浅谈岩土工程问题的不确定性探讨及应采取的对策

吴景涛 周晓梅 王中文

【摘 要】本文通过对土体由于其形成条件、形成历史以及试验条件等的差异性和现有理论模型的探讨，提出在土力学和岩土工程中逐步引进不确定性的理论方法是一个重要的发展方向和加强综合研究工作的重要性。

【关键词】岩土工程问题；不确定性；不确定性的理论方法

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层（岩层或土层）上，而我们在岩土施工中接触最多的是土层，因而我们将土层作为探讨的重点。土虽然是岩石风化后的产物，但具有一种区别于岩石的特性--散粒性，它一般是碎散的、不连续或部分连续的介质。性质十分复杂，具有极大的时空变异性。在岩土施工中其土层环境几乎不可能完全探知，边界条件和操作过程也对岩土工程有很大的影响，因而岩土工程问题具有很大的不确定性。这种不确定性包括互补率的破缺，即非此非彼的情况，是属于模糊判断的课题。另一种是因果率的破缺，亦即因果关系的不确定性，一因多果。是属于概率、数理统计和混沌学的范畴。所以对于这样一个复杂的对象和众多的影响因素，依靠纯理论和技术技巧预测往往不成功，而经验的判断是不可缺少的。

土以碎散的颗粒为骨架，由固、液、气三项物质组成，在其生成、搬运、和沉积过程中形成了复杂的力学性质，而不同时空条件下土的性状也各不相同。所以尽管已提出的土的本构关系理论数学模型不下百种，动用了传统力学和现代力学的各种理论和手段，但是到目前为止，还没有一种为人们所公认的，能够准确、全面反映土的应力、应变关系的数学模型。是否存在这样的模型也是值得怀疑的。

数学模型和数值计算预测的另一个难点是土的参数的选取，它受到取样（制样）和试验手段的限制。原状土在取样过程中不可避免地受到扰动和发生应力释放，会破坏其结构性。即使重塑土试样，制样的方式、器具和操作程序的差别也严重影响试验的结果。另一方面，目前使用的土工试验仪器也存在局限性。以真三轴为例，由于边界之间的干扰，试样的应力和应变的均匀是很难保证的。

在对地基和土工建筑物的探测方面，土层的时空变异及人类活动给勘探测试及其结果的判释造成困难。除此之外，岩土工程中复杂的边界条件和施工过程中的诸多因素也严重影响工程的实际结果。

八十年代以来国内外有关岩土工程问题进行了多次的竞赛及研讨活动，无论是相同仪器的相同试验，还是不同仪器的相同试验，其试验结果都不尽相同，存在着很大的差别。差别缘于操作方法和技巧及试样中的实际应力分布不同和试样中的边界条件不同。

1986年由欧洲共同体资助，发起"土工离心机的合作试验"参赛者有三家：英国的剑桥大学、法国的道桥中心研究室和丹麦的工程院。试验的内容是模拟饱和砂土地基上的圆形浅基础的承载力和荷载——沉降关系。试验土料统一为巴黎盆地天然沉积的一种均匀石英细砂。这三家精心制样、安装、运转和量测，反复摸索，反复效验，校正各种参数和影响因素。结果这种世界先进水平的的土工离心模型试验的误差在±30%以上。值得提出的是，这是一种条件非常简单明确的模型试验。而现场的工程实际情况的条件和影响因素

远比这复杂。在这个试验中，加载速率、模型地基砂的密度、制样方法和运行程序对试验结果都有影响。这些竞赛及研讨活动基本上反映了人们当前认识和描述土的应力应变的能力和水平。它表明，即使对于实验室制作的重塑土试样，其应力应变关系也是相当复杂的。现有的有关土的本构关系的数学模型的描述能力在精度和条件方面都是有限的。有的模型使用了二十多个，甚至四十多个常数，结果仍然不令人满意。

土的力学性质是非常复杂多变的，岩土工程问题具有很强的不确定性。目前我们的理论分析、数值计算和勘探试验还远不能精确定量地描述，反映和预测它们。对此应当有清醒的认识。

鉴于岩土物理力学性质的不确定性，为保证对土层的评价尽量与实际相符，各教育、科研、勘察和设计单位应开展如下工作：

①在土力学和岩土工程中逐步引进不确定性的理论评价岩土的工程性质。

②加强综合研究工作，详细分析和了解当地土的形成条件和历史，对各种试验资料进行整理分析，并对建筑物的使用情况进行调查，总结出符合本地实际情况岩土参数。

③对岩土评价不可采用单一方法，尽量采用各种方法，包括土的物理试验、力学试验、动力触探、静力触探和物探等手段，并找出各种方法之间存在的关系。

④在复杂的岩土工程中要遵循"理论导向，经验判断，精心观测，合理反算"的原则。正确有效的揭示土受力变形的基本规律，反映岩土工程中的影响因素及影响范围。