岩土技术革新现况分析范文

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1.岩土工程的科学技术基础

1.1内涵

岩土工程的理论基础包括岩土力学与工程地质学，岩土工程技术体系的主要内容就是力学、地质学以及工程的密切结合。岩土工程是基于传统力学理论发展而来的，比如极限平衡、应力应变关系、渗透理论等等，并产生了土力学与岩石力学两门学科。不过大量工程实践证明仅靠单纯的力学计算可靠性并不高，一些复杂的实际问题无法得到根本解决。这是由于岩石材料、结构与其它材料相比存在差异，比如钢筋、混凝土的材质比较均匀，材料与结构均是工程师设计确定好的，有明确的计算条件，所以计算时基于力学基础所得的结果是可信的。但是岩土材料是复杂地质经过漫长历史作用的产物，无法随意选择，不具备可控性。所以要查明条件与测定相关参数，则要依靠地质科学对这些条件进行正确的认识与理解。

1.2技术支撑

岩土工程的技术支撑包括探测、软件以及施工技术。其中探测技术主要包括工程物探测、室内试验、质量检验、工程监测、原位测试以及钻探取样等等，不仅有繁多的种类，而且技术水平也在不断的发展、提高。从某种意义讲，探测技术是岩土工程的眼睛，是获取信息的重要手段，也是进行岩土工程分析的基础。而现在计算机科学技术不断发展，岩土工程的分析越来越需要计算机软件的辅助，一些稳定分析、渗流分析以及变形分析等，因为参数多变且条件复杂，简单的代数公式无法描述，所以要采用可以将岩土特性的本构关系反映出来的计算模型，把岩土与结构的协同作用同时考虑进来。最后，岩土工程的最终目的就是建造工程，因此施工技术也非常重要，比如排水与止水、挖土与钻井、制桩与注浆、锚固及土工合成材料的应用等等。提高施工技术水平不仅可以提高效率、保证质量，而且可以促进设计水平的提升。比如一些地基处理工法、桩基工程的创新等，均是先有施工技术，设计计算后续才跟进。

1.3岩土工程离不开科学理论的指导

处理问题时如果只凭借直观的经验而未深刻理解科学原理，可能会导致原则性或者概念性的错误，反之如果对科学原理有深刻理解则可以举一反三，透过现象看本质。对于岩土工程而言，常用的科学原理包括力学原理、岩土性质的基础概念、地下水的运动规律、岩土与结构的共同作用、地质演化规律、工程与环境的互相作用等等。比如有效应力原理，从材料力学中分离出一门土力学，其中有效应力原理功不可没。工程中很多地方都会应用到有效应力原理，比如强度计算、稳定计算的总应力法、有效应力法、地基土的固结沉降、桩的挤土效应等等。

2.岩土工程中用到的科学方法

2.1调查

所有的科学研究均始于数据的收集，岩土工程同样要先进行勘察。调查是一种科学方法，不仅要求其真实性，而且要强调其目的性，即调查活动要出于工程设计施工的需要。通常设计人员要亲自进行调查工作，设计、勘察是一体的，这样才能保证设计人员对现场条件的充分掌握，保证勘察工作与设计需求相符。不过我国由于体制问题岩土工程的勘察、设计是互相分离的，这也是制约我国岩土工程勘察设计发展的原因之一。此外，前期的勘察固然重要，后期检验与监测也属于数据收集、分析的范围，也是保证工程质量、安全的重要工作。

2.2实验

此处提出的实验并非普通的水工试验或者水质分析等，此处所谈的是更深意义上的科学实验。科学原理强调可重复性，即如果科学原理得到证明，无论在任何情况下只要条件相同均可发完全重复。科学工作的基本手段即为科学实验，而鉴别科学、伪科学的重要条件就是可重复性。比如一些地基处理技术在正式施工前要进行现场试验，其主要目的就是为了获取数据，并证实技术的适用性与可重复性。

