時間：2023-03-20 16:21:55
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土以碎散的顆粒為骨架，由固、液、氣三相物質組成；在其由巖石風化的生成、搬運和沉積過程中幾經滄桑，形成了不同于其他材料的復雜的力學性質，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關系理論數學模型不下百種，動用了傳統力學和現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展起來的，以有限元為代表的數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。其計算結果與光彈試驗結果毫厘不差，結果光彈試驗很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數值計算中首先被假設為連續體，然后被離散化，假設各單元間的結點位移協調，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（DiscontinuousDeformationAnalysis）為代表的離散單元計算方法在計算某些農產品（如谷類）和工業零件（如滾珠）時是相當成功的。以至被稱為“數值試驗”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。
數學模型和數值計算預測的另一個難點是土的參數的選取，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生應力釋放，會破壞其結構性。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果。
在我國每年發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據的驗證，其結果也常常是“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。可惜后者較少。
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實例。其結果是保密的，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、基本試驗的數據（為確定有關參數）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）。全部預測結果上交以后，公布試驗結果。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。這是一種客觀、公正和有權威性的檢查比較方式。也是推動巖土工程發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。
試驗方法和設備的檢驗比較
1.不同儀器的相同試驗的檢驗
1982年在法國Grenoble召開的“土的本構關系國際研討會”上①，用劍橋式的立方體真三軸儀分別由德國的Karlsrube大學和法國的Grenoble大學對同樣的砂土和粘性土進行復雜應力路徑和應變路徑的真三軸試驗，兩份試驗結果是存在著差別的。由于使用的儀器與土料都是相同的，差別主要源于操作方法和技巧。
1987年在美國克里夫蘭召開的“非粘性土的本構關系國際研討會”上②，利用美國Case大學的空心圓柱扭剪儀和法國Grenoble大學的劍橋式立方體真三軸儀進行砂土的相同應力路徑的試驗。試驗內容包括：
(1)b＝不同常數的不同密度兩種砂土的真三朝試驗；其中，b=（σ1-σ2）／（σ1-σ3）
(2)在π平面上應力路徑為圓周（兩周）的的真三軸試驗。
