科普 | 巖土工程

地上、地下和水中的各類工程統(tǒng)稱土木工程。土木工程中涉及巖石、土、地下、水中的部分稱巖土工程。

發(fā)展現(xiàn)狀隨著多種所有制工程施工企業(yè)的發(fā)展及跨區(qū)域經(jīng)營障礙被打破，巖土工程市場已處于完全競爭狀態(tài)。巖土工程項(xiàng)目承接主要通過公開招投標(biāo)活動實(shí)現(xiàn)，行業(yè)內(nèi)市場化程度較高，市場集中度偏低。

我國巖土工程行業(yè)具有企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模小的特點(diǎn)。據(jù)《2013-2017年中國巖土工程行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，我國僅從事強(qiáng)夯業(yè)務(wù)的企業(yè)就超過300家，巖土工程行業(yè)的集中度較低，導(dǎo)致優(yōu)勢企業(yè)無法形成規(guī)模優(yōu)勢。這與發(fā)達(dá)國家該行業(yè)高度集中的特點(diǎn)形成了鮮明對比。

巖土工程行業(yè)在未來的發(fā)展中要解決行業(yè)分散、集中度過低的問題，提高整體競爭力進(jìn)而提高盈利能力，需要在未來的發(fā)展中抓住時(shí)代機(jī)遇，適應(yīng)時(shí)機(jī)，以更優(yōu)的業(yè)務(wù)模式、調(diào)整行業(yè)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)類型，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的飛速發(fā)展。

數(shù)據(jù)顯示，未來巖土工程行業(yè)的幾大發(fā)展機(jī)遇主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

民生工程的機(jī)遇

根據(jù)國家“十二五”規(guī)劃，在“十二五”期間，我國經(jīng)濟(jì)將著重調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，提升經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量和效益，同時(shí)會加大民生領(lǐng)域的投資，將著力保障和改善民生作為五大著力點(diǎn)之一，民生工程建設(shè)已上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略高度。

民生工程投入最多的領(lǐng)域包括：1000萬套保障性住房建設(shè)、教育和衛(wèi)生等民生工程、技術(shù)改造和科技創(chuàng)新，以及農(nóng)田水利建設(shè)投資四萬億等。2011年中央財(cái)政在民生工程計(jì)劃支出達(dá)到10510億，比2010年增長18.1%。各地政府在民生工程的投入力度也不斷加大。巖土工程企業(yè)應(yīng)順勢而為，抓住民生工程這一重大機(jī)遇，加強(qiáng)在相關(guān)領(lǐng)域的投入和開拓，保持良好發(fā)展勢頭。

經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整中得新機(jī)

調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，同樣是我國“十二五”規(guī)劃中的核心內(nèi)容，關(guān)系到我國經(jīng)濟(jì)能否實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在“十二五”期間，我國將提高服務(wù)業(yè)的比重，推動產(chǎn)業(yè)升級，加快西部和內(nèi)陸區(qū)域的發(fā)展，提高能效，減少污染，大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，對巖土工程行業(yè)來說意味著服務(wù)對象的變化，進(jìn)而影響到巖土工程行業(yè)的服務(wù)內(nèi)容和形式，以及行業(yè)格局。因此，需要巖土工程企業(yè)緊密關(guān)注經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的趨勢，研究新領(lǐng)域，發(fā)展新技術(shù)，創(chuàng)新服務(wù)模式，以適應(yīng)市場環(huán)境的變化。

轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，是“十二五”期間我國經(jīng)濟(jì)的重要任務(wù)，是提升我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量和效益的根本途徑。對于工程建設(shè)領(lǐng)域而言，簡單追求量的粗放式增長方式已經(jīng)不能適應(yīng)未來發(fā)展的需要。作為工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，巖土工程行業(yè)的發(fā)展模式也將發(fā)生深刻轉(zhuǎn)變，必將從“外延式”發(fā)展轉(zhuǎn)變成“內(nèi)生式”的發(fā)展模式，不斷增強(qiáng)企業(yè)自身的科技創(chuàng)新能力、發(fā)展動力和競爭實(shí)力，實(shí)現(xiàn)更有質(zhì)量的發(fā)展。

綠色市場拓展廣闊

近年來國家突出強(qiáng)調(diào)要建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，大力倡導(dǎo)發(fā)展綠色環(huán)保、再生能源、新材料、循環(huán)利用、垃圾處理等方面的新型產(chǎn)業(yè)。國家“十二五”規(guī)劃也將節(jié)能和降低碳排放作為重要的政策導(dǎo)向。在工程建設(shè)領(lǐng)域，低碳節(jié)能方面的標(biāo)準(zhǔn)和要求也在不斷加強(qiáng)，節(jié)能環(huán)保新材料、新技術(shù)的應(yīng)用也在不斷加速。這對于巖土工程行業(yè)而言，既是新的挑戰(zhàn)，也昭示著新的市場空間。

