巖土工程中的預測與預算

巖土材料是天然的地質(zhì) 歷史 的產(chǎn)物，它一般是碎散的、不連續(xù)或部分連續(xù)的介質(zhì)。材料性質(zhì)十分復雜；具有極大的時空變異性。在巖土工程中，其地基或者巖土環(huán)境幾乎不可能完全探知；邊界條件和操作過程也有很大的 影響。因而巖土工程 問題 具有很強的不確定性。這種不確定性包括互補率的破缺，即非此非彼的情況，是屬于模糊判斷的課題。另一方面是因果率的破缺，亦即因果關系的不確定性，一因多果。是屬于概率、數(shù)理統(tǒng)計和混沌學的范疇。所以對于這樣一個復雜的對象和眾多的影響因素，準確的定量的預測和預算是相當困難的。依靠純 理論 和技術技巧預測往往不成功，而經(jīng)驗的判斷是不可缺少的。土以碎散的顆粒為骨架，由固、液、氣三相物質(zhì)組成；在其由巖石風化的生成、搬運和沉積過程中幾經(jīng)滄桑，形成了不同于其他材料的復雜的力學性質(zhì)，而不同時空條件下土的性狀也各不相同。所以盡管已提出的土的本構(gòu)關系理論數(shù)學模型不下百種，動用了傳統(tǒng)力學和 現(xiàn)代 力學的各種理論和手段，但是到 目前 為止，還沒有一種為人們所公認的，能夠準確、全面反映各種土的應力應變關系的數(shù)學模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。在 計算 機和計算技術基礎上 發(fā)展 起來的，以有限元為代表的數(shù)值計算是解決邊值問題的強有力的手段。當用來計算彈性體時其精確程度令人嘆為觀止。其計算結(jié)果與光彈試驗結(jié)果毫厘不差，結(jié)果光彈試驗很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數(shù)值計算中首先被假設為連續(xù)體，然后被離散化，假設各單元間的結(jié)點位移協(xié)調(diào)，計算土體的應力變形關系。這常常不能反映土的變形的微觀機理。以DDA（Discontinuous Deformation Analysis）為代表的離散單元計算 方法 在計算某些農(nóng)產(chǎn)品（如谷類）和 工業(yè) 零件（如滾珠）時是相當成功的。以至被稱為“數(shù)值試驗”可以精確地代替模型試驗。在定性地探索土的變形的微觀機理時，也是很有價值的。但是用以描述由不同尺寸、不同形狀、不同礦物成分的顆粒組成的土，反映不同三相成分及其物理、化學和力學的相互作用，即使是可能，恐怕也是相當遙遠的事。數(shù)學模型和數(shù)值計算預測的另一個難點是土的參數(shù)的選取，它受到取樣(制樣)和試驗手段的限制。原狀土在取樣過程中不可避免地受到擾動和發(fā)生應力釋放，會破壞其結(jié)構(gòu)性。即使是重塑土試樣，制樣的方式、器具和操作程序的差別也嚴重影響試驗的結(jié)果。另一方面，目前使用的土工試驗儀器也存在局限性。以真三軸儀為例，由于邊界之間的干擾，試樣的應力和應變的均勻是很難保證的。在對地基和土工建筑物的探測方面，土層的時空變異及人類活動給勘探測試及其結(jié)果的判釋造成困難。除此以外，巖土工程中的復雜邊界條件和施工過程中的諸多因素也嚴重影響工程的實際結(jié)果。在我國每年發(fā)表和撰寫了大量的論文和報告，提出了各種理論、模型、計算方法、計算程序和技術手段，常常伴以試驗或者實測數(shù)據(jù)的驗證，其結(jié)果也常常是“符合得很好”。自己的試驗或觀測證實了理論或者方法的完美，正是：“各夸自家顏色好，百花園中各稱王?！?這種結(jié)果的可信性很值得懷疑。筆者在評閱一些論文和成果時，對于那些二者符合得完美到天衣無縫的圖與曲線，常常懷有很大的不信任感；而對于存在相當差別，甚至坦率地承認預測的不成功的情況，則是完全理解的?？上Ш笳咻^少。近年來，主要在國外進行了多次的“ 考試 ”或者“競賽”活動：首先委托一個（或幾個）單位進行所謂的“目標試驗”，亦即需要預測或者預算的試驗或?qū)嵗Ｆ浣Y(jié)果是保密的，或者預測前不做試驗，預測以后在試驗。事先公布有關的土的一般資料、基本試驗的數(shù)據(jù)（為確定有關參數(shù)）和目標試驗的應力（應變）路徑。在全世界或者一定范圍征求參賽者（參加目標試驗的人不參賽）。全部預測結(jié)果上交以后，公布試驗結(jié)果。一般是召開研討會，評估或者評分。參賽者也常常進行申辯和 總結(jié)。這是一種客觀、公正和有權(quán)威性的檢查比較方式。也是推動巖土工程發(fā)展的十分有益的活動和手段。它使我們認識到在巖土工程領域，我們的認識能力和預測能力到底有多高。

