◆周全華

(四川科技職工大學(xué))

一、引言

可拓學(xué)是用形式化模型研究事物拓展的可能性和開拓創(chuàng)新的規(guī)律與方法，并用于解決矛盾問題的科學(xué)。通俗地說，可拓學(xué)研究產(chǎn)生創(chuàng)意的理論和方法，成為生產(chǎn)創(chuàng)意的理論依據(jù)和方法來源。可拓學(xué)的研究對(duì)象是矛盾問題，基本理論是可拓論，方法體系是可拓方法，邏輯基礎(chǔ)是可拓邏輯，與各領(lǐng)域的交叉融合形成可拓工程。可拓論、可拓創(chuàng)新方法和可拓工程構(gòu)成了可拓學(xué)。目前，已形成初步的理論框架，并建立了在人工智能、計(jì)算機(jī)、管理、控制、檢測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用方法，廣泛的運(yùn)用到科學(xué)實(shí)踐分析中。

在自然界和現(xiàn)實(shí)生活中，事物是可以分成截然不同的兩大類:一類是確定性的現(xiàn)象;另一類是不確定性的現(xiàn)象。研究自然界中隨機(jī)現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)規(guī)律的數(shù)學(xué)方法，叫做概率統(tǒng)計(jì)，又稱數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。概率論——就是根據(jù)大量同類隨機(jī)現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)隨機(jī)現(xiàn)象出現(xiàn)某一結(jié)果的可能性作出一種客觀的科學(xué)判斷，對(duì)這種出現(xiàn)的可能性大小做出數(shù)量上的描述;比較這些可能性的大小、研究它們之間的聯(lián)系，從而形成一整套數(shù)學(xué)理論和方法。

近幾十年來，隨著科技的蓬勃發(fā)展，概率論大量應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及各學(xué)科領(lǐng)域。許多興起的應(yīng)用數(shù)學(xué)，如信息論、對(duì)策論、排隊(duì)論、控制論等，都是以概率論作為基礎(chǔ)的。概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)是一門隨機(jī)數(shù)學(xué)分支，它們是密切聯(lián)系的同類學(xué)科。但是應(yīng)該指出，概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、統(tǒng)計(jì)方法又都各有它們自己所包含的不同內(nèi)容。目前，隨著概率統(tǒng)計(jì)研究的發(fā)展，在工程建設(shè)和巖體測(cè)定中也得到了一定的運(yùn)用，本文從概率統(tǒng)計(jì)的視角著眼，就是對(duì)之前應(yīng)用研究的一個(gè)回顧。

二、邊坡巖體質(zhì)量分級(jí)的研究

1.邊坡巖體概述

根據(jù)巖體工程不同種類，可以對(duì)巖體進(jìn)行分類，其分類標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)地質(zhì)條件的不同以及巖體本身所具備的物理力學(xué)特性對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響來進(jìn)行劃分的，可以根據(jù)其穩(wěn)定程度，劃分為幾個(gè)不同類別，同時(shí)，將其作為標(biāo)準(zhǔn)來初步評(píng)價(jià)巖體穩(wěn)定性。工程巖體的性質(zhì)一般由巖體的完整程度以及堅(jiān)硬的程度來決定，并將其作為巖體基本質(zhì)量，其是巖體分級(jí)分類主要標(biāo)準(zhǔn)，是在對(duì)工程巖體受影響因素充分考慮的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步修正巖體基本質(zhì)量而提出的。在巖石力學(xué)的角度來看，對(duì)巖體的分類一般不僅僅局限在定量描述巖體質(zhì)量和結(jié)構(gòu)上，還需要對(duì)巖體穩(wěn)定性進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)，比如，在目前，國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用南非體系以及Q體系作為地下圍巖分類標(biāo)準(zhǔn)，并且可以直接將其分類評(píng)分成果作為評(píng)價(jià)穩(wěn)定性的資料，并提出相應(yīng)的加固對(duì)策。

從整個(gè)國(guó)內(nèi)外的巖體質(zhì)量的分類上來看，可以清楚地看出巖體的分類隨著時(shí)間的推移不論在廣度上還是在其深度上都有了很大的進(jìn)展。以下是巖石的質(zhì)量分類的特點(diǎn)以及是其發(fā)展的趨勢(shì)

第一，在早期的分級(jí)階段，只會(huì)從某一個(gè)單一的影響因素去分析作出評(píng)價(jià)，雖然影響巖體質(zhì)量有著眾多的因素，但是早期的分類只會(huì)注重單一的指標(biāo)的定性分類或者是單一指標(biāo)的定量分類。這樣的分類方法存在著很大的不足，其評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)并不能滿足實(shí)際工程的需要，而且在有了巖體以及巖體結(jié)構(gòu)的觀念以來，人們已經(jīng)開始慢慢地意識(shí)到了單一評(píng)價(jià)的分級(jí)并不能全面地對(duì)巖體的整體性質(zhì)進(jìn)行反映，由于其分級(jí)存在著不科學(xué)性，因此巖體分級(jí)從單一因數(shù)逐漸地想多因素的綜合評(píng)價(jià)發(fā)展。