國際格局變動下的市場增長

雖然近年來國際政治和經(jīng)濟(jì)局勢都出現(xiàn)了一些動蕩，但以“金磚四國”為代表的新興市場國家的經(jīng)濟(jì)仍然保持了較快的增長速度，國際經(jīng)濟(jì)的重心也日益從大西洋兩岸向太平洋兩岸轉(zhuǎn)移。以新興經(jīng)濟(jì)體為代表的亞非拉國家，正是歷來我國工程建設(shè)以及巖土工程行業(yè)“走出去”的重要市場區(qū)域。國際經(jīng)濟(jì)格局的變化、亞非拉國家經(jīng)濟(jì)的快速增長，將會更加促進(jìn)我國巖土工程行業(yè)走出國門，推動我國巖土工程行業(yè)的國際化進(jìn)程。

學(xué)科專業(yè)簡介巖土工程專業(yè)是土木工程的分支，是運(yùn)用工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、巖石力學(xué)解決各類工程中關(guān)于巖石、土的工程技術(shù)問題的科學(xué)。按照工程建設(shè)階段劃分，工作內(nèi)容可以分為：巖土工程勘察、巖土工程設(shè)計(jì)、巖土工程治理、巖土工程監(jiān)測、巖土工程檢測。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的繁榮與發(fā)展，各種建筑工程如雨后春筍般拔地而起，座座水庫波光粼粼，棟棟高樓鱗次櫛比。在各種土建工程中，巖土工程占有十分重要的地位。巖土工程是以土力學(xué)、巖體力學(xué)及工程地質(zhì)學(xué)為理論基礎(chǔ)，運(yùn)用各種勘探測試技術(shù)對巖土體進(jìn)行綜合整治改造和利用而進(jìn)行的系統(tǒng)性工作。這一學(xué)科在國外某些國家和地區(qū)被稱為“大地工程”、“土力工程”或“土質(zhì)工程”。巖土工程是土木工程的一個(gè)重要組成部分。資料統(tǒng)計(jì)，它包括巖土工程勘察、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、施工和監(jiān)測，涉及工程建設(shè)的全過程。在房屋、市政、能源、水利、道路、航運(yùn)、礦山、國防等各種建設(shè)中，都有十分重要的意義。

主要研究方向

①城市地下空間與地下工程：以城市地下空間為主體，研究地下空間開發(fā)利用過程中的各種環(huán)境巖土工程問題，地下空間資源的合理利用策略，以及各類地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算方法和地下工程的施工技術(shù)（如淺埋暗挖、盾構(gòu)法、凍結(jié)法、降水排水法、沉管法、TBM法等）及其優(yōu)化措施等等。

②邊坡與基坑工程：重點(diǎn)研究基坑開挖（包括基坑降水）對鄰近既有建筑和環(huán)境的影響，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠度分析技術(shù)，邊坡穩(wěn)定分析理論以及新型支護(hù)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用等。

③地基與基礎(chǔ)工程：重點(diǎn)開展地基模型及其計(jì)算方法、參數(shù)研究，地基處理新技術(shù)、新方法和檢測技術(shù)的研究，建筑基礎(chǔ)（如柱下條形基礎(chǔ)、十字交叉基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)等）與上部結(jié)構(gòu)的共同作用機(jī)理和規(guī)律研究等。2

發(fā)展前景展望巖土工程的發(fā)展,筆者認(rèn)為需要綜合考慮巖土工程學(xué)科特點(diǎn)、工程建設(shè)對巖土工程發(fā)展的要求，以及相關(guān)學(xué)科發(fā)展對巖土工程的影響。

巖土工程研究的對象是巖體和土體。巖體在其形成和存在的整個(gè)地質(zhì)歷史過程中，經(jīng)受了各種復(fù)雜的地質(zhì)作用，因而有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和地應(yīng)力場環(huán)境。而不同地區(qū)的不同類型的巖體，由于經(jīng)歷的地質(zhì)作用過程不同，其工程性質(zhì)往往具有很大的差別。巖石出露地表后，經(jīng)過風(fēng)化作用而形成土，它們或留存在原地，或經(jīng)過風(fēng)、水及冰川的剝蝕和搬運(yùn)作用在異地沉積形成土層。在各地質(zhì)時(shí)期各地區(qū)的風(fēng)化環(huán)境、搬運(yùn)和沉積的動力學(xué)條件均存在差異性，因此土體不僅工程性質(zhì)復(fù)雜而且其性質(zhì)的區(qū)域性和個(gè)性很強(qiáng)。

巖石和土的強(qiáng)度特性、變形特性和滲透特性都是通過試驗(yàn)測定。在室內(nèi)試驗(yàn)中，原狀試樣的代表性、取樣過程中不可避免的擾動以及初始應(yīng)力的釋放，試驗(yàn)邊界條件與地基中實(shí)際情況不同等客觀原因所帶來的誤差，使室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果與地基中巖土實(shí)際性狀發(fā)生差異。在原位試驗(yàn)中，現(xiàn)場測點(diǎn)的代表性、埋設(shè)測試元件時(shí)對巖土體的擾動，以及測試方法的可靠性等所帶來的誤差也難以估計(jì)。

