巖土工程類比法的應(yīng)用

文/曲世才 遼寧省第六地質(zhì)大隊有限責(zé)任公司 遼寧大連 116000

1、巖土工程類比法的原理

1.1 類比的基本原理

類比法要求一定的限制條件，諸如類似性原理、系統(tǒng)性原理、選擇性原理和目標(biāo)性原理，都可以被視作類比的基本原理。

1.1.1 類比性原理

有研究表明，類比遷移就是以類比對象的類似性作為基礎(chǔ)，當(dāng)兩個對象因為共有的特征而展開特征值行為，并且存在一定差別時，就可以稱之為二者存在共性和類似性；當(dāng)兩個對象本身存在類似性時，就可以說這兩個對象之間存在類似性，就需要進(jìn)一步說明，這種類似性究竟體現(xiàn)在哪些特征和哪些細(xì)節(jié)之處。

1.1.2 系統(tǒng)性原理

類比和類似性都必須嚴(yán)格遵循系統(tǒng)性原理，其中類比就是將兩個不同的對象，根據(jù)相應(yīng)的特征進(jìn)行匹配，然后從系統(tǒng)的角度、而不是從單獨(dú)的某一個方面來進(jìn)行類比性研究。而所謂類比的系統(tǒng)性原理，也就是將類比對象統(tǒng)一起來，視作完整的系統(tǒng)，系統(tǒng)當(dāng)中的所有要素都呈現(xiàn)出一定的共性要素。

1.1.3 選擇性原理

其主要是指針對那些看似較為復(fù)雜，不可能也沒有必要存在的方面，進(jìn)行比較和選擇性匹配。類比的核心問題是對類比項的選擇，所謂選項原理，本質(zhì)就是用于過濾相互匹配條件的選擇性行為。所以，很顯然，人們自然而然會想到，選擇哪些問題，會對結(jié)果產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。

1.1.4 目標(biāo)性原理

巖土工程的設(shè)計以解決根本問題為目標(biāo)、為根本原則，故而相關(guān)問題的呈現(xiàn)和目標(biāo)設(shè)計，關(guān)聯(lián)甚深。類比法以目標(biāo)為驅(qū)動，屬于目標(biāo)控制原理范疇，當(dāng)然在實(shí)際操作過程中，為了確保系統(tǒng)類比的有效性，既要考慮到目標(biāo)，也要考慮到目標(biāo)的結(jié)構(gòu)性特征。

1.1.5 類似程度分析

這種分析并不是站在差異化的對立面，而是要忽視所有不重要的差異性元素，將主要的類似進(jìn)行高度概括。如此就會導(dǎo)致兩個本質(zhì)上并不相同的事物，會因為屬性當(dāng)中相類似的部分，而不斷增加共性，差異性的因素則會在摒棄的過程中，逐漸減少。

1.2 巖土工程系統(tǒng)特征

作為系統(tǒng)的關(guān)鍵性要素，系統(tǒng)的組成部分以及演化過程所需要的時間，同樣也構(gòu)成了復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)序列。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)序列除了能夠反映系統(tǒng)內(nèi)部的各個構(gòu)成要素，反應(yīng)其排布規(guī)律和組合特點(diǎn)外，還在一定程度上反映出不同要素之間的關(guān)系、重要性排列以及有機(jī)的聯(lián)系方式和相互影響。一般情況下，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)序列包括了時間結(jié)構(gòu)序列、功能結(jié)構(gòu)序列和空間結(jié)構(gòu)序列，其中時間結(jié)構(gòu)序列主要是指系統(tǒng)當(dāng)中各個要素的時間陳列方式；功能結(jié)構(gòu)序列是指各個系統(tǒng)要素在相互影響、相互關(guān)聯(lián)過程中所表現(xiàn)出來的一定功能；空間結(jié)構(gòu)序列是指系統(tǒng)當(dāng)中各個要素的空間組合和排布形式。