巖土工程分析評價的主要包括的內(nèi)容有哪些?

巖土工程分析評價的內(nèi)容主要包括： (1)場地的穩(wěn)定性和適宜性。(2)為巖土工程設計提供場地地層結(jié)構(gòu)和地下水空間分布的參數(shù)、巖土體工程性質(zhì)和狀態(tài)的設計參數(shù)。

巖土工程分析評價的主要包括的內(nèi)容有哪些

巖土工程分析評價的內(nèi)容主要包括： (1)場地的穩(wěn)定性和適宜性。(2)為巖土工程設計提供場地地層結(jié)構(gòu)和地下水空間分布的參數(shù)、巖土體工程性質(zhì)和狀態(tài)的設計參數(shù)。

(4)提出地基與基礎、邊坡工程、地下洞室等各項巖土工程方案設計的建議。(5)預測擬建工程對現(xiàn)有工程的影響、工程建設產(chǎn)生的環(huán)境變化，以及環(huán)境變化對工程的影響。

巖土工程分析與評價

巖土工程分析與評價是巖土工程勘察成果整理的核心。它是在各項勘察工作成果整理的基礎上，進行的極為重要一項工作。

一.評價的準則評價準則主要包括定性評價與定量評價，應與勘察階段和工程需要而定。

1.定性評價定性評價是巖土工程評價的首要步驟與基礎。對于下列性質(zhì)的問題，可僅作定性評價：工程選址及場地對擬建工程的適宜性；場地巖土工程條件的穩(wěn)定性評價；巖土材料的適宜性及工程性質(zhì)一般描述。

2.定量評價在定性評價的基礎上進行，對下列性質(zhì)的問題宜作出定量評價：巖土的變形性狀及其極限值；巖土體的強度及其穩(wěn)定性與極限值，包括斜坡及地基的穩(wěn)定；巖土壓力及巖土體中應力分布與傳遞；巖土體及水體與工程建筑物的共同作用；其他各種臨界狀態(tài)的判定問題。

3.定量評價應包括下列兩種準則(1)定值法準則——用于常規(guī)的定量評價問題。

(2)概率法準則——可用于工程的分析；如風化分析、超越概率分析(一級工程)等等。

二.分析與評價的內(nèi)容巖土工程分析與評價的主要內(nèi)容包括：

(1)在整理編輯資料的基礎上，對場地的穩(wěn)定性和適宜性作出評價；(2)分析、統(tǒng)計和選定指標的計算指標，為巖土工程設計提供場地地層結(jié)構(gòu)和地下水空間分布的參數(shù)、巖土體工程性質(zhì)和狀態(tài)的設計參數(shù)；(3)主要進行咨詢性工程設計，預測擬建工程施工和運營過程中可能出現(xiàn)的巖土工程問題，并提出相應的防治對策和措施，以及合理的施工方法；(4)提出地基與基礎、邊坡工程、地下硐室等各項巖土工程方案設計的建議；(5)預測擬建工程對現(xiàn)有工程的影響、工程建設產(chǎn)生的環(huán)境變化以及環(huán)境變化對建(構(gòu))筑物的影響。