巖土材料及其試驗(yàn)的上述特性決定了巖土工程學(xué)科的特殊性。巖土工程是一門應(yīng)用科學(xué)，在巖土工程分析時(shí)不僅需要運(yùn)用綜合理論知識、室內(nèi)外測成果、還需要應(yīng)用工程師的經(jīng)驗(yàn)，才能獲得滿意的結(jié)果。在展望巖土工程發(fā)展時(shí)不能不重視巖土工程學(xué)科的特殊性以及巖土工程問題分析方法的特點(diǎn)。

土木工程建設(shè)中出現(xiàn)的巖土工程問題促進(jìn)了巖土工程學(xué)科的發(fā)展。例如在土木工程建設(shè)中最早遇到的是土體穩(wěn)定問題。土力學(xué)理論上的最早貢獻(xiàn)是1773年庫倫建立了庫倫定律。隨后發(fā)展了Rankine(1857)理論和Fellenius(1926)圓弧滑動分析理論。為了分析軟粘土地基在荷載作用下沉降隨時(shí)間發(fā)展的過程，Terzaghi(1925)發(fā)展了一維固結(jié)理論?；仡櫸覈?0年以來巖土工程的發(fā)展，它是緊緊圍繞我國土木工程建設(shè)中出現(xiàn)的巖土工程問題而發(fā)展的。在改革開放以前，巖土工程工作者較多的注意力集中在水利、鐵道和礦井工程建設(shè)中的巖土工程問題，改革開放后，隨著高層建筑、城市地下空間利用和高速公路的發(fā)展，巖土工程者的注意力較多的集中在建筑工程、市政工程和交通工程建設(shè)中的巖土工程問題。土木工程功能化、城市立體化、交通高速化，以及改善綜合居往環(huán)境成為現(xiàn)代土木工程建設(shè)的特點(diǎn)。人口的增長加速了城市發(fā)展，城市化的進(jìn)程促進(jìn)了大城市在數(shù)量和規(guī)模上的急劇發(fā)展。人們將不斷拓展新的生存空間，開發(fā)地下空間，向海洋拓寬，修建跨海大橋、海底隧道和人工島，改造沙漠，修建高速公路和高速鐵路等。展望巖土工程的發(fā)展，不能離開對我國現(xiàn)代土木工程建設(shè)發(fā)展趨勢的分析。

一個(gè)學(xué)科的發(fā)展還受科技水平及相關(guān)學(xué)科發(fā)展的影響。二次大戰(zhàn)后，特別是在20世紀(jì)60年代以來，世界科技發(fā)展很快。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算分析能力和測試能力的提高，使巖土工程計(jì)算機(jī)分析能力和室內(nèi)外測試技術(shù)得到提高和進(jìn)步?？茖W(xué)技術(shù)進(jìn)步還促使巖土工程新材料和新技術(shù)的產(chǎn)生。如近年來土工合成材料的迅速發(fā)展被稱為巖土工程的一次革命?，F(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的一個(gè)特點(diǎn)是學(xué)科間相互滲透，產(chǎn)生學(xué)科交叉并不斷出現(xiàn)新的學(xué)科，這種發(fā)展態(tài)勢也影響巖土工程的發(fā)展。

巖土工程是20世紀(jì)60年代末至70年代初，將土力學(xué)及基礎(chǔ)工程、工程地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)三者逐漸結(jié)合為一體并應(yīng)用于土木工程實(shí)際而形成的新學(xué)科。巖土工程的發(fā)展將圍繞現(xiàn)代土木工程建設(shè)中出現(xiàn)的巖土工程問題并將融入其他學(xué)科取得的新成果。巖土工程涉及土木工程建設(shè)中巖石與土的利用、整治或改造，其基本問題是巖體或土體的穩(wěn)定、變形和滲流問題。筆者認(rèn)為下述12個(gè)方面是應(yīng)給予重視的研究領(lǐng)域，從中可展望21世紀(jì)巖土工程的發(fā)展。

