論巖土工程的發展與展望

趙彩飛，梁仁旺

（太原理工大學，山西 太原 030024）

1 引言

巖土工程是一門將巖體力學、工程地質學以及土力學基礎工程三者結合在一起，用于土木工程實踐的新學科。展望巖土工程的發展，需要綜合考慮巖土工程各個學科的特點，結合工程建設中對巖土工程新的要求，以及其相關學科的發展對巖土工程產生的影響。巖土工程所研究的對象為土體和巖體。土體和巖體在其形成的漫長歷史過程中，經歷了各種各樣的地質作用，所以有著相當復雜的結構和力學性質。土體和巖體都存在著地域性的差異，所以不同地區的工程性質也存在著差異。

土和巖石的滲透特性、變形特性以及強度特性均需要通過試驗來測定。而由于在取樣和試驗過程中，都不可避免地改變了試樣的邊界條件、初始應力等，所以測試得到的結果難免存在誤差，因此不估計。

巖石與土的材料以及試驗特征，決定了巖土工程這門學科的特殊性。巖土工程學科是一門應用學科，在這門學科的運用中，想要得出滿意的結果，需要應用綜合的理論知識、室內外試驗的檢測結果以及工程師的工程經驗。巖土工程學的發展是緊緊圍繞著土木工程中出現的巖土問題而發展的，國家建設的迅猛發展帶動了土木工程的大肆發展，進而推動了巖土工程的的發展；同時由于計算機電子產業的興起，提高了巖土工程的分析、計算、測試能力；新型材料和新型技術的出現，推動了巖土工程的技術革命。

2 測試巖土技術

在現代巖土工程中，鉆探取樣是勘測巖土性狀的核心辦法，鉆探技術以及檢測技術隨著科技的進步已經取得了長足的進步。在工程實踐中，運用高新科技實現鉆機以及試驗的智能化，盡可能節省時間、人力和物力，依然是巖土工程施工的主要方向。

2.1 靜力觸探（CPT）

CPT為一種電子的測試技術。試驗過程中先向土體內壓入錐形探頭，分析土體對探頭反作用所引起的電阻率變化，進而求出側壁的摩阻以及錐尖的阻力，然后繪制出隨深度變化的相關曲線，根據此曲線精確地劃分出各地層，并計算各個地層的承載力和抗剪強度。這類試驗在計算樁的樁端反力和側阻力中精度很高。

目前，靜力觸探向多功能發展，它不僅可以分層鑒別各土層，還可以測試土體的固結系數，判斷砂土液化和震陷，估測土的抗剪強度、應力史、地基變形模量、單樁承載力。在新的CPT技術中，聲波遙感技術將會取代電阻應變，進而實現無電纜操作試驗。試驗的貫入深度將不會受到設備和地層的限制，并將目前的4大功能（貫入阻力、孔隙壓力、側壁摩阻和測斜）探頭變為不同功能的探頭或者多功能探頭。

2.2 自鉆旁壓儀（PMT）

在原位試驗當中，邊界條件最為明確的一類試驗就是自鉆旁壓儀（PMT），但是其試驗成果卻很難應用于實踐。近年來，由于電腦自動化控制與微處理器的發展，以及臨界狀態土力學的漸漸成熟，使PMT試驗的成果分析有了新的發展；自鉆旁壓儀和智能化鉆機組合，在試驗中克服了深度的限制；遙感技術的發展使得后期數據處理能夠自動完成。

2.3 標準貫入試驗（SPT）

目前，在國際上最常用、應用最廣的勘探及原位試驗仍是標準貫入試驗。到目前為止，SPT仍是在世界上地震和震陷液化發生地區積累最多經驗的原位試驗，所以，評定液化和震陷最為權威的試驗是標準貫入試驗。標準貫入試驗中，采用智能化鉆機在標貫取樣和控制自由落錘的沖擊能方面得到更好的發展，使得試驗數據更加準確。