（b=常數的真三軸試驗與空心圓柱試驗的比較）表示了對于Hostun密砂（干密度ρd＝1.65g/cm3）在b＝不同常數，中主應力ρ2=500kPa保持不變，用兩種儀器試驗得到的軸向應力與軸向應變關系曲線，軸向應變和體應變的關系曲線。可見在b=0和0.28時，不同儀器試驗結果的差別是很大的。但是在評價它們時，主持者說：對于軸應變，除了0.286的結果很差（verypoor）以外，其他的曲線符合的很好(verywell)；（b.體應變εv與軸向應變εz間試驗曲線）的曲線認為符合得很優良（excellent）。對比我們的一些論文中理論與實際曲線二者絲絲入扣的符合，就顯得很不真實。在這兩個試驗中試樣的破壞形態也有很大不同：空心圓柱試樣發生頸縮；立方體試樣產生V形的剪切帶。這些差別可能是由于試樣的制樣方法不同，試樣中的實際應力分布不同和試驗中的邊界條件不同引起的。
2.土工離心機模型試驗
1986年由歐洲共同體資助，發起“土工離心機的合作試驗”③。參賽者有三家：英國的劍橋大學、法國的道橋中心研究室和丹麥的工程院。試驗的內容是模擬飽和砂土地基上的圓形淺基礎的承載力和荷載—沉降關系。試驗土料統一為巴黎盆地天然沉積的一種均勻石英細砂。模型地基的孔隙比規定為e=0.66(相對密度Dr=86％)，規定圓形基礎的模型尺寸為直徑D=56.6mm,離心加速度＝28.2g，基底完全粗糙。此前，由丹麥巖土研究所對于這種土進行了物性試驗和三軸試驗，其結果公布于眾。要求荷載—沉降關系表示成無量綱的變量q/γˊnb-s/b公關系曲線。
其中：
q=基礎上施加的荷載(kPa)
γˊ=乙土的浮容重(kN-m3)
n=重力加速度水平，即模型比尺
b=模型基礎的尺寸(m)
s=基礎的中心垂直沉降(m)
同時也進行了相同條件下的現場載荷試驗，以便與模型試驗結果對比。
這三家使出了渾身解數，精心制樣、安裝、運轉和量測，反復摸索，反復校驗，校正各種參數和影響因素。劍橋大學還在離心機上作了靜力觸探試驗。最后，劍橋大學提交了一組試驗結果，另外兩家按要求給出了一條曲線。圖2（圓形天然淺基礎的試驗荷載-沉降關系曲線）表示了其試驗結果，其中劍橋大學是筆者選取的最接近于要求的條件的試驗結果(e＝0.664)。
可見，這種世界先進水平的土工離心模型試驗的誤差在±30%以上。值得提出的是，這是一種條件非常簡單明確的模型試驗。而現場的工程實際情況的條件和影響因素遠比這復雜。在這個試驗中，加載速率、模型地基砂的密度、制樣方法和運行程序對試驗結果都有影響。例如劍橋大學的試驗表明，砂土的孔隙比變化0.01（相當于相對密度變化3％），則其承載力變化18％，如圖3（地基承載力與模型地基孔隙比間關系—劍橋大學試驗結果）所示。而由于模型地基是先制樣，后運轉，保證地基內砂土處處均勻，孔隙比誤差在0.01范圍內是有較大難度的。
3.單樁的動測法的考試
1992年在荷蘭海牙進行了一次動測樁的“考試”④。在第一輪，10根預制樁預先被沉入地基，樁徑250mm，樁長18m（7#樁17m）。要求測出其預制的“缺陷”。其中一根樁完整無缺；其余的9根樁各有缺陷：頸縮、擴徑和在不同部位的10mm寬，130mm深的刻槽。事先由特爾夫公司進行了地基勘察，將土層資料公布于眾。有12家具有國際聲譽的公司參賽，用小應變動測法檢測。結果是：平均測對4根；最多對7根，最少對兩根。沒有一家測出那根完整無損的樁。他們認為對于只有10mm寬的缺痕很難分辨。
第二輪是沉入11.5m-19m長的5根樁，然后用靜載荷試驗測出極限承載力。10家公司用大應變動測法測試其極限承載力。其結果也不樂觀。比如，由靜載試驗為340kN的一根樁，各家給出的結果分布在90kN-510kN的范圍。
4.堤防隱患檢測的“大比武”
我國目前有各類堤防25萬公里，很多已具有幾百年的歷史。是民堤逐年加高培厚或者在汛期搶修形成的。地質條件及堤身土料和質量千差萬別，隱患很多。1998年洪水期間發生的許多險情和決口都是由于滲透通道形成的管涌和蟻穴鼠洞、裂隙異物和局部疏松土體等造成的。為此水利部和防汛辦于1999年3月在湖南宜陽召開了“堤防隱患綜合檢測技術檢驗會”也北被稱為“大比武”。
