徐景超

摘要：近幾年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，我國多項工程都發(fā)展得風(fēng)生水起。第一點，巖土力學(xué)的發(fā)展較快，它對巖土的各項相關(guān)工程都有很好的指導(dǎo)作用，學(xué)好這一門學(xué)科的理論知識也是進(jìn)行巖土力學(xué)相關(guān)工程的基礎(chǔ)。第二點，地下工程分析結(jié)構(gòu)計算也很重要，它是各類工程都離不開的一門知識，對各種工程都起著關(guān)鍵作用。所以說，不管是巖土力學(xué)還是地下工程結(jié)構(gòu)分析計算，都對建筑起著很大的影響作用。本文將揭示巖土力學(xué)與地下工程結(jié)構(gòu)分析計算的重要性，并闡述其發(fā)展。

關(guān)鍵詞：巖土力學(xué)；地下工程結(jié)構(gòu)；分析計算

巖土力學(xué)研究方法一直在發(fā)展演變，地下工程結(jié)構(gòu)分析也是一直起著很重要的作用。巖土力學(xué)目前還存在著一些問題，例如在參數(shù)估計、模型辨識和巖土工程預(yù)測等方面巖土力學(xué)以及巖土工程還存在著一些不足。這些問題會阻礙巖土力學(xué)與地下工程結(jié)構(gòu)分析的進(jìn)一步地發(fā)展。所以根據(jù)巖土力學(xué)一直以來的發(fā)展演變，研究巖土力學(xué)與地下工程結(jié)構(gòu)分析計算等各方面的不足，這對巖土力學(xué)與地下工程結(jié)構(gòu)分析的未來發(fā)展有著很大的作用。

一、巖土力學(xué)研究方法的演變

巖土力學(xué)的研究方法經(jīng)過了很多演變和沿革，像最早的依賴經(jīng)驗進(jìn)行研究，后來的依據(jù)固體力學(xué)理論和經(jīng)典數(shù)學(xué)理論研究、有限單元研究法、隧道新奧法等研究方法。這些研究方法都是有各自的優(yōu)點和不足，并且一直在發(fā)展進(jìn)步。

1.依賴經(jīng)驗研究

早先研究巖土力學(xué)的主要任務(wù)是降低工程的各項費用和保證生產(chǎn)的安全，想要研究好巖土力學(xué)就要對地質(zhì)進(jìn)行各種勘探設(shè)計，但以前的科學(xué)技術(shù)還不夠發(fā)達(dá)，有加上巖土具有復(fù)雜性的特點，所以對巖土力學(xué)的研究不到位，人們大多是依賴以往的研究經(jīng)驗對巖土力學(xué)進(jìn)行研究。但經(jīng)驗具有很大的局限性，不是所有的地質(zhì)力學(xué)情況都可根據(jù)經(jīng)驗來研究，想要研究地質(zhì)力學(xué)，多半還是要靠科學(xué)依據(jù)。

2.依據(jù)固體力學(xué)理論和經(jīng)典數(shù)學(xué)理論研究

依據(jù)固體力學(xué)理論和經(jīng)典數(shù)學(xué)理論來研究地質(zhì)力學(xué)已有很久的歷史，但這一科學(xué)方法有時還是沒有受到人們重視。可能是固體力學(xué)理論和經(jīng)典數(shù)學(xué)理論的研究范圍有限，只能對簡單的邊值問題進(jìn)行解析計算，所以難以撼動經(jīng)驗的地位價值。

3.依據(jù)有限單元法研究

計算機(jī)的普及和發(fā)展使得有限單元法逐漸為人們所熟知并使用，后來大約到了20世紀(jì)70年代，有限單元法慢慢的便成了人們研究地質(zhì)巖土的最常用的一種方法。但隨著科學(xué)技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，人們也逐漸發(fā)現(xiàn)了有限單元法的一些局限性，它無法解決理論分析的可靠性很低這一大問題，所以有限單元法逐漸失去了它之前的優(yōu)勢。

4.依據(jù)隧道新奧法施工方法進(jìn)行研究

在19世紀(jì)的60年代，臘布西維茲提出了隧道新奧法這一施工方法。這一方法有很大的優(yōu)點，它可以對工程進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控并得到及時的反饋，從而將地質(zhì)巖土的動態(tài)變化展示出來。這一研究方法具有很大的優(yōu)點，也克服了先前那些研究方法的一些缺點，所以直到今天還有人在應(yīng)用這一研究方法。