區(qū)域土性經(jīng)典土力學(xué)是建立在無結(jié)構(gòu)強(qiáng)度理想的粘性土和無粘性土基礎(chǔ)上的。但由于形成條件、形成年代、組成成分、應(yīng)力歷史不同，土的工程性質(zhì)具有明顯的區(qū)域性。周鏡在黃文熙講座中詳細(xì)分析了我國長江中下游兩岸廣泛分布的、礦物成分以云母和其它深色重礦物的風(fēng)化碎片為主的片狀砂的工程特性，比較了與福建石英質(zhì)砂在變形特性、動靜強(qiáng)度特性、抗液化性能方面的差異，指出片狀砂有某些特殊工程性質(zhì)。然而人們以往對砂的工程性質(zhì)的了解，主要根據(jù)對石英質(zhì)砂的大量室內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果。周鏡院士指出：“眾所周知，目前我國評價(jià)飽和砂液化勢的原位測試方法，即標(biāo)準(zhǔn)貫入法和靜力觸探法，主要是依據(jù)石英質(zhì)砂地層中的經(jīng)驗(yàn)，特別是唐山地震中的經(jīng)驗(yàn)。有的規(guī)程中用飽和砂的相對密度來評價(jià)它的液化勢。顯然這些準(zhǔn)則都不宜簡單地用于長江中下游的片狀砂地層”。我國長江中下游兩岸廣泛分布的片狀砂地層具有某些特殊工程性質(zhì)，與標(biāo)準(zhǔn)石英砂的差異說明土具有明顯的區(qū)域性，這一現(xiàn)象具有一定的普遍性。國內(nèi)外巖土工程師們發(fā)現(xiàn)許多地區(qū)的飽和粘土的工程性質(zhì)都有其不同的特性，如倫敦粘土、波士頓藍(lán)粘土、曼谷粘土、Oslo粘土、Lela粘土、上海粘土、湛江粘土等。這些粘土雖有共性，但其個(gè)性對工程建設(shè)影響更為重要。

我國地域遼闊、巖土類別多、分布廣。以土為例，軟粘土、黃土、膨脹土、鹽漬土、紅粘土、有機(jī)質(zhì)土等都有較大范圍的分布。如我國軟粘土廣泛分布在天津、連云港、上海、杭州、寧波、溫州、福州、湛江、廣州、深圳、南京、武漢、昆明等地。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上海粘土、湛江粘土和昆明粘土的工程性質(zhì)存在較大差異。以往人們對巖土材料的共性、或者對某類土的共性比較重視，而對其個(gè)性深入系統(tǒng)的研究較少。對各類各地區(qū)域性土的工程性質(zhì)，開展深入系統(tǒng)研究是巖土工程發(fā)展的方向。探明各地區(qū)域性土的分布也有許多工作要做。巖土工程師們應(yīng)該明確只有掌握了所在地區(qū)土的工程特性才能更好地為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

模型研究本構(gòu)模型研究

在經(jīng)典土力學(xué)中沉降計(jì)算將土體視為彈性體，采用布西奈斯克公式求解附加應(yīng)力，而穩(wěn)定分析則將土體視為剛塑性體，采用極限平衡法分析。采用比較符合實(shí)際土體的應(yīng)力-應(yīng)變-強(qiáng)度(有時(shí)還包括時(shí)間)關(guān)系的本構(gòu)模型可以將變形計(jì)算和穩(wěn)定分析結(jié)合起來。自Roscoe與他的學(xué)生(1958～1963)創(chuàng)建劍橋模型至今，各國學(xué)者已發(fā)展了數(shù)百個(gè)本構(gòu)模型，但得到工程界普遍認(rèn)可的極少，嚴(yán)格地說尚沒有。巖體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系則更為復(fù)雜。看來，企圖建立能反映各類巖土的、適用于各類巖土工程的理想本構(gòu)模型是困難的，或者說是不可能的。因?yàn)閷?shí)際工程土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是很復(fù)雜的，具有非線性、彈性、塑性、粘性、剪脹性、各向異性等等，同時(shí)，應(yīng)力路徑、強(qiáng)度發(fā)揮度、以及巖土的狀態(tài)、組成、結(jié)構(gòu)、溫度等均對其有影響。

開展巖土的本構(gòu)模型研究可以從兩個(gè)方向努力：一是努力建立用于解決實(shí)際工程問題的實(shí)用模型；一是為了建立能進(jìn)一步反映某些巖土體應(yīng)力應(yīng)變特性的理論模型。理論模型包括各類彈性模型、彈塑性模型、粘彈性模型、粘彈塑性模型、內(nèi)時(shí)模型和損傷模型，以及結(jié)構(gòu)性模型等。它們應(yīng)能較好反映巖土的某種或幾種變形特性，是建立工程實(shí)用模型的基礎(chǔ)。工程實(shí)用模型應(yīng)是為某地區(qū)巖土、某類巖土工程問題建立的本構(gòu)模型，它應(yīng)能反映這種情況下巖土體的主要性狀。用它進(jìn)行工程計(jì)算分析，可以獲得工程建設(shè)所需精度的滿意的分析結(jié)果。例如建立適用于基坑工程分析的上海粘土實(shí)用本構(gòu)模型、適用于沉降分析的上海粘土實(shí)用本構(gòu)模型，等等。筆者認(rèn)為研究建立多種工程實(shí)用模型可能是本構(gòu)模型研究的方向。

在以往本構(gòu)模型研究中不少學(xué)者只重視本構(gòu)方程的建立，而不重視模型參數(shù)測定和選用研究，也不重視本構(gòu)模型的驗(yàn)證工作。在以后的研究中特別要重視模型參數(shù)測定和選用，重視本構(gòu)模型驗(yàn)證以及推廣應(yīng)用研究。只有這樣，才能更好為工程建設(shè)服務(wù)。

