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        巖土力學(xué)與地下工程結(jié)構(gòu)分析計算的若干發(fā)展

        2019-09-10 14:25:59徐景超
        名城繪 2019年5期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)巖土理論

        徐景超

        摘要:近幾年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步,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)進行各種勘探設(shè)計,但以前的科學(xué)技術(shù)還不夠發(fā)達,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行研究

        在19世紀的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行預(yù)測,這時要注意進行的是動態(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,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)有利于增強地下工程建設(shè)的穩(wěn)定性,施工人員在進行施工前首先要對巖土的結(jié)構(gòu)進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。例如時間優(yōu)勢指標、斷層規(guī)模的優(yōu)勢指標、斷層走向與隧道走向夾角的優(yōu)勢指標等各方面,這些都是需要工程師高度重視。

        三、結(jié)束語

        當下,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,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。

        參考文獻:

        [1]熊自明,盧浩,王明洋,錢七虎,戎曉力.我國大型巖土工程施工安全風(fēng)險管理研究進展[J].巖土力學(xué),2018,39(10):3703-3716.

        [2]朱煜娟.淺談巖土力學(xué)與地下工程結(jié)構(gòu)分析計算的若干進展[J].建材與裝飾,2018(20):183.

        [3]陳衛(wèi)忠,宋萬鵬,趙武勝,楊典森,趙坤,盛謙.地下工程抗震分析方法及性能評價研究進展[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2017,36(02):310-325.

        [4]鄭剛,朱合華,劉新榮,楊光華.基坑工程與地下工程安全及環(huán)境影響控制[J].土木工程學(xué)報,2016,49(06):1-24.

        (作者單位:中鐵四局集團第一工程有限公司)

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