有我國的十幾家科研院所、大專院校和少數廠家（包括美國的勞雷公司）參加。檢測堤段位于宜陽的一段廢堤上。每個參賽的檢測方法負責200米堤段，時間是兩小時。幾處“隱患”是事先人工布置的，埋設了稻草、鋼管，模擬蟻穴和鼠洞。一般在兩米深范圍內。人們使用的測試手段包括：高密度電阻率法、瞬變電磁法、地震波法、彈性波法和探地雷達等。這些方法都有一定的分辨率限制，即分辨尺寸與深度之比一般是相對固定的。因而兩米深的隱患的檢測不應算是難題。檢測結果聘請有關專家評審，打分。圖4（堤防隱患的檢測結果評分）所給的分數只是相對的。組織者對于測試結果是不滿意的。參賽者各自對其結果的誤差的原因進行了解釋。針對這種結果，水利部斥資幾百萬，開展專題研究，目標是“傻瓜”式的快速檢測儀器和方法。關鍵問題可能是要結合各地具體情況和長期的抗洪防汛經驗，因地制宜，積累資料和經驗，合理判釋，儀器才會發揮作用。很難想象，可以身背“傻瓜機”，走遍天下都會靈驗。
土的本構關系的檢驗
80年代以來，關于土的本構關系的“考試”至少進行了3次。1980年美國和加拿大召開了“巖土工程中極限平衡、塑性理論和一般的應力應變關系北美研討會”⑤。會前用兩種天然粘土、一種重塑的高嶺粘土和渥太華砂進行了一系列試驗。試驗包括：
平均主應力p=常數的三軸試驗，
b＝常數的真三軸試驗
砂土在π平面上應力路徑為圓周的真三軸試驗
天然粘土大主應力方向與其沉積方向成不同角度的三軸試驗。
事先將土的物性參數和基本試驗的結果公開提供。然后在全世界范圍征求參賽者。參加預測的有個不同國家的17個本構模型。從給出的結果看，軸向應力應變關系（σ1-σ3）~ε1預測的精度一般尚可；體應變預測的精度差別很大。對于應力路徑在π平面上為圓周的情況，許多模型無能為力。由于原狀土的各向異性，對于其循環加載和超固結性狀很難預測，只有少數模型參加了預測。結果表明，沒有一個模型能夠合理地預測所有的試驗情況。正如會議主席Finn所說：“沒有給任何一個本構模型戴上王冠”。這也是符合當前的土力學理論發展的現狀的。
1982年在法國召開了“土的本構關系國際研討會”人們用不同的理論模型對砂土和粘土的復雜應力路徑和應變路徑的試驗結果進行了類似的預測。如上所述，也對試驗本身進行了檢驗⑥。
1987年在美國克里夫蘭召開了“非粘性土的本構關系國際研討會”⑦。會議征求對真三軸試驗和空心扭剪試驗結果用理論模型進行預測。共有世界各國的32個土的本構模型參賽。其中包括：
3個次彈性模型(H)
3個增量非線性彈性模型(I)
1個內時模型(E)
9個具有一個屈服面的彈塑性模型(EP1)
10個具有兩個屈服面的彈塑性模型(EP2)
6個其他形式的彈塑性模型(EP)
會議將預測結果與試驗結果比較，按四個單項評分。評分的標準見圖5（本結構模型預測的評分標準）。規定了上下限，按統計方法打分。圖6（軸向應力應變關系得分的直方圖—滿分100）與圖7（體應變與軸向應變關系得分的直方圖—滿分100）表示出b＝常數的真三軸試驗的預測得分情況。可見其軸向應力應變關系預測經過還差強人意；而體應變的預測則基本是全不及格。
這些“考試”基本上反映了人們當前認識和描述土的應力應變關系的能力和水平。它表明，即使對于實驗室制作的重塑土試樣，其應力應變關系也是相當復雜的。現有的關于土的本構關系的數學模型的描述能力在精度和條件方面都是有限的。有的模型使用了20多個，甚至40多個常數，結果仍然不另人滿意。
1．土工加筋擋土墻的計算
60年代以來，隨著計算機和計算技術的發展，土工數值計算大大加強了我們解決復雜的巖土工程邊值問題的能力。有人提出可將土力學分成理論土力學、實驗土力學和計算土力學三部分。由于它幾乎可以精神任何邊值問題，似乎一臺打計算機，幾頁打印紙，就可以馳騁在巖土工程的所有領域。這種表現上的簡單、快捷和“精確”，常使青年巖土工作者產生誤解，忽視了其與實際工程問題間的距離，輕視在巖土工程實踐中積累經驗的重要意義。
加筋土的計算是巖土數值計算中很有代表性的課題。它涉及到土的本構模型，筋材的應力應變關系模型和筋土間的界面模型及這些模型涉及的參數。目前已經有較多的計算程序和經驗。1991年在美國的科羅拉多大學，由美國聯邦公路局資助，在足尺試驗的基礎上進行了加筋土計算的競賽⑧。