相互作用不同介質(zhì)間相互作用

李廣信(1998)認(rèn)為巖土工程不同介質(zhì)間相互作用及共同作用分析研究可以分為三個(gè)層次：①巖土材料微觀層次的相互作用；②土與復(fù)合土或土與加筋材料之間的相互作用；③地基與建(構(gòu))筑物之間相互作用。

土體由固、液、氣三相組成。其中固相是以顆粒形式的散體狀態(tài)存在。固、液、氣三相間相互作用對土的工程性質(zhì)有很大的影響。土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的復(fù)雜性從根本上講都與土顆粒相互作用有關(guān)。從顆粒間的微觀作用入手研究土的本構(gòu)關(guān)系是非常有意義的。通過土中固、液、氣相相互作用研究還將促進(jìn)非飽和土力學(xué)理論的發(fā)展，有助于進(jìn)一步了解各類非飽和土的工程性質(zhì)。

與土體相比，巖體的結(jié)構(gòu)有其特殊性。巖體是由不同規(guī)模、不同形態(tài)、不同成因、不同方向和不同序次的結(jié)構(gòu)面圍限而成的結(jié)構(gòu)體共同組成的綜合體，巖體在工程性質(zhì)上具有不連續(xù)性。巖體工程性質(zhì)還具有各向異性和非均一性。結(jié)合巖體斷裂力學(xué)和其它新理論、新方法的研究進(jìn)展，開展影響工程巖體穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)面幾何學(xué)效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)研究也是非常有意義的。

當(dāng)天然地基不能滿足建(構(gòu))筑物對地基要求時(shí)，需要對天然地基進(jìn)行處理形成人工地基。樁基礎(chǔ)、復(fù)合地基和均質(zhì)人工地基是常遇到的三種人工地基形式。研究樁體與土體、復(fù)合地基中增強(qiáng)體與土體之間的相互作用，對了解樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基的承載力和變形特性是非常有意義的。

地基與建(構(gòu))筑物相互作用與共同分析已引起人們重視并取得一些成果，但將共同作用分析普遍應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)，其差距還很大。大部分的工程設(shè)計(jì)中，地基與建筑物還是分開設(shè)計(jì)計(jì)算的。進(jìn)一步開展地基與建(構(gòu))筑物共同作用分析有助于對真實(shí)工程性狀的深入認(rèn)識，提高工程設(shè)計(jì)水平。現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展為地基與建(構(gòu))筑物共同作用分析提供了良好的條件。目前迫切需要解決各類工程材料以及相互作用界面的實(shí)用本構(gòu)模型，特別是界面間相互作用的合理模擬。

測試技術(shù)巖土工程測試技術(shù)不僅在巖土工程建設(shè)實(shí)踐中十分重要，而且在巖土工程理論的形成和發(fā)展過程中也起著決定性的作用。理論分析、室內(nèi)外測試和工程實(shí)踐是巖土工程分析三個(gè)重要的方面。巖土工程中的許多理論是建立在試驗(yàn)基礎(chǔ)上的，如Terzaghi的有效應(yīng)力原理是建立在壓縮試驗(yàn)中孔隙水壓力的測試基礎(chǔ)上的，Darcy定律是建立在滲透試驗(yàn)基礎(chǔ)上的，劍橋模型是建立在正常固結(jié)粘土和微超固結(jié)粘土壓縮試驗(yàn)和等向三軸壓縮試驗(yàn)基礎(chǔ)上的。測試技術(shù)也是保證巖土工程設(shè)計(jì)的合理性和保證施工質(zhì)量的重要手段。

巖土工程測試技術(shù)一般分為室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)、原位試驗(yàn)技術(shù)和現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)等幾個(gè)方面。在原位測試方面，地基中的位移場、應(yīng)力場測試，地下結(jié)構(gòu)表面的土壓力測試，地基土的強(qiáng)度特性及變形特性測試等方面將會成為研究的重點(diǎn)，隨著總體測試技術(shù)的進(jìn)步，這些傳統(tǒng)的難點(diǎn)將會取得突破性進(jìn)展。虛擬測試技術(shù)將會在巖土工程測試技術(shù)中得到較廣泛的應(yīng)用。及時(shí)有效地利用其他學(xué)科科學(xué)技術(shù)的成果，將對推動巖土工程領(lǐng)域的測試技術(shù)發(fā)展起到越來越重要的作用，如電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子測量技術(shù)、光學(xué)測試技術(shù)、航測技術(shù)、電、磁場測試技術(shù)、聲波測試技術(shù)、遙感測試技術(shù)等方面的新的進(jìn)展都有可能在巖土工程測試方面找到應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)。測試結(jié)果的可靠性、可重復(fù)性方面將會得到很大的提高。由于整體科技水平的提高，測試模式的改進(jìn)及測試儀器精度的改善，最終將導(dǎo)致巖土工程方面測試結(jié)果在可信度方面的大大改進(jìn)。