巖土工程的分析與評價應以理論為依據(jù)，以有關國家規(guī)范為準則，參考工程經(jīng)驗；并進行模型試驗、施工監(jiān)測。在對工程進行分析與評價時，要考慮的主要因素有以下幾點：

(1)掌握場地的地質(zhì)背景，場地地貌、地質(zhì)、水文、氣象條件；考慮巖土性質(zhì)，其非均勻性、各向異性和隨時間的可能變化；評估其巖土參數(shù)的不確定性，確定最佳值。

(2)必須與工程建設密切結(jié)合，充分了解工程結(jié)構(gòu)特點及對地質(zhì)巖土的要求；分析強度和變形的風險和儲備。

不僅僅是分析地質(zhì)規(guī)律，還要切實解決工程實際問題。

(3)分析評價施工環(huán)境及對已有工程的影響；參考類似工程的經(jīng)驗，以作為擬建工程的借鑒。

(4)理論依據(jù)不足、實踐經(jīng)驗不多的巖土工程，可通過現(xiàn)場模型試驗和室內(nèi)試驗進行分析評價。

對于重大工程和復雜的巖土工程問題，應在施工過程中進行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測資料適當調(diào)整原先制訂的設計和施工方案，而且要預測和監(jiān)控施工、運營的全過程，對工期及造價因素進行評估。

三.分析與評價的方法應采用定性分析評價與定量分析評價相結(jié)合的方法來進行。一般的操作程序是：在定性分析評價的基礎上，方可進行定量分析評價；即不經(jīng)過定性分析評價是不能直接進行定量分析評價的。對某些問題則僅作定性分析評價即可，如工程選址及場地對擬建工程的適宜性、場地地質(zhì)背景和巖土工程條件分析、巖土性狀的描述等。

定性分析和定量分析都應在詳細占有資料和數(shù)據(jù)的基礎上，運用成熟的理論和類似工程的經(jīng)驗進行論證，并宜提出多個方案進行比較。需要進行定量分析評價的內(nèi)容是：巖土體的變形性狀及其極限值；巖土體的強度、穩(wěn)定性及其極限值(包括地基和基礎)；巖土壓力及巖土體應力的分布與傳遞；其他各種臨界狀態(tài)的判定問題。定量分析可采用解析法、圖解法或數(shù)值法。其中解析法是使用最多的方法，它以經(jīng)典的剛體極限平衡理論為基礎。

這種方法的數(shù)學意義嚴格，但由于應用時對實際地質(zhì)體有一定的前提假設條件，以及邊界條件的確定和計算參數(shù)的選取，也都存在誤差和不確定性，甚至有一定的經(jīng)驗性；所以，應有足夠的安全儲備以保證工程的可靠性。解析法可分為定值法和概率分析法。定值法也稱穩(wěn)定性系數(shù)法或安全系數(shù)法。它將各種計算參數(shù)皆取一確定值。

因穩(wěn)定性系數(shù)就是各種參數(shù)的函數(shù)，即是K=f(c、?、γ、……)，因而所獲得的穩(wěn)定性系數(shù)也是一確定值。為可靠起見，根據(jù)工程的重要性和地質(zhì)條件的復雜程度，一般用安全系數(shù)來保證計算的安全度。即在強度上根據(jù)經(jīng)驗打一折扣，作為安全儲備。

其表達式為：土體原位測試與工程勘察式中：R、S、K、[K]分別為抗力、作用力、穩(wěn)定性系數(shù)和安全系數(shù)。而在實際情況中，作為地質(zhì)體一部分的巖土體，在漫長的地質(zhì)歷史時期中經(jīng)受過不同性質(zhì)的構(gòu)造地質(zhì)作用、沉積作用等，使得巖土體內(nèi)部發(fā)育有各種類型的不連續(xù)面，這使得當今被作為大型工程材料一部分的巖土體，和一般的材料有著本質(zhì)的區(qū)別，即：不連續(xù)性、非均勻性是其兩大突出的特征。由于這兩大特征，使得探討巖土體在工程作用下的力學演化趨勢和穩(wěn)定性評價十分困難，其根本的原因就是難以確定研究對象的邊界條件問題。