目標試驗是在一個高3.05米，寬1.22米，長2.084米的大型的試驗槽中進行的。鋪設了12層長為1.68米的無紡土工織物，作成土工織布加筋擋土墻。墻頂采用氣囊加壓。氣囊下鋪設5厘米的砂墊層。試驗用的土料有兩種：一種是均勻的砂土，D50=0.42m；另一種為粉質粘土，塑限Wp=19％，液限Wl=37%。事先公布了砂土的三軸試驗，粘土的不同排水條件下的三軸試驗，土工布的拉伸試驗和筋土問的界面直剪試驗等試驗的結果。征求世界各國同行們進行數值計算，預算試驗觀測結果。預測項日有：
(1)兩種加筋擋土墻在頂部加載103.5kPa以后的墻頂最大位移、不同位置的墻面位移及筋的應變
(2)在加載100小時后的以上各項位移和應變
共有15個不同國家的大學和研究單位參賽。包括美國的科羅拉多大學等8家，英國的哥拉斯格大學等兩家，日本的東京大學等3家。中國和加拿大各一家。其中14家參加了荷載—變形和應變關系的預測。計算的結果見圖8（砂土加筋擋土墻的墻頂最大位移計算的誤差）和圖9（粘土加筋擋土墻的墻頂最大位移計算的誤差）。它們分別表示了砂土和粘土在上述荷載下的墻頂最大位移的預測誤差。有幾家沒有預測粘土加筋擋土墻，有幾家計算得到的結果表明，在此荷載下擋土墻早就破壞。只有少數計算的誤差在30％以內。
對于砂土加筋擋土墻試驗的破壞荷載是207kPa，預測值從10kPa到517kPa不等。粘土加筋擋土墻在荷載加到230kPa時由于氣囊爆破而未能繼續試驗，但擋土墻并沒有破壞。計算的破壞荷載在21kPa到207kPa之間。其誤差之大令人沮喪。
2．土的液化分析方法的檢驗
在1989-1994年間由美國NSF撥款350萬美元，資助用離心機模型試驗來檢驗地震反應分析方法。這是NSF歷年來投入單項經費最多的項目。項目簡稱VELACS。參加的單位和個人包括：美國加州大學戴維斯分校，加州理工大學，英國劍橋大學等7座大學；其中有10名美國國家科學院院士和英國皇家學會會員。參加考試的考生有美、加、日和歐洲的23個數值計算專家和研究組。
項目動用了9臺帶有振動臺的土工離心機，并且進行了平行試驗。模擬地震的振動模型試驗內容包括：
(1)水平自由地基
(2)傾斜地基
3)組合地基（一半是密砂，另一半是松砂）
(4)成層水平地基(剛性箱和柔性箱各一種)
(5)護岸的重力式擋土墻
(6)堤壩
(7)心墻壩
(8)砂基礎上的剛性建筑物
涉及以上9種邊值問題的模型試驗，都是相當簡單的工程問題。在土工離心機試驗的基礎上，提出了三類考題：
A在離心機試驗前，提供試驗的初始條件和邊界條件，在尚無任何試驗資料的情況下，進行數值計算。是一種“盲測”。
B離心試驗完成以后，但不公布試驗結果。但向計算者提供試驗的較為詳細的條件和細節。
C公布試驗結果，讓“考生”用自己的數值計算進行計算，比較。
考試的成績按照ABC的次序有所提高，對于A類考題，有30多個數值計算模型參加考試。預測的地震反應加速度比較接近；計算的靜孔壓和沉降量與試驗量測的結果比較，趨勢還是相同的。但二者差別很大，多達幾十倍。但是在試驗后，考慮了試驗中的具體條件量測方法，修正計算條件和參數，計算結果明顯改善。
結論與討論
土的力學性質是非常復雜多變的，巖土工程問題具有很強的不確定性。目前我們的理論分析、數值計算和勘探試驗還遠不能精確定量地描述，反映和預測它們。對此應當有清醒的認識。但是正確的理論和有效的方法應當能夠揭示土受力變形的基本規律，反映巖土工程中的影響因素及影響的范圍。
對于巖土工程問題，正面的純理論和數值預測和計算，往往是很難奏效的。必須詳細地了解實際的條件和過程，熟悉當地的情況，積累經驗，對理論和參數進行合理修正；在工程中不斷觀測和積累數據，在其基礎上合理選取參數，再計算和預測以后的變化，往往達到很高的精度。因而，有人提出在復雜的巖土工程中需要“理論導向，經驗判斷，精心觀測，合理反算”。這是非常中肯和寶貴的認識。
在土力學和巖土工程中逐步引進不確定性的理論方法是一個重要的發展方向。
參考文獻
①ConstitutiveRelationforSoil,Ed.Gudehus,G.,1984
②Bianchini,G.et.al,,ComplexStressPathsandValidationofConstitutiveModel,GeotechnicalTesting,Journal,1991,14(1):13-25