問題分析雖然巖土工程計(jì)算機(jī)分析在大多數(shù)情況下只能給出定性分析結(jié)果，但巖土工程計(jì)算機(jī)分析對工程師決策是非常有意義的。開展巖土工程問題計(jì)算機(jī)分析研究是一個(gè)重要的研究方向。巖土工程問題計(jì)算機(jī)分析范圍和領(lǐng)域很廣，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算分析領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大。除前面已經(jīng)談到的本構(gòu)模型和不同介質(zhì)間相互作用和共同分析外，還包括各種數(shù)值計(jì)算方法，土坡穩(wěn)定分析，極限數(shù)值方法和概率數(shù)值方法，專家系統(tǒng)、AutoCAD技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在巖土工程中應(yīng)用，以及巖土工程反分析等方面。巖土工程計(jì)算機(jī)分析還包括動力分析，特別是抗震分析。巖土工程計(jì)算機(jī)數(shù)值分析方法除常用的有限元法和有限差分法外，離散單元法(DEM)、拉格朗日元法(FLAC)，不連續(xù)變形分析方法(DDA)，流形元法(NMM)和半解析元法(SAEM)等也在巖土工程分析中得到應(yīng)用。

根據(jù)原位測試和現(xiàn)場監(jiān)測得到巖土工程施工過程中的各種信息進(jìn)行反分析，根據(jù)反分析結(jié)果修政設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工。這種信息化施工方法被認(rèn)為是合理的施工方法，是發(fā)展方向。2

可靠度在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中我國已采用以概率理論為基礎(chǔ)并通過分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在這一點(diǎn)尚未統(tǒng)一。應(yīng)用概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法是方向。由于巖土工程的特殊性，巖土工程應(yīng)用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)在技術(shù)上還有許多有待解決的問題。目前要根據(jù)巖土工程特點(diǎn)積極開展巖土工程問題可靠度分析理論研究，使上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法盡早統(tǒng)一起來。

環(huán)境巖土工程研究環(huán)境巖土工程是巖土工程與環(huán)境科學(xué)密切結(jié)合的一門新學(xué)科。它主要應(yīng)用巖土工程的觀點(diǎn)、技術(shù)和方法為治理和保護(hù)環(huán)境服務(wù)。人類生產(chǎn)活動和工程活動造成許多環(huán)境公害，如采礦造成采空區(qū)坍塌，過量抽取地下水引起區(qū)域性地面沉降，工業(yè)垃圾、城市生活垃圾及其它廢棄物，特別有毒有害廢棄物污染環(huán)境，施工擾動對周圍環(huán)境的影響等等。另外，地震、洪水、風(fēng)沙、泥石流、滑坡、地裂縫、隱伏巖溶引起地面塌陷等災(zāi)害對環(huán)境造成破壞。上述環(huán)境問題的治理和預(yù)防給巖土工程師們提出了許多新的研究課題。隨著城市化、工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程加快，環(huán)境巖土工程研究將更加重要。應(yīng)從保持良好的生態(tài)環(huán)境和保持可持續(xù)發(fā)展的高度來認(rèn)識和重視環(huán)境巖土工程研究。

設(shè)計(jì)理論按沉降控制設(shè)計(jì)理論

建(構(gòu))筑物地基一般要同時(shí)滿足承載力的要求和小于某一變形沉降量(包括小于某一沉降差)的要求。有時(shí)承載力滿足要求后，其變形和沉降是否滿足要求基本上可以不驗(yàn)算。這里有二種情況：一種是承載力滿足后，沉降肯定很小，可以不進(jìn)行驗(yàn)算，例如端承樁樁基礎(chǔ)；另一種是對變形沒有嚴(yán)格要求，例如一般路堤地基和砂石料等松散原料堆場地基等。也有沉降量滿足要求后，承載力肯定滿足要求而可以不進(jìn)行驗(yàn)算。在這種情況下可只按沉降量控制設(shè)計(jì)。

在深厚軟粘土地基上建造建筑物，沉降量和差異沉降量控制是問題的關(guān)鍵。軟土地基地區(qū)建筑地基工程事故大部分是由沉降量或沉降差過大造成的，特別是不均勻沉降對建筑物的危害最大。深厚軟粘土地基建筑物的沉降量與工程投資密切相關(guān)。減小沉降量需要增加投資，因此，合理控制沉降量非常重要。按沉降控制設(shè)計(jì)既可保證建筑物安全又可節(jié)省工程投資。

按沉降控制設(shè)計(jì)不是可以不管地基承載力是否滿足要求，在任何情況下都要滿足承載力要求。按沉降控制設(shè)計(jì)理論本身也包含對承載力是否滿足要求進(jìn)行驗(yàn)算。

