标准在内的建筑法规与技术标准体系。这些法律、法规、规章与标准, 很多方面与国际贸易组织的规则并不矛盾, 但差距也是明显的。比如4:( 1) 建设法规体系不健全, 技术标准的建立和执行无法可依或法律依据不足。建设法规健全性及建设法规! 技术标准的衔接方面, 尚有很多工作需要完成;( 2) 行政条块分割遗留的痕迹明显, 不同程度地存在法规与标准部门化倾向;( 3) 行政条块分割往往还造成建设项目或建设过程依据的技术法规和技术标准的连续性和稳定性差;( 4) 技术标
13、准与国际接轨差。上面这些问题, 往往不是法规或技术标准本身存在的问题。比如同一个建设项目在选址、勘察、设计、地震安全评估、地质灾害评价等方面, 分属不同行政部门管辖, 市场的准入也要通过多方面的批准,由此造成的诸多不符合国际惯例的问题, 并不是这里能够解决的。4岩土工程未来展望 当前, 以电子计算机技术、航天技术、信息技术为代表的一系列现代高新技术的兴起, 已引发了人类历史上前所未有的一场科技革命, 它的规模、深度和影响都将远远超过以往的工业革命和第二次工业革命; 它对社会生产力和世界经济的发展必将产生极大的推动作用, 并将极大地改变世界的面貌。就我国而言, 在新的世纪里将会出现史无前例和世无
14、前例的工程建设高潮, 大量的复杂的岩土工程问题都将急需研究攻克, 岩土工程的重要性必将更为突出。岩土工程学科必将出现新的突破。因此可以预料, 岩土工程学科将在21 世纪迅速实现由第三历史时期向第四历史时期的转变。 1测试技术的转变5岩土工程测试技术不仅在岩土工程建设实践中十分重要, 而且在岩土工程理论的形成和发展过程中也起着决定性的作用。理论分析、室内外测试和工程实践是岩土工程分析三个重要的方面。岩土工程中的许多理论是建立在试验基础上的, 如Terzaghi 的有效应力原理是建立在压缩试验中孔隙水压力的测试基础上的, Darcy 定律是建立在渗透试验基础上的, 剑桥模型是建立在正常固结粘土和微
15、超固结粘土压缩试验和等向三轴压缩试验基础上的。测试技术也是保证岩土工程设计的合理性和保证施工质量的重要手段。岩土工程测试技术一般分为室内试验技术、原位试验技术和现场监测技术等几个方面。在原位测试方面, 地基中的位移场、应力场测试, 地下结构表面的土压力测试, 地基土的强度特性及变形特性测试等方面将会成为研究的重点, 随着总体测试技术的进步, 这些传统的难点将会取得突破性进展。虚拟测试技术将会在岩土工程测试技术中得到较广泛的应用。及时有效地利用其他学科科学技术的成果, 将对推动岩土工程领域的测试技术发展起到越来越重要的作用, 如电子计算机技术、电子测量技术、光学测试技术、航测技术、电、磁场测试技
16、术、声波测试技术、遥感测试技术等方面的新的进展都有可能在岩土工程测试方面找到应用的结合点。测试结果的可靠性、可重复性方面将会得到很大的提高。由于整体科技水平的提高, 测试模式的改进及测试仪器精度的改善, 最终将导致岩土工程方面测试结果在可信度方面的大大改进。 2岩土工程问题计算机分析的转变5虽然岩土工程计算机分析在大多数情况下只能给出定性分析结果, 但岩土工程计算机分析对工程师决策是非常有意义的。开展岩土工程问题计算机分析研究是一个重要的研究方向。岩土工程问题计算机分析范围和领域很广, 随着计算机技术的发展, 计算分析领域还在不断扩大。除前面已经谈到的本构模型和不同介质间相互作用和共同分析外, 还包括各种数值计算方法, 土坡稳定分析, 极限数值方法和概率数值方法,专家系统、AutoCAD 技术和计算机仿真技术在岩土工程中