③Corte,J.F.Etal.,.ModelingofTheBehaviorofShallowFoundation_ACooperativeTestProgramme,Centrifuge88,Corte(Ed)1988Balkema,Rotterdam,ISBN9061118138
④盛崇文，從樁的測法談起。地基處理，1996，7（3）
摘要：巖土工程學是土木工程的分支，是運用工程地質學、土力學、巖石力學解決各類工程中關于巖石、土的工程技術問題的科學。現代的巖土工程研究重視地質過程機制分析、強調巖土與工程相結合，定性分析與定量評價相結合，傳統與現代的統一。在系統分析中，從“宏觀”到“微觀”，又從“微觀”拓展到“宏觀”進行概化，以指導實踐，從而產生巖土工程的新思維與新方法。
關鍵詞：巖土工程；測試；分析；不確定問題
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地質歷史過程中，經受了各種復雜的地質作用，因而有著復雜的結構和地應力場環境。而不同地區的不同類型的巖體，由于經歷的地質作用過程不同，其工程性質往往具有很大的差別。巖石出露地表后，經過風化作用而形成土，它們或留存在原地，或經過風、水及冰川的剝蝕和搬運作用在異地沉積形成土層。在各地質時期各地區的風化環境、搬運和沉積的動力學條件均存在差異性，因此土體不僅工程性質復雜而且其性質的區域性和個性很強。
1測試技術
1.1原位測試技術
隨著巖土工程的興起，原位測試設備和技術不斷發展和更新。在土基方面，除了靜力觸探、圓錐動力觸探、標準貫入試驗等外，深基靜載、高壓旁壓、自鉆旁壓儀等在較大深度以下測定地基巖土體承載力、變形參數成為當今原位測試的主要方向。高精度壓力傳感器和位移傳感器的引入，使測試儀器的性能有了較好的改善。由于應用計算機技術對數據、圖形、信息采集、分析判別完全程序化、規范化，因而達到高效、準確的目的。在巖基方面，巖體現場變形、抗剪、應力測試繼續廣泛應用，并向小型化、自動化控制方向發展，但總的來講，這方面的試驗仍然耗資大，時間長。
1.2物探測試技術
物探技術在巖土工程中的應用十分普遍，新技術也層出不窮。主要有層析成像（CT）技術、電磁波透視、淺層地震、地質雷達、聲納剖面、瞬變電磁法等。應當指出，層析成像（CT）技術近年來發展很快，CT技術包括地震波層析成像和電磁波、聲波層析成像兩種，這種方法具有很高的分辨率。
1.3巖體結構面網絡模擬技術
巖體是一種不連續介質，巖體發育的各種不同成因的結構面分布極為復雜。人們在工程現場選擇有代表性地段，實地量測各類結構面（斷層、裂隙、層面）的幾何參數（走向、傾斜、傾角、隙寬、間距等），然后輸入計算機，進行統計模擬。可應用蒙特卡洛方法按已知的概率密度函數抽樣，從而得出與實際分布函數相似的人工隨機變量，據此進行特征計算和分布類型檢驗。所有結構面結合起來即構成了巖體結構面網絡圖像，全部過程由計算機完成。
由于結構面網絡反映了巖體的介質特性，所以這一技術有廣泛的用途。可以直接計算結構面連通率、巖石質量RQD值、損傷張量、分形維數和滲透張量等，以用于邊坡和壩基的穩定分析。近年來又發展了隨機不連續面三維網絡計算機模擬新技術，以求取不連續面三維空間基本參數。
2分析方法
2.1數值分析
在巖土力學的數值分析中，有限元法、邊界元法仍然是主要方法，但已向隨機有限元、模糊有限元方向發展。近年來又出現了神經元網絡技術用于巖石力學，神經元網絡是80年代后期迅速發展起來的人工智能的一個分支。它是在現代神經科學研究的基礎上提出來的反映人類腦動能的一種模型。它由樹突、軸突和突觸組成。如已知若干組輸入數據，亦已知其最終輸出結果，利用機器學習來調整各單元之間的權值，使之能最佳適應已知諸例的結論。神經元網絡用于預測巖石力學特性的最大優點是，可以把有關地質因素，即便是描述性因素也可以做為變量輸入，但其輸出結果離散性較小，其用法與回歸分析和經驗公式類似，但程序不同。