二、巖土力學(xué)與地下工程結(jié)構(gòu)分析存在的逆問題

巖土力學(xué)存在逆問題，歸根結(jié)底，它也是進(jìn)行巖土力學(xué)分析的一種手段，而且是一種優(yōu)化的手段。

1.參數(shù)估計

在1976的時候，巖土勘測研討會在當(dāng)時的約翰內(nèi)斯堡舉辦，基爾斯坦在那時提出了關(guān)于參數(shù)辨識的相關(guān)理論。主要內(nèi)容包括多方面的辨識，比如對巖土的強(qiáng)度參數(shù)的重要識別，再就是彈性的模量和泊松之間的比例等。之后，20世紀(jì)的70到80年代這種理論可以說是發(fā)展到了鼎盛的時代，有很多的經(jīng)典文獻(xiàn)出版，國內(nèi)外許多相關(guān)人士也開始出沒。例如國內(nèi)的楊志法，還有楊林德發(fā)明了粘彈性問題的反分析法；國際上的知名人士有日本的新井和櫻井，意大利的喬達(dá)和邁爾等。參數(shù)反演還存在一些問題，也還有許多工作要做，它在巖土力學(xué)中一直發(fā)揮著重要的作用，今后還將繼續(xù)發(fā)揮更加廣大的作用。

2.模型辨識

不管是上面提到的參數(shù)辨識，還是接下來要講的模型辨識，都對巖土力學(xué)的發(fā)展起著很重要的作用，是巖土力學(xué)研究里面的兩個很重要的方面。人們所說的系統(tǒng)模型辨識，它主要來源于自動控制中的多種模型，而且如今在各個領(lǐng)域之中都可以看到它的身影，像涉及控制這樣的領(lǐng)域。近幾十年來，人們一直把巖土體本身的力學(xué)行為看作是單一的一種介質(zhì)，經(jīng)常運用經(jīng)典力學(xué)的方法去從正面分析它，后來隨著人們對它的認(rèn)識越來越深入，才發(fā)現(xiàn)弱面的巖土的結(jié)構(gòu)面從事實上可以說是深刻影響了巖土力學(xué)的行為，只有這樣人們之后思考問題才會更加全面細(xì)致。

3.巖土工程檢測

一開始，為正分析提供所謂的“正確輸入?yún)?shù)”是提出巖土力學(xué)分析問題的目的。巖土工程預(yù)測有利于獲得良好的參數(shù)辨識和模型辨識。這預(yù)測包括兩個方面：一是預(yù)測即將進(jìn)行施工的各類工程，這時的預(yù)測要有前瞻性；二是對正在施工的過程進(jìn)行預(yù)測，這時要注意進(jìn)行的是動態(tài)預(yù)測。

三、巖土力學(xué)與地下工程結(jié)構(gòu)分析計算的影響

巖土力學(xué)以及地下工程結(jié)構(gòu)分析一直是受人們關(guān)注的熱點，幾十年來，對于巖土力學(xué)的研究一直在演變與沿革，研究方法也是不斷地推陳出新，越來越精準(zhǔn)，對解決地質(zhì)問題更加有利。

1.巖土結(jié)構(gòu)對地下工程建設(shè)的影響

穩(wěn)固的巖土結(jié)構(gòu)有利于增強(qiáng)地下工程建設(shè)的穩(wěn)定性，施工人員在進(jìn)行施工前首先要對巖土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的分析和探討，這樣更加有利于工程建設(shè)，也是工程建設(shè)的一種保障。

2.穩(wěn)固的巖土結(jié)構(gòu)有利于隧道施工的穩(wěn)定性

隧道施工中經(jīng)常會有斷層，對斷層的處理會對隧道施工的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，在具體施工前，施工人員也應(yīng)對斷層面進(jìn)行全面綜合地分析和考察，利用相關(guān)公式計算它的各項優(yōu)勢指標(biāo)。例如時間優(yōu)勢指標(biāo)、斷層規(guī)模的優(yōu)勢指標(biāo)、斷層走向與隧道走向夾角的優(yōu)勢指標(biāo)等各方面，這些都是需要工程師高度重視。

三、結(jié)束語

當(dāng)下，各項工程都對我國社會的發(fā)展起著十分重要的作用，巖土力學(xué)與地下工程結(jié)構(gòu)分析也不例外。過去幾十年里，關(guān)于巖土力學(xué)的研究方法一直在演變發(fā)展，不斷改進(jìn)，使得現(xiàn)在的巖土力學(xué)研究這么成功。巖土力學(xué)與地下工程結(jié)構(gòu)分析存在很多逆問題，像參數(shù)辨識、模型辨識、巖土工程檢測等逆問題，這些問題也需要引起相關(guān)部門的高度重視。

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（作者單位：中鐵四局集團(tuán)第一工程有限公司）