另外，由于勘察、取樣和分析測試的誤差，導致許多參數(shù)表現(xiàn)出不確定性，這些值表現(xiàn)出是具有分布性質(zhì)的隨機變量，所以，用統(tǒng)計學和概率論的方法研究巖土體中不均勻性，從概率分布的角度來評價巖土體的穩(wěn)定性，為確定巖土體安全性找到了一個可行的辦法。按破壞概率來量度設計的可靠性，便是將安全儲備建立在概率分析的基礎上。概率分析法的表達式為：pf=p(K＜1)≤[pf] (8 6)式中：pf、[pf]分別為破壞概率和目標破壞概率。而穩(wěn)定的概率則可按式(8-7)計算：K=1-pf (8-7)對于確定穩(wěn)定性系數(shù)K 的各種計算參數(shù)，需要進行許多次的隨機抽樣，才能獲得K 值的概率分布圖(圖8-1)，圖中陰影部分即為破壞概率。

圖8-1 K值概率分布圖目前，國內(nèi)的巖土工程計算，一般都采用定值法。對特殊工程需要時，可輔以概率分析法進行綜合評價。

巖土工程勘察技術和方法

巖土工程勘察技術和方法在建筑施工的要求下，對施工的場地進行分析和檢測，從而總結(jié)出來環(huán)境和巖石的特征，這就是巖土工程的勘察內(nèi)容。通過勘察可以制定相應的文件調(diào)查報告，下面根據(jù)巖土調(diào)查的內(nèi)容和問題要求總結(jié)了一些建議和經(jīng)驗，希望有一定的借鑒作用。

2.巖土工程勘察工作中的常見問題 2.1對巖土地質(zhì)形態(tài)認識錯誤主要是對有不明地下物體和空洞的埋藏位置、深度、分布形態(tài)及其方位的確定等方面存在錯誤的判定。對巖土界面劃分不清：主要是對地質(zhì)構(gòu)造和軟弱結(jié)構(gòu)面的判定不準，對巖土體和巖石風化程度的界面劃分不清，以及不良地質(zhì)體的地質(zhì)界面認識不清。對巖土參數(shù)測試參數(shù)確定不準：主要是對在勘察中比較難取樣和難進行試驗的巖土(如風化巖、殘積土和粗顆粒土等)的各種設計參數(shù)(如承載力和變形指標)等難于確定。巖土工程勘察報告書寫不規(guī)范：勘察報告、地基處理和基坑支護文件編制過于簡單，巖土工程分析與評價千篇一律，不能根據(jù)工程和地質(zhì)條件作出合適的評價，勘察報告最重要的“結(jié)論與建議”部分，大多數(shù)報告太簡單。

2.2產(chǎn)生問題的原因分析產(chǎn)生上述問題，主要原因如下。社會大環(huán)境方面的原因：盡管國家的法規(guī)對勘察市場的范圍和程序有明確規(guī)定，但由于歷史的原因，并且目前國內(nèi)勘察市場依然混亂，受市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)變中競爭的影響，有些公司往往只追求于經(jīng)濟利益，造成了技術上的差錯?？辈靻挝缓图夹g人員方面的原因：主要表現(xiàn)在：勘察單位對勘察工作認識不夠，不進行專門試驗，往往以常規(guī)勘察來對待基坑工程勘察，多數(shù)引用本地區(qū)以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，這樣就造成了失誤，記錄人員沒有進行系統(tǒng)的巖士勘察學習與培訓，業(yè)務素質(zhì)不強，導致野外記錄不清、漏層或土樣標簽串號致使對地基土評價失誤等方面錯誤。