以極限平衡法進行邊坡穩定分析有新的進展，主要是把滑動的二維問題變為三維問題，考慮每一條塊的測向壓力、地下水動、靜壓力及地震力的作用。另外，也有人從整體邊坡破壞機理入手，直接求出邊坡安全系數，省去了試求或優化滑動面的過程，較好地解決了復雜邊坡的穩定分析問題。
2.2本構模型研究
在經典土力學中沉降計算將土體視為彈性體，采用布西奈斯克公式求解附加應力，而穩定分析則將土體視為剛塑性體，采用極限平衡法分析。但實際工程土的應力—應變關系是很復雜的，具有非線性、彈性、塑性、粘性、剪脹性、各向異性等等，同時，應力路徑、強度發揮度、以及巖土的狀態、組成、結構、溫度等均對其有影響。
開展巖土的本構模型研究可以從兩個方向努力：一是努力建立用于解決實際工程問題的實用模型；一是為了建立能進一步反映某些巖土體應力應變特性的理論模型。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、內時模型和損傷模型，以及結構性模型等。它們應能較好反映巖土的某種或幾種變形特性，是建立工程實用模型的基礎。工程實用模型應是為某地區巖土、某類巖土工程問題建立的本構模型，它應能反映這種情況下巖土體的主要性狀。用它進行工程計算分析，可以獲得工程建設所需精度的滿意的分析結果。
在以往本構模型研究中不少學者只重視本構方程的建立，而不重視模型參數測定和選用研究，也不重視本構模型的驗證工作。在以后的研究別要重視模型參數測定和選用，重視本構模型驗證以及推廣應用研究。只有這樣，才能更好為工程建設服務。
2.3巖土工程的不確定性問題
巖土體是一種變異性很大的工程材料或工程介質。因此，很難用確定的量來描述巖土體的各種性質。巖土工程中的不確定性主要來自下列3個方面：（1）巖土體本身固有的不均勻性——巖體從建造到改造的過程中，由于物質分異、構造作用、斷層裂隙的生成所引起；（2）勘察取樣和參數估計的隨機性——邊界條件不準、測試技術誤差及取樣數量不足所引起；（3）模型誤差導致的不確定性——物理力學模型和計算方法的不準確或多解性所引起。
巖土工程的不確定性導致了當前巖土體測試技術的精密性、確定性和巖土體性狀宏觀判斷的模糊性、隨機性之間產生極大的矛盾，使人們對傳統的定值法設計得出的安全系數能否表達工程的真實安全度產生了凝問，這就是目前巖土分析與評價難以滿足工程要求的主要原因。
當前，應用于巖土體不確定性分析的理論主要有概率論、模糊論、灰色系統理論及分數維理論（分形幾何）等。
概率理論是處理巖土體不確性問題的一個有效工具，它可以指導隨機參數的取樣和試驗設計，建立巖體工程概率模型和計算破壞概率，可以評價工程的可靠性和風險度，進行優化設計和決策。
模糊理論在巖土工程中的應用已較普遍，它用隸屬函數代替確定論中非此即彼的特征函數來描述那些邊界不清的過渡性問題。模糊模式識別和綜合評判理論對那些受多因素影響的問題，如巖體環境評價、巖體分類、強度預報等顯示出廣闊的應用前景。
灰色系統理論研究事物的“灰度”、“灰數”、“灰關系”等特征，在社會科學和自然科學的各個領域得到了廣泛的應用。在巖土工程中，可應用灰色系統理論進行巖體分類，采用灰色建模進行滑坡發生時間的預報和地下水位預報；利用灰關聯度分析原理確定影響巖土工程穩定性的主次關系等。
關鍵詞：路橋結構地鐵工程
一、前言
地鐵一號線北起余杭區臨平鎮，沿線經過喬司、彭埠、火車東站、汽車東站、武林廣場、延安路、城站路、城站火車路、秋濤路、錢江路、復興地區、再經錢江四橋跨錢塘江至蕭山區，沿北塘路轉至市心路，終于蜀山車輛段，全線總長約52km。其中興隆村站至鳳凰城站及蕭山區市心路段均為地下線，埋深約在現地表下10～20m；其余均為高架線路或地面線路。其中地下線路部分均為人群密集、建筑物密集、交通繁忙的鬧市區。
二、沿線地基土層的構成與特征
杭州市位于杭嘉湖平原與浙西山區交會處的浙北地區，錢塘江下游，京杭運河南端，地理位置為北緯30°15′，東經120°10′。由于地質歷史上受多次海侵海退影響，且區內多山，錢塘江又從市內穿過，造成杭州市地貌形態眾多，地基土層復雜多變。