第二，巖體質(zhì)量分級(jí)因素開始逐漸向定性以及定量?jī)烧呦嘟Y(jié)合的方向發(fā)展。

第三，在對(duì)壩基巖體質(zhì)量分級(jí)的過程中，合理的做法是不應(yīng)該太過追求其精確，所謂物極必反。太過的精確，反而會(huì)令分級(jí)變得模糊。相反，適當(dāng)?shù)哪：軌蛘故酒渚_。在實(shí)際的應(yīng)用上，借鑒加拿大康拜爾主張的巖體三分概念是具有一定意義的。

在工程建設(shè)中，巖體質(zhì)量分級(jí)意義重大，其是工程從設(shè)計(jì)到開工等過程的參考依據(jù)，因此，需要將巖體質(zhì)量分級(jí)作為一項(xiàng)重大工程對(duì)待。在分級(jí)中，應(yīng)先篩選對(duì)工程穩(wěn)定性造成影響的各類因素，并將其歸入作為巖體質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的地質(zhì)指標(biāo)中，但是需要把握好一點(diǎn)，要牢記所謂的指標(biāo)，應(yīng)該是影響巖體穩(wěn)定性最為基本和準(zhǔn)確的因素，指標(biāo)不能太多，要不然可能會(huì)造成分級(jí)方法的無效性和非科學(xué)性。同時(shí)，還應(yīng)確保不同分級(jí)因素不會(huì)相互影響，防止其任意搭接或者重復(fù)。例如，在評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量時(shí)，不能將點(diǎn)荷載強(qiáng)度以及單軸抗壓強(qiáng)度這兩個(gè)指標(biāo)同時(shí)作為其跟卸荷及風(fēng)化之間關(guān)系的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)樾逗杉帮L(fēng)化較為嚴(yán)重的地方，其巖體質(zhì)量也不高。所以，巖體質(zhì)量的分部會(huì)呈現(xiàn)帶形。另外，除了一些裂隙和斷層較為密集的地帶，從岸坡的表面到內(nèi)部，巖體質(zhì)量一般都會(huì)逐漸改善，這種規(guī)律同樣適用于河床壩基中。只要把握這種規(guī)律，那么巖體質(zhì)量分級(jí)便有了更清晰的思路。

2.邊坡巖體質(zhì)量分級(jí)的方法研究

巖體質(zhì)量分級(jí)在工程建設(shè)中占有重要的地位，它是工程設(shè)計(jì)、開挖的直接依據(jù)，因此，做好巖體質(zhì)量的分級(jí)工作是一項(xiàng)需要慎重對(duì)待的問題。在當(dāng)前的各類工程建設(shè)過程中，巖體穩(wěn)定性是決定工程基礎(chǔ)是否牢固的關(guān)鍵，我們必須深入理解巖體質(zhì)量分級(jí)的含義，經(jīng)過科學(xué)的測(cè)定和研究，設(shè)計(jì)合理有效的分級(jí)方案。當(dāng)前，學(xué)界對(duì)于邊坡巖體質(zhì)量分級(jí)的研究主要包括三個(gè)方面:

(1)RMR體系

RMR是巖體力學(xué)中的巖石分類方法，該分類體系由比尼衛(wèi)斯基于1973年提出，包擴(kuò)了巖塊強(qiáng)度、巖石質(zhì)量指標(biāo)、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件、地下水這5個(gè)參數(shù)。分類時(shí)，根據(jù)各類參數(shù)的實(shí)測(cè)資料，按照標(biāo)準(zhǔn)分別評(píng)分;然后將各類參數(shù)的評(píng)分值相加得巖體質(zhì)量總分RMR值;再按節(jié)理分類對(duì)其進(jìn)行修正;最后，用修正后的RMR值將巖體分級(jí)。

RMR體系是巖體分類方法中的一個(gè)很詳盡的方法體系，它對(duì)巖體本身質(zhì)量的評(píng)定給出了一個(gè)較為全面的標(biāo)準(zhǔn)。但RMR體系在現(xiàn)實(shí)操作中存在著不夠?qū)I(yè)化的問題，沒有考慮到不同地區(qū)不同地質(zhì)的影響。處于這樣的考慮，學(xué)者諾曼那后來據(jù)此提出的SMR體系可以視為對(duì)其的一個(gè)補(bǔ)充。SMR體系充分考慮了不同的巖體結(jié)構(gòu)對(duì)于巖體分類和穩(wěn)定性的影響，在具體的巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中加入了結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，使得巖體質(zhì)量分級(jí)更為科學(xué)，也更具有可操作性。

(2)CSMR體系

CSMR是我國(guó)自主研發(fā)的巖體質(zhì)量分級(jí)體系，可以視為SMR體系的本土化。如前所述，我國(guó)的地形極為復(fù)雜，而工程建設(shè)在很多時(shí)候都是在地形惡劣的情況下展開，所以CSMR體系的發(fā)展可以說是解決我國(guó)業(yè)內(nèi)人員在具體建筑施工過程中的問題。該體系的最大特色是對(duì)當(dāng)前邊坡巖體分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了多種修正，考慮到了特殊地形的影響，同時(shí)還將巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面等指標(biāo)加入了進(jìn)去。