對國家規(guī)范性法規(guī)文件的理解存在片面與認識分歧，導致操作錯誤。

3.巖土工程勘察的重要性 任何工程建筑物都是建造在一定的場地與地基之上，所有工程建設方式、規(guī)模和類型都受建筑場地的工程地質(zhì)條件所制約。地基的好壞不僅直接影響到建筑物的經(jīng)濟和安危，而且一旦出事故，處理困難、因此，在設計每一個建筑物之前，必須進行場地與地基的巖土工程勘察，充分了解建筑場地與地基的工程地質(zhì)條件，論證和評價場地、地基的穩(wěn)定性和適宜性、不良地質(zhì)現(xiàn)象、軟弱地基處理與加固等巖土工程的技術決策和實施方案。

實踐經(jīng)驗證明，巖土工程勘察工作做得好，設計、施工就能順利進行，工程建筑的安全運營就有保證。相反，忽視建筑場地與地基的巖土工程勘察，都會給工程帶來不同程度的影響，輕則修改設計方案、增加投資、延誤工期，重則使建筑物完全不能使用.甚至突然破壞.釀成災害。

4.巖土工程勘察的方法 4.1工程地質(zhì)測繪工程地質(zhì)測繪是巖土工程勘察的基礎工作，一般在勘察的初期階段進行。

這一方法的本質(zhì)是運用地質(zhì)、工程地質(zhì)理論，對地面的地質(zhì)現(xiàn)象進行觀察和描述，分析其性質(zhì)和規(guī)律，并藉以推斷地下地質(zhì)情況，為勘探、測試工作等其他勘察方法提供依據(jù)。在地形地貌和地質(zhì)條件較復雜的場地，必須進行工程地質(zhì)測繪但對地形平坦、地質(zhì)條件簡單且較狹小的場地，則可采用調(diào)查代替工程地質(zhì)繪。4.2勘探與取樣勘探工作包括物探、鉆探和坑探等各種方法。它是被用來調(diào)查地下地質(zhì)情況的并且可利用勘探工程取樣進行原位測試和監(jiān)測。

應根據(jù)勘察目的及巖土的特性選用上述各種勘探方法。物探是一種間接的勘探手段，它的優(yōu)點是較之鉆探和坑探輕便、經(jīng)濟而迅速，能夠及時解決工程地質(zhì)測繪中難于推斷而又急待了解的地下地質(zhì)情況，所以常常與測繪工作配合使用。它又可作為鉆探和坑探的先行或輔助手段。當鉆探方法難以查明地下地質(zhì)情況時，可采用坑探方法。

坑探工程的類型較多，應根據(jù)勘察要求選用?？碧焦こ桃话愣夹枰獎佑脵C械和動力設備，耗費人力、物力較多，有些勘探工程施工周期又較長，而且受到許多條件的限制。因此使用這種方法時應具有經(jīng)濟觀點，布置勘探工程需要以工程地質(zhì)測繪和物探成果為依據(jù)，切避盲目性和隨意性。4.3現(xiàn)場檢驗與監(jiān)側(cè)現(xiàn)場檢驗與監(jiān)測的主要目的在于保證工程質(zhì)量和安全，提高工程效益。

現(xiàn)場檢驗的涵義，包括施工階段對先前巖土工程勘察成果的驗證核查以及巖土工程施工監(jiān)理和質(zhì)量控制。現(xiàn)場監(jiān)朋則主要包含施工作用和各類荷載對巖土反應性狀的監(jiān)測、施工和運營中的結(jié)構(gòu)物監(jiān)測和對環(huán)境影響的監(jiān)測等方面。

5.巖土工程勘察理論與經(jīng)驗的關系 (1)巖土工程勘察所涉及的基本理論主要包括土力學理論、工程地質(zhì)理論、工程力學理論等，這些工程理論都是一種半科學半經(jīng)驗的理論，很多理論是建立在經(jīng)驗的基礎上的，如很多公式都是經(jīng)驗公式。