地基性狀在周期荷載或動力荷載作用下，巖土材料的強(qiáng)度和變形特性，與在靜荷載作用下的有許多特殊的性狀。動荷載類型不同，土體的強(qiáng)度和變形性狀也不相同。在不同類型動荷載作用下，它們共同的特點(diǎn)是都要考慮加荷速率和加荷次數(shù)等的影響。近二三十年來，土的動力荷載作用下的剪切變形特性和土的動力性質(zhì)(包括變形特性和動強(qiáng)度)的研究已得到廣泛開展。隨著高速公路、高速鐵路以及海洋工程的發(fā)展，需要了解周期荷載以及動力荷載作用下地基土體的性狀和對周圍環(huán)境的影響。與一般動力機(jī)器基礎(chǔ)的動荷載有所不同，高速公路、高速鐵路以及海洋工程中其外部動荷載是運(yùn)動的，同時(shí)自身又產(chǎn)生振動，地基土體的受力狀況將更復(fù)雜，土體的強(qiáng)度、變形特性以及土體的蠕變特性需要進(jìn)一步深入的研究，以滿足工程建設(shè)的需要。交通荷載的周期較長，交通荷載自身振動頻率也低，荷載產(chǎn)生的振動波的波長較長，波傳播較遠(yuǎn)，影響范圍較大。高速公路、高速鐵路以及海洋工程中的地基動力響應(yīng)計(jì)算較為復(fù)雜，研究交通荷載作用下地基動力響應(yīng)計(jì)算方法，從而可進(jìn)一步研究交通荷載引起的荷載自身振動和周圍環(huán)境的振動，對實(shí)際工程具有廣泛的應(yīng)用前景。

勘察規(guī)范巖土工程中的勘察規(guī)范

巖土工程建設(shè)首先必須按照既定的勘察規(guī)范進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，然后查明不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害，并作出正確的勘察報(bào)告，之后才能進(jìn)行有條不紊的施工。

①先勘察、后設(shè)計(jì)、再施工。這既是《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》的規(guī)定，也是工程建設(shè)必須遵守的程序，更是國家一再強(qiáng)調(diào)的基本政策。但多年來，一些工程不進(jìn)行巖土工程勘察就設(shè)計(jì)施工，造成工程安全事故或安全隱患。例如：轟動全國的2000年5月1日重慶武隆縣的邊坡垮塌事件，致使一幢建筑面積為4061平方米的9層樓房被摧毀掩埋，造成79人死亡，4人受傷。經(jīng)調(diào)查認(rèn)定，這起地質(zhì)災(zāi)害事故的發(fā)生，既有地質(zhì)原因，也有諸多的人為因素，其中之一是業(yè)主及施工組織者在沒有任何勘察、設(shè)計(jì)資料的情況下，進(jìn)行坡地的切坡施工，造成嚴(yán)重的工程事故。為此，明確規(guī)定，各項(xiàng)工程建設(shè)在設(shè)計(jì)施工之前，必須按基本建設(shè)程序進(jìn)行土工程勘察。

②勘察主要是為設(shè)計(jì)服務(wù)的，我國的工程設(shè)計(jì)程序，對大型、特大型工程的工程設(shè)計(jì)一般分選址階段設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)，所以對應(yīng)于設(shè)計(jì)各階段的要求，需進(jìn)行可行性研究階段勘察、初步勘察和詳細(xì)勘察。工程條件、地質(zhì)條件簡單的工程可直接進(jìn)行詳細(xì)勘察。詳細(xì)勘察是按單體建筑或建筑群進(jìn)行勘察，提供詳細(xì)的地質(zhì)資料，對建筑地基作巖土工程評價(jià)，提出對地基類型、基礎(chǔ)形式、地基處理、基坑支護(hù)、工程降水、不良地質(zhì)作用防治等方面的建議，滿足施工圖設(shè)計(jì)要求。

③80年代以來，我國開始推行巖土工程體制，勘察工作不但需要反映場地的地質(zhì)條件，而且要結(jié)合工程設(shè)計(jì)、施工條件以及地基處理要求進(jìn)行巖土工程評價(jià)，提出解決巖土工程的建議，避免勘察和設(shè)計(jì)之間在了解自然、認(rèn)識自然和改造利用自然方面的脫節(jié)。

④很多地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，容易產(chǎn)生危害工程安全和環(huán)境安全的地質(zhì)災(zāi)害，因此必須嚴(yán)格按照巖土工程中的勘察規(guī)范進(jìn)行勘察分析，并要對其發(fā)展趨勢作出預(yù)測和預(yù)防。

問題研究特殊巖土工程問題研究

展望巖土工程的發(fā)展，還要重視特殊巖土工程問題的研究，如：庫區(qū)水位上升引起周圍山體邊坡穩(wěn)定問題；越江越海地下隧道中巖土工程問題；超高層建筑的超深基礎(chǔ)工程問題；特大橋、跨海大橋超深基礎(chǔ)工程問題；大規(guī)模地表和地下工程開挖引起巖土體卸荷變形破壞問題；等等。

