巖土力學與地下工程結構分析計算的若干發展

徐景超

摘要：近幾年來隨著經濟的發展和社會的進步，我國多項工程都發展得風生水起。第一點，巖土力學的發展較快，它對巖土的各項相關工程都有很好的指導作用，學好這一門學科的理論知識也是進行巖土力學相關工程的基礎。第二點，地下工程分析結構計算也很重要，它是各類工程都離不開的一門知識，對各種工程都起著關鍵作用。所以說，不管是巖土力學還是地下工程結構分析計算，都對建筑起著很大的影響作用。本文將揭示巖土力學與地下工程結構分析計算的重要性，并闡述其發展。

關鍵詞：巖土力學；地下工程結構；分析計算

巖土力學研究方法一直在發展演變，地下工程結構分析也是一直起著很重要的作用。巖土力學目前還存在著一些問題，例如在參數估計、模型辨識和巖土工程預測等方面巖土力學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與地下工程結構分析的進一步地發展。所以根據巖土力學一直以來的發展演變，研究巖土力學與地下工程結構分析計算等各方面的不足，這對巖土力學與地下工程結構分析的未來發展有著很大的作用。

一、巖土力學研究方法的演變

巖土力學的研究方法經過了很多演變和沿革，像最早的依賴經驗進行研究，后來的依據固體力學理論和經典數學理論研究、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點和不足，并且一直在發展進步。

1.依賴經驗研究

早先研究巖土力學的主要任務是降低工程的各項費用和保證生產的安全，想要研究好巖土力學就要對地質進行各種勘探設計，但以前的科學技術還不夠發達，有加上巖土具有復雜性的特點，所以對巖土力學的研究不到位，人們大多是依賴以往的研究經驗對巖土力學進行研究。但經驗具有很大的局限性，不是所有的地質力學情況都可根據經驗來研究，想要研究地質力學，多半還是要靠科學依據。

2.依據固體力學理論和經典數學理論研究

依據固體力學理論和經典數學理論來研究地質力學已有很久的歷史，但這一科學方法有時還是沒有受到人們重視。可能是固體力學理論和經典數學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，所以難以撼動經驗的地位價值。

3.依據有限單元法研究

計算機的普及和發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巖土的最常用的一種方法。但隨著科學技術的繼續發展，人們也逐漸發現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勢。

4.依據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點，它可以對工程進行現場監控并得到及時的反饋，從而將地質巖土的動態變化展示出來。這一研究方法具有很大的優點，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用這一研究方法。

二、巖土力學與地下工程結構分析存在的逆問題

巖土力學存在逆問題，歸根結底，它也是進行巖土力學分析的一種手段，而且是一種優化的手段。

1.參數估計

在1976的時候，巖土勘測研討會在當時的約翰內斯堡舉辦，基爾斯坦在那時提出了關于參數辨識的相關理論。主要內容包括多方面的辨識，比如對巖土的強度參數的重要識別，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展到了鼎盛的時代，有很多的經典文獻出版，國內外許多相關人士也開始出沒。例如國內的楊志法，還有楊林德發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。參數反演還存在一些問題，也還有許多工作要做，它在巖土力學中一直發揮著重要的作用，今后還將繼續發揮更加廣大的作用。

2.模型辨識

不管是上面提到的參數辨識，還是接下來要講的模型辨識，都對巖土力學的發展起著很重要的作用，是巖土力學研究里面的兩個很重要的方面。人們所說的系統模型辨識，它主要來源于自動控制中的多種模型，而且如今在各個領域之中都可以看到它的身影，像涉及控制這樣的領域。近幾十年來，人們一直把巖土體本身的力學行為看作是單一的一種介質，經常運用經典力學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，才發現弱面的巖土的結構面從事實上可以說是深刻影響了巖土力學的行為，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“正確輸入參數”是提出巖土力學分析問題的目的。巖土工程預測有利于獲得良好的參數辨識和模型辨識。這預測包括兩個方面：一是預測即將進行施工的各類工程，這時的預測要有前瞻性；二是對正在施工的過程進行預測，這時要注意進行的是動態預測。

三、巖土力學與地下工程結構分析計算的影響

巖土力學以及地下工程結構分析一直是受人們關注的熱點，幾十年來，對于巖土力學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，對解決地質問題更加有利。

1.巖土結構對地下工程建設的影響

穩固的巖土結構有利于增強地下工程建設的穩定性，施工人員在進行施工前首先要對巖土的結構進行全面的分析和探討，這樣更加有利于工程建設，也是工程建設的一種保障。

2.穩固的巖土結構有利于隧道施工的穩定性

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

三、結束語

當下，各項工程都對我國社會的發展起著十分重要的作用，巖土力學與地下工程結構分析也不例外。過去幾十年里，關于巖土力學的研究方法一直在演變發展，不斷改進，使得現在的巖土力學研究這么成功。巖土力學與地下工程結構分析存在很多逆問題，像參數辨識、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部門的高度重視。

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（作者單位：中鐵四局集團第一工程有限公司）