2、巖土工程類比法的應(yīng)用策略

結(jié)合認(rèn)知心理學(xué)的相關(guān)原理，巖土工程類比法應(yīng)用可以概括為這樣幾個內(nèi)容：

2.1 課題的正確表征

類比法應(yīng)用的前提是對基礎(chǔ)、目標(biāo)課題做出恰當(dāng)?shù)谋碚鳎渲心繕?biāo)課題的表征就是對問題進(jìn)行定義，而基礎(chǔ)課題的表征既涉及問題的定義，也涉及對問題的解答規(guī)劃和規(guī)劃的執(zhí)行結(jié)果，并且屬于高水平設(shè)計領(lǐng)域。尤其是為了確保解答方法的順利遷移，有必要對基礎(chǔ)課題的解答方法進(jìn)行匯總、概括獲得提煉，進(jìn)而形成帶有一定抽象性色彩的水平概括表征，畢竟任何問題，都需要切實(shí)明確之后，才能真正意義上被稱之為問題。。一旦目標(biāo)課題無法得到正確的表征，那么類比對象的檢索自然就是盲目和不可靠的。如果目標(biāo)問題的表征不夠理想，那么表層特征和深層特征無法有效區(qū)分，也會導(dǎo)致不確定性的存在。事實(shí)上，新手所進(jìn)行的類似性判斷大多是基于表層特征所展開的，相關(guān)專家所進(jìn)行的類似性判斷則是根據(jù)內(nèi)隱的深層特征所展開的。概括地說，巖土工程的表征主要涉及到以下因素：

第一，主體要素，主要是指巖土工程的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下水條件；

第二，工程規(guī)模要素；

第三，施工條件與施工水平；

第四，周邊環(huán)境的限制和要求；

第五，主要工程問題及設(shè)計目標(biāo)；

第六，巖土體形發(fā)生破壞和變化的應(yīng)對機(jī)制；

第七，物理學(xué)性質(zhì)、巖石屬性等；

第八，對于基礎(chǔ)課題已經(jīng)確定的或者即將要開始界定的方案。

2.2 類比檢索與映射

在對目標(biāo)課題做出正確的表征之后，就需要從信息數(shù)據(jù)庫或個人的記憶當(dāng)中，選擇最為契合的基礎(chǔ)課題。類比課題的選擇十分關(guān)鍵，一旦其出現(xiàn)選擇錯誤，必然會導(dǎo)致問題解答的錯誤，其所有可能導(dǎo)致的后果是十分嚴(yán)重的。

而接下來的類比映射，就是類比思維的主要落地過程。概括地說，所謂類比映射，也就是將兩個類比對象所具備的各種特征，結(jié)合已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行最大程度的特征匹配。通過檢索已有的基礎(chǔ)課題，一旦發(fā)現(xiàn)任何類比物就要開始實(shí)施映射過程。

首先，在兩個類比物的基本特征、某些成分當(dāng)中進(jìn)行部分映射；

其次，通過進(jìn)一步的映射，生成對于目標(biāo)問題的有效解答，當(dāng)然這個解答的過程也可以被理解為映射。當(dāng)然再次過程中需要注意的是，類比效度的檢查，本身也是在映射過程和范疇當(dāng)中的，并不是映射過程之后的存在。

2.3 歸納概括與圖式

如果類比已經(jīng)成功地解決了問題，那么能夠反映類比物之間抽象關(guān)系的圖式，也就是實(shí)際能夠解決問題的圖式通常情況下，圖式的歸納過程包括了對某種抽象要素的描述，而這種描述也可以被理解為對兩個類比物之間的基本特征、問題解答和解答執(zhí)行等共有的存在。而伴隨目標(biāo)課題的不斷深入研究和問題解決，以此作為基礎(chǔ)課題的數(shù)目會越來越多，但通過較為細(xì)致的概括和總結(jié)歸納，可以得到有關(guān)這類課題的基本圖式，而這些圖式本質(zhì)上就反映著同一類課題的實(shí)質(zhì)性特征以及有關(guān)問題的解答原則。

2.4 初步的研究成果

當(dāng)下，一些專家和研究學(xué)者在巖土工程相關(guān)概念的設(shè)計、圖式類別的歸納方面，已經(jīng)進(jìn)行了一定程度的工作。根據(jù)地質(zhì)條件，某一地區(qū)的土層可以被劃分為硬質(zhì)、中硬、軟弱三個級別，總結(jié)初步的研究結(jié)果主要包括這樣幾個方面：

首先，根據(jù)大量的巖土工程經(jīng)驗，總結(jié)和歸納出具有代表性和典型性地層的主要問題解決方案和相關(guān)設(shè)計原則；

其次，根據(jù)指定巖土工程的環(huán)境、地質(zhì)條件以及工程規(guī)模，進(jìn)一步使用類比的方法，來對支護(hù)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行有效選擇和設(shè)計；

再次，利用專業(yè)的設(shè)計軟件對巖土工程整體的穩(wěn)定性、基坑支護(hù)強(qiáng)度等方面進(jìn)行校驗核算；

最后，通過對方案的反復(fù)對比與篩選，敲定最終的設(shè)計方案。