(3)Q體系

Q體系最早發(fā)展于隧道工程，是早期多指標(biāo)分類的代表。該系統(tǒng)綜合考慮了RQD、節(jié)理狀況、涌水量、應(yīng)力條件等因素，指標(biāo)提取簡(jiǎn)便易行。適用于隧道、硐室等地下工程，在工程建設(shè)中也有一定使用價(jià)值。但是，由于Q體系使用范圍有著比較強(qiáng)的限制性，所以尚未在諸多領(lǐng)域全面展開。

三、可拓學(xué)視角下邊坡巖體質(zhì)量分級(jí)的應(yīng)用分析

可拓學(xué)自從上個(gè)世紀(jì)70年代被提出以后，經(jīng)過10多年的發(fā)展，在理論上已初步形成了其特有的理論框架;目前，可拓學(xué)正向應(yīng)用方向發(fā)展，可拓工程作為可拓學(xué)特有的方法，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)，企業(yè)策劃，過程控制，識(shí)別與評(píng)價(jià)，技術(shù)科學(xué)與人工智能領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。在地質(zhì)工程和巖石工程中，可拓學(xué)也進(jìn)一步得到了發(fā)展，在與概率論結(jié)合之后，在巖體質(zhì)量分級(jí)方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.邊坡巖體分級(jí)影響因素的可拓學(xué)分析

邊坡巖體分級(jí)的目的在于對(duì)邊坡巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，從而為工程的展開奠定基礎(chǔ)。而要對(duì)邊坡巖體進(jìn)行有效的分級(jí)，很重要的一個(gè)方面，就是要對(duì)巖體分級(jí)的影響因素進(jìn)行分析，力求在科學(xué)測(cè)量和論證的基礎(chǔ)上有一個(gè)準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。一般來說，巖體分級(jí)及其穩(wěn)定性的影響因素包括了氣象水文;地形地貌;地層巖性;地質(zhì)構(gòu)造;水文地質(zhì);植被和氣候等因素。在不同的地區(qū)，這些條件的表現(xiàn)方式各不相同，要準(zhǔn)確的對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和預(yù)測(cè)，在現(xiàn)有的技術(shù)條件無法達(dá)到完全的實(shí)現(xiàn)。這就使得可變量和模糊因素大量存在著，從而為工程的后續(xù)進(jìn)程造成阻礙。而可拓學(xué)的核心，就是對(duì)隨機(jī)和模糊現(xiàn)象進(jìn)行分析歸納，它以不相容問題為研究中心，去尋求事物矛盾的內(nèi)在機(jī)制。建立物元模型，通過各種變換去尋求事物的解是物元分析解決不相容問題的一般方法。但是可拓學(xué)的視角缺乏數(shù)據(jù)支撐，為此，概率論的引入能為其模型的建立提供具體的指標(biāo)和數(shù)據(jù)，使得可拓學(xué)模型的建立成為可能。

2.邊坡巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的可拓學(xué)分析

如前所述，影響邊坡巖體穩(wěn)定的因素包括了地質(zhì)、水文等，然而這并不是說所有的標(biāo)準(zhǔn)都處于同等重要的位置，不同的標(biāo)準(zhǔn)必須有著不同的輕重之分。

我們要根據(jù)具體巖土的實(shí)際情況，設(shè)定一個(gè)能反映穩(wěn)定程度的定量值。建立邊坡巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的過程一般可以分為以下幾個(gè)階段:

首先，確定邊坡巖土體穩(wěn)定性經(jīng)典域，即通過對(duì)邊坡穩(wěn)定性的分級(jí)，結(jié)合物元概念，得到經(jīng)典域。

其次，是確定節(jié)域，節(jié)域需要通過參考各評(píng)估指標(biāo)歷史資料的最小值及最大值來確定。

再次，確定待評(píng)邊坡物元以及簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)和初等關(guān)聯(lián)函數(shù)，其中，關(guān)聯(lián)函數(shù)的計(jì)算結(jié)果對(duì)可拓權(quán)系數(shù)的確定有著重要意義。

最后，利用層次分析法確定權(quán)系數(shù)，在前面計(jì)算的基礎(chǔ)之上根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性排序，并建立相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

［1］葛華，吉鋒等.巖體質(zhì)量分級(jí)方法—CSMR法的修正及其應(yīng)用［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2006，(17).

［2］周漢民.巖體質(zhì)量的可拓學(xué)評(píng)價(jià)方法在邊坡工程中的應(yīng)用［J］.礦業(yè)快報(bào)，2009，(12).

［3］Bieniaw 著.吳立新，王建鋒，劉殿書譯.工程巖體分類［M］.北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.

［4］康志強(qiáng)，周輝.大型巖質(zhì)邊坡巖體質(zhì)量的可拓學(xué)理論評(píng)價(jià)［J］.東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，(12).