巖土工程問題的解決過程實際上是在理論的指導下，巖土工程技術人員利用自己的工程經(jīng)驗，結(jié)合工程實際情況，建立相應本構(gòu)模型，運用合理適宜參數(shù)，加上良好的判斷力，解決問題的過程。對巖土工程技術人員來說，扎實的基礎理論同豐富的經(jīng)驗、良好的工程判斷力是同等重要的。在學習和運用理論的過程中，一定要注意隱藏在公式和規(guī)律背后的背景知識和真正實際內(nèi)涵及其假定邊界條件。

而積累經(jīng)驗的過程可分為分析與預測→現(xiàn)場觀測→對分析、預測和現(xiàn)場觀測結(jié)果進行比較、分析、評估和總結(jié)3個過程，可見積累經(jīng)驗的過程也離不開理論的`支持。(2)重視規(guī)范規(guī)程工程建設前，進行巖土工程勘察，查明建設場地的地質(zhì)條件，對存在或可能存在的問題提出解決方案，對存在的不良地質(zhì)作用提前采取防治措施，可以有效防。地質(zhì)災害的發(fā)生。巖土工程勘察涉及的理論包括工程地質(zhì)理論、工程力學理論、土力理論等許多方面，這些理論不儀有科學性更有實踐性，閃此在解決巖上工程的問題時更要注重理論聯(lián)系實際。

對于技術人員來說常會犯只藁經(jīng)驗輕理論的錯誤，這是在進行工程勘察過程中要避免的。要精通理論結(jié)合自己的實際經(jīng)驗，配合工程的實際情況，建立模型，扎實的理論基礎同豐富的經(jīng)驗等重要，在實踐中積累經(jīng)驗也要進行理論的升華，所以在實際的勘察過程中要注意理論州實踐的結(jié)合。還要注意規(guī)范、規(guī)程。

充分了解要求。防止在工程勘察過程作量布置不足、測量數(shù)據(jù)不足等問題，了解需要才能更好完成。(3)巖土工程勘察是一種綜合性的工程地質(zhì)調(diào)查工作。巖土丁程勘察的日的是：運用各種勘察測試手段和方法，對建筑場地進行調(diào)查研究，對修建各種建筑物的地質(zhì)條件和建設對自然地質(zhì)環(huán)境的影響作出分析判斷，分析并提出地基的承載能力。

提供基礎設計、施上以及必要時進行地基加固所需要的工程地質(zhì)和巖土工程資料。所以為了更好地完成工作，就要認真研究設計圖樣，收集詳細的設計材料，包括建筑的性質(zhì)、規(guī)模、荷載、結(jié)構(gòu)等，注意與設計的溝通，允分了解設計的意圖，弄清楚擬建物的工程特性，才能做到有的放欠。提交滿意的勘察成果。

如果對此認識不足就會妨礙工程勘察的進行，很可能造成延誤工期。因此詳細了解設計理念就尤為鶯要，要注意不能忽視。;。

巖土工程勘察主要內(nèi)容是什么？

巖土工程勘察的內(nèi)容主要有工程地質(zhì)調(diào)查和測繪、勘探及采取土試樣、原位測試、室內(nèi)試驗、現(xiàn)場檢驗和檢測。最終根據(jù)以上幾種或全部手段，對場地工程地質(zhì)條件進行定性或定量分析評價，編制滿足不同階段所需的成果報告文件。

1.查明工程地質(zhì)條件，并指出有利和不利因素。

2.研究工程地質(zhì)問題，進行定性和定量評價，作出確切的結(jié)論。

3.選擇地質(zhì)條件優(yōu)良的建筑場址。

4.預測工程修建后可能對地質(zhì)環(huán)境造成的影響，避免人為地質(zhì)災害。

5.根據(jù)建筑場址的具體地質(zhì)條件和建筑物特征，提出巖土工程設計方案和施工措施等方面的建議。

6.對重點或高難度巖土工程的施工和運行進行監(jiān)測。