就地鐵沿線所經過區域，主要為兩種地貌形態。一為臨錢塘江的沖海積平原，屬錢塘江河口相沖海積堆積的粉性土及砂性土地區，由于堆積年代及固結條件不同，性質不一，豎向由松散至中密狀變化，厚度一般在20m左右；其下為海陸交互相沉積的淤泥質軟土及粘性土；地面下深約40～50m為古錢塘江河床堆積的圓礫層，中密～密實狀態，底部基巖埋深一般在地表下50～65m左右。另一種為海陸交互相沉積的粘性土地區，主要集中在杭州老城區即艮山門站至中河路站一帶及蕭山市心路區段，地層軟硬交替，一般上部20m左右均以軟粘性土為主，下部基巖埋深約在地面下40～45m左右。
根據大量鉆孔資料及原位測試和室內土工試驗成果資料顯示，杭州市淤泥質軟粘土天然含水量一般在30～45%左右，天然孔隙比一般在0.85～1.50左右，雙橋靜力觸探錐尖阻力約為500～800Kpa，壓縮模量約為1.5～3.0Mpa，地基承載力fk約為70～80Kpa左右；局部夾有粉土，或呈互層狀。軟粘土性質類似與上海的淤泥質粘性土。而錢塘江兩岸的河口相沖海積形成的粉土、砂性土（主要分布于城東地區），由于堆積年代、沉積環境、固結條件等的差異，其性質變化較大。資料顯示，其密實度一般由松散至中密狀態變化，含水量一般在23～35%左右，孔隙比約在0.8～1.1左右，雙橋靜探端阻力一般為2000～9000Kpa，標貫擊數一般為8～20擊/30cm。顆粒組成以粉粒為主，一般表現為粘質粉土及砂質粉土，為上細下粗，符合一般沉積規律。其壓縮模量在6～20Mpa，地基承載力fk約為80～220Kpa。
綜上述，地下線路掘進范圍內各土層總體特征是：高含水量和大孔隙比、高壓縮性、低強度，淤泥質軟粘性土具較高靈敏度、弱透水性，粉土、砂性土透水性好，易產生流砂、管涌現象。
三、地下線路掘進過程中可能遇到的巖土工程問題
（一）地基土層的強度問題
掘進范圍內地基土主要為飽和粉土、砂土及軟粘土，一般均具低強度特性，因此盾構掘進較易。由于粉土、砂土與軟粘土的強度等存在差異，及局部地段（如延安路段）在深度15～20m左右存在可塑狀粘性土，與上部軟粘土差別較大，造成掘進面上存在兩種不同強度的地層，掘進過程中容易造成軟弱層排土過多過快而引起地層下沉，或造成盾構在線路方向上的偏離。同時，由于低強度特性，隧道掘進時應及時襯砌并采取相應止水措施，以防掘進面地層產生應力釋放，產生沉降。杭州軟粘土尚存在較高靈敏度特性，故有較明顯觸變、流變特性，在動力作用下，極易造成土體結構破壞，使強度降低，且土體排水固結需要很長時間，如施工不當，極易造成工后沉降大和不均勻沉降，因此施工過程中須嚴格控制偏移量，盡量避免蛇曲推進。
（二）地基土層的變形問題
隧道基底土以粉土、淤泥質軟土為主，均具低強度，高壓縮性等特點，因此必須驗算基底土強度和變形。同時，粉土、砂土和軟粘土在變形特性上存在差異，其壓縮沉降量不同，當隧道在穿越兩種地層時，容易在界面附近造成沉降差。再則，兩類地基土的固結特性也存在明顯差異，粉土、砂土超孔隙水壓力消散快，固結時間短，軟粘土固結周期長，因此施工造成的工后不同沉降，導致差異沉降。
另外，軟粘土尚存在蠕變特性，后期沉降量大，時間長，建成運營過程中會產生軟大變形。國內某些修建于軟土地層中的地鐵線路已有類似工程問題產生。因此設計、施工中對于變形問題應引起足夠的重視。
（三）地下水問題
區內地下水有上層滯水、淺層潛水和深部承壓水三類，潛水位一般在地表下1～4m左右。承壓水含水層為深部圓礫層，水位一般呈年周期性變化，承壓水頭一般在地表下6～7m左右。隧道掘進范圍內軟粘土為弱透水性地層，粉土、砂土則透水性好，其滲透系數一般為10-5～10-4cm/s。隧道掘進過程中必須及時襯砌，并做好注漿止水，以防粉土、砂土在水頭差作用下產生流砂、管涌現象。地下水問題在地下車站基坑開挖中顯得尤為突出，必須足夠重視。由于開挖深度大，必須考慮下部承壓水的影響。
（四）地下車站基坑開挖問題
由于地下車站多集中在鬧市區，周環建筑物密集，地下管線多，環境條件復雜，且地下站埋深大，基坑深，一般均在10～20m左右；又土性條件差，地下水位高。基坑開挖時，坑壁土體在水土壓力作用下不能自立，必須采取有效的支護措施，以免塌坍而影響工程安全及周圍環境。按本地區經驗，對于此類深大基坑，一般采用地下連續墻或排樁支擋，同時結合內支撐或錨拉，同時必須做好止水帷幕及排水工作。施工時必須對周邊環境進行有效的監測工作。