2.4 側脹儀（DMT）

側脹儀也稱為應力鏟或者扁鏟。側脹儀可以更加快捷、經濟、準確地測定土力學的各個重要參數，此方法已被列入歐洲、美國的規范。側脹儀可用在確定不排水剪切強度CU（黏土）、約束模量M（黏土和砂土）、確定土的分層、計算沉降量、控制壓實密度等試驗中，也可以測定黏土的側壓力系數和超固結比、模擬側向荷載下樁的荷載-位移曲線、判斷砂土液化程度，還可以得到黏土的滲透系數和固結系數，確定黏土斜坡中滑移面的位置。

3 巖土工程的研究方法

巖土工程作為土木工程的分支，已經廣泛涉及到了各行各業，研究巖土工程學的方法也是多種多樣的。

3.1 分析巖土工程的可靠度

設計地基基礎時，一般設計方向是采用以概率理論為基礎的極限狀態的設計方法。而由于巖土工程學本身的特殊性，此類設計在巖土工程應用技術上還存在著許多未能解決的問題。目前，結合巖土工程的自身特點，進行巖土工程問題的可靠度分析的理論研究，實現了地基基礎設計方法與上部結構設計方向的統一。

3.2 沉降的設計理論

建（構）筑物的地基一般需要同時滿足其極限承載力和小于變形沉降量的要求。有時滿足承載力的要求后，可不驗算其沉降量和變形量，這基本有以下兩類情況：一類是對變形量沒有嚴格的要求；另一類是在滿足承載力之后，沉降量很小，可不驗算。建筑物若建造在深厚的軟黏土地基基礎上，控制沉降量與差異沉降量是設計的關鍵。軟土地基上的大部分工程事故都是由建筑物沉降所引起的，加固沉降需要加大投資，所以，合理的設計方案不僅可以控制建筑物的沉降，而且可以有效節約工程成本。

3.3 基坑工程中圍護體系的變形與穩定

建筑技術不斷進步，使得對地下工程的要求逐步增高，深基坑工程量也隨之增加，在工程中，基坑穩定性和變形非常重要。計算變形與穩定性需要著重注意以下方面：圍護結構的優化設計、土壓力的計算、圍護結構的變形、圍護體系的形式和基坑開挖時對周圍造成的影響等?；庸こ淌且粋€非常系統的工程，要同時考慮到土的變形、滲流和穩定這3方面的問題，結合土體和結構的協同合作，作為一個綜合性問題來進行考慮。

3.4 復合地基

復合地基是指在處理天然地基的過程中，置換或增強部分土體，又或在天然地基中加入一些材料，因此，加固區是增強體和天然地基兩部分共同組成的地基?？茖W技術的迅速發展，使得復合地基也得到了很多的技術支持，出現了各類型組合形式。根據增強體的方向，復合地基可分為豎向和水平兩大類，同時由于荷載的傳遞機理，豎向復合地基又可分為剛性樁復合地基、柔性樁復合地基和散體材料樁復合地基。

3.5 巖土工程的發展

巖土工程的發展基礎是技術創新，新技術的開發帶動工程施工工藝的改進，可以進一步提高施工的質量，拓寬巖土工程的涉及范圍，巖土工程學科的生命力也得到了加強。在不斷發展新技術的基礎上，應該特別重視以下幾個特殊巖土工程問題的研究：越海越江地下隧道中巖土方面的工程問題；水庫區域由于水位的變化引起的山體邊坡上的問題；超高層建筑要求的超深基礎中的巖土問題；大型地下工程中土體變形、破壞問題等。

4 結束語

總而言之，將巖土工程與現代科技緊密結合，不斷克服各種復雜的地質條件，提高勘探、設計、研究水平是巖土工程一直以來的方向。此外，多接觸國際先進技術，互相交流工程經驗，促進巖土工程事業的共同發展，將巖土工程學科推向新的高度。

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