2.3推理

科学推理包括两大类别，即演绎推理与归纳推理。其中演绎推理是从一般到特殊，欧几里德几何就是其中最典型的例子，它开始于几条最基本的公理，却推导出一系列的定理。力学计算的思维模式通常都是演绎推量，其以力学基本原理为基础，再结合具体条件，构建出对应的模型后进行求解，其所强调的是基于设定条件的定量计算。这一过程由于推导严密，因此只要条件相符且保证数据的正确性，就可以得出可信的结论。而归纳推理恰恰相反，其是由特殊到一般的过程，典型的例子就是地质学的创立。地质学通过大量的野外调查获取大量的信息，再对这些数据进行对比分析，总结出科学规律，推断地层的次序、地质历史时期的气候、岩浆活动等等内容，其是一个从粗到细、不断完善的过程。比较而言，两种推理方法各有优缺点，利用演绎推理要注意实际条件与计算条件的差异以及计算参数的可靠性。岩土工程有着条件不确知性以及参数不确定性的特点，无法完全查清地质条件，而且岩土参数有一定的离散性，再加上岩土体与结构复杂的互相作用，所以导致测试条件与工程实际的差异较大。尽管力学计算的发展很迅速，再辅助一些计算软件，但是计算结果和工程实际还是存在一些差别的，甚至会有很大差别。而以归纳推理为基础进行分析判断，则强调宏观把握，其对于数据的与综合能力的要求比较高，且定量化较差，甚至会受到地质、人为因素的局限。因此在实际岩土工程设计中要采用综合判断的方法，即将两种推理方法结合应用，辅以必要的工作，提高判断的合理性。

2.4验证

真理总是可以经得起检验的，而工程相关的科学理论更是要确凿无疑，其质量与安全才能得到保证。有些推断因为没有十足把握，所以更加需要验证。比如物探是根据仪器所检测的岩土体物性差异，来推断岩土体的分布，其属于间接勘探，因为多解性普遍存在，所以出现推断差错也不可避免，所以要进行验证。

3.岩土工程的新科技

3.1变形

岩土工程一个非常常见的问题即为变形，传统的变形问题是岩土的应力应变，其理论已经相当成熟，且总结了十分丰富的经验。随着人们对生态环境保护要求的不断提高，岩土工程也会涉及到一些新领域，产生一些新技术。比如垃圾填埋，其变形通常分为两部分，一是基于自重压力的压缩变形，其机理和岩土的应力应变大概相同；另一部分是垃圾中有机物降解导致的变形，其属于生物化学的范畴，这对于岩土工程师而言就是一个新问题。细菌作用于有机物后会把固体物质分解为气体与液体，再利用收集系统导出，填本就会发生沉降。填埋工艺决定了沉降的速度，比如好氧填埋的稳定速度比较快，而厌氧填埋的稳定时间就比较长。因为填埋体成分、压实程度、氧气供应、填埋厚度与次序等均有所不同，所以差异沉降无可避免，严重的话会破坏防渗膜以及封盖层。这种沉降分析存在较大难度，目前主要采用反分析法。

3.2渗透

传统的岩土工程对于渗透问题主要侧重于层状含水层以及强透水层的问题，其中透水层与隔水层有着比较明显的区别。不过应用于文物保护中传统的理论与方法适用性就不强，因为石窟文物保护中，研究的对象岩体处于包气带，地下水沿着网状、脉状以及诸多变化的岩石裂缝渗流，虽然数量不大但是带来的危害却很大。岩土工程的勘察主要是了解裂隙水的渗流通道，采用针对性的防治措施。再比如上述的垃圾填埋场，如果其所建的岩土体透水性较小，属于传统的不透水层，而在垃圾填埋场就要考虑到其渗滤液是否会渗透。针对这种情况现在还缺乏相应的实测数据，无法对污染物的运移规律数据进行实测，这也是环境岩土工程的核心问题之一。通常利用弥散理论解决地下水中溶质运移的问题。弥散理论所研究的是多孔介质中溶混物质的运移机理，其所描述的是溶混流体间彼此驱替的复杂现象。如果两种流体在多孔介质中接触，浓度高的物质一定会运移致浓度低的物质，界面会形成一个过渡混合带，该混合带会不断扩大，最终趋于均匀化，这种现象即为弥散现象。弥散包括纵向弥散与横向弥散，其呈现出非稳定性、不可逆性、随时间变化而变化的特点，造成弥散的原因多种多样，比如水流动、浓度梯度所造成的分子扩散；流体和介质发生的离子交换、化学与生物反应等作用；介质中存在不流动水以及介质流速的均匀性等，这些现象均会发生弥散，不过其中最主要的还是力学的对流弥散与分子浓充梯度导致的分子扩散。