巖土工程是一門應(yīng)用科學(xué)，是為工程建設(shè)服務(wù)的。工程建設(shè)中提出的問題就是巖土工程應(yīng)該研究的課題。巖土工程學(xué)科發(fā)展方向與土木工程建設(shè)發(fā)展態(tài)勢密切相關(guān)。世界土木工程建設(shè)的熱點(diǎn)移向東亞、移向中國。中國地域遼闊，工程地質(zhì)復(fù)雜。中國土木工程建設(shè)的規(guī)模、持續(xù)發(fā)展的時(shí)間、工程建設(shè)中遇到的巖土工程技術(shù)問題，都是其它國家不能相比的。這給我國巖土工程研究躋身世界一流并逐步處于領(lǐng)先地位創(chuàng)造了很好的條件。展望21世紀(jì)巖土工程的發(fā)展，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，讓我們共同努力將中國巖土工程推向一個(gè)新水平。2

就業(yè)情況巖土工程就業(yè)方向隨著近幾年來我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加大，以北京為例，不斷擴(kuò)大覆蓋面積的地鐵線路，不斷拆了又蓋的住宅小區(qū)等等都是城市化發(fā)展的最直觀的體現(xiàn)。在這種情況下巖土工程專業(yè)的專業(yè)知識就尤為重要。巖土工程主要研究的是建筑工程、市政工程和交通工程建設(shè)中的巖土工程問題。這正是建設(shè)中必不可少的。所以其就業(yè)領(lǐng)域很廣，如房屋建筑基礎(chǔ)、橋梁及其他大型構(gòu)筑物基礎(chǔ)、巖土邊坡工程、路基工程、山地災(zāi)害防治工程等。

不過由于巖土工程專業(yè)比較偏向于研究，在真正的工程建設(shè)中還是有較大的區(qū)別，所以如果巖土工程專業(yè)讀到博士會有更好的發(fā)展前景。

巖土工程碩士畢業(yè)生就業(yè)有以下幾個(gè)方向：

1、可到建筑、市政、鐵路、公路、水電、國防等行業(yè)中從事巖土工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、施工、工程技術(shù)管理或工程監(jiān)理等方面的工作。

2、可到相應(yīng)的高等院?；蜓芯繂挝粡氖陆虒W(xué)或科研工作。

巖土工程就業(yè)前景：

1、改革開放前后對巖土工程工作者的需求

在改革開放以前，巖土工程工作者較多的注意力集中在水利、鐵道和礦井工程建設(shè)中的巖土工程問題，改革開放后，隨著高層建筑、城市地下空間利用和高速公路的發(fā)展，巖土工程者的注意力較多的集中在建筑工程、市政工程和交通工程建設(shè)中的巖土工程問題。土木工程功能化、城市立體化、交通高速化，以及改善綜合居往環(huán)境成為現(xiàn)代土木工程建設(shè)的特點(diǎn)。人口的增長加速了城市發(fā)展，城市化的進(jìn)程促進(jìn)了大城市在數(shù)量和規(guī)模上的急劇發(fā)展。人們將不斷拓展新的生存空間，開發(fā)地下空間，向海洋拓寬，修建跨海大橋、海底隧道和人工島，改造沙漠，修建高速公路和高速鐵路等。展望巖土工程的發(fā)展，可謂是一棵常青樹。

2、挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存的就業(yè)前景

巖土工程是一門應(yīng)用科學(xué)，是為工程建設(shè)服務(wù)的。工程建設(shè)中提出的問題就是巖土工程應(yīng)該研究的課題。巖土工程學(xué)科發(fā)展方向與土木工程建設(shè)發(fā)展態(tài)勢密切相關(guān)。世界土木工程建設(shè)的熱點(diǎn)移向東亞、移向中國。中國地域遼闊，工程地質(zhì)復(fù)雜。中國土木工程建設(shè)的規(guī)模、持續(xù)發(fā)展的時(shí)間、工程建設(shè)中遇到的巖土工程技術(shù)問題，都是其它國家不能相比的。這給我國巖土工程研究躋身世界一流并逐步處于領(lǐng)先地位創(chuàng)造了很好的條件。展望21世紀(jì)巖土工程的發(fā)展，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。

3、從現(xiàn)實(shí)角度來看就業(yè)現(xiàn)狀

對于土木工程專業(yè)的學(xué)生來說， 就業(yè)不是個(gè)難題，就看你持有怎樣的態(tài)度。有人說巖土是偏于研究型的，其實(shí)干施工只要是大土木都行，觸類旁通，但如果立志于做出成果，還得繼續(xù)深造。

巖土工程推薦院校中科院武漢巖土力學(xué)研究所、同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)、河海大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、中南大學(xué)、西南交通大學(xué)、大連理工大學(xué)、東南大學(xué)、武漢大學(xué)、北京交通大學(xué)、重慶大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、湖南大學(xué)、天津大學(xué)、西安理工大學(xué)、成都理工大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)。

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