由于地下車站多，基坑工程量大，一般常規方法均費用高，周期長，因此應盡量開發和利用新技術、新工藝，如新的樁型，新的止水、降水措施等。
（五）工程建設對環境的影響和防治
地下線路施工會引起周圍土體內應力場發生變化，隧道基底土體產生回彈，軟粘土的觸變改變了土體的結構強度，降水引起土層再固結等，所有這些因素均會對周圍環境產生影響。當隧道施工離地面建（構）筑物較近時，會引起坍落和沉降等不良影響。
盾構法施工之所以能在城市地下工程中廣泛應用，主要是其可以將施工對周圍環境的影響控制在很小的程度，但也不可能完全消除。伴隨著盾構推進，一般也會發生地基變形，如開挖面上土水壓力不平衡造成開挖面失去平衡，過大的排泥量，盾構推進對周邊地層的擾動，地下水位的下降及滲漏水等等，所有這些影響均會在隧道上方一定范圍產生松動區，從而引起地面沉降甚至坍落。
杭州地鐵將修建在飽和粉土、砂土及軟粘土中，為確保周圍環境和隧道施工的安全，必須采用適當的施工工藝，控制推進路線和速率，盡量避免擾動周圍土體。施工前應詳細調查沿線建、構筑物的使用情況，特別是樁基及地下管線等情況，對影響范圍內的鄰近建、構筑物、地面道路及地下管線進行全過程動態監測，尤其象延安路、市心路區段等老城區，此項工作尤為重要。對可能受影響但又不能拆除的建（構）筑物應提前進行補強和保護。
（六）巖土工程勘察問題
“工程建設，勘察先行”，勘察是預測、預知，詳細、全面、準確、可靠的地質勘察資料對地鐵建設是極其重要的，在此基礎上可以對盾構掘進過程中施工面前進方向可能遇到的不利因素進行超前預報，如地層、障礙物、地下水等情況能夠預知，從而能夠提前采取相應有效的措施，以保證施工順利、安全地進行。
杭州地鐵建設的巖土工程勘察須重點解決的兩類地層是軟粘土和粉土、砂性土，調查深度一般應在30m以內，但對地下車站部分則應加深。重點查明兩類地層的分布情況及規律，它們的強度特性及變形特性，往復循環動荷載作用下的動力特性，粉土、砂土的顆粒組成及滲透性，軟粘土的蠕變性，飽和粉土的地震液化特性等等。對地下水也應重點查明。
由于室內土工試驗的局限性，地鐵勘察應大量采用原位測試手段，如旁壓試驗、扁鏟側脹試驗、十字板剪切試驗、孔隙水壓力量測及靜探、動力觸探等手段，以獲取準確可靠的測試數據。
由于沿線有大量已建或在建的工程項目，對這些工程資料應充分收集、分析、篩選，加以利用，一可節約工程投資，二可最大限度提高勘察精度；同時，也可由此進行分析和采取有效的保護這些鄰近建筑的措施。
1．1巖土工程地質災害主要類型特征分析
從上世紀80年代開始，地質工程學就在我國誕生了，地質工程學主要就是對地質災害的防治所進行研究的。地質災害工程涵蓋著對地質災害的防治以及巖土兩個重要的層面，其中的巖土工程則是施工間所設計到的開挖巖土體的加固處理。從巖土工程地質災害的主要類型特征層面，不同的地質災害類型就有著不同的特征，巖土工程中的泥石流地質災害類型是降水作用下，溝谷以及山坡等出現的攜帶大量石塊及泥沙物體的洪流，主要是表現為固體流動和液體流動相結合的混合物，這一地質災害類型受到棄土棄渣的防護不合理所致，再有就是在開挖過程中沒有科學化進行。再者，巖土工程地質災害中的滑坡類型也比較常見，主要是地下水以及河流的沖刷等使得斜坡的巖體或者土地的軟弱地帶發生的下滑情況。滑坡地質災害主要的由于強降雨或者強降雪所致，還有就是受到地表水沖刷、浸泡等也比較容易發生滑坡地質災害。巖土工程地質災害類型中的崩塌也是比較常見的災害類型，這一地質災害主要就是由于根部的虛空使得陡坡裂縫分割巖體而發生局部的折斷等狀況，這樣就失去了原有的穩定性鞥發生翻滾。崩塌地質災害主要是受到礦產資源開采及道路邊坡開挖影響比較嚴重。另外，巖土工程地質災害中的地面變形也是常見災害之一，這一類型的地質災害主要有地面的沉降額塌陷，或者是出現裂縫等。地面變形的地質災害受到區域內地表水的大量抽取以及表面的熔巖和對礦產的不合理開采的影響比較嚴重，所以在對巖土工程中地質災害的防治過程中就要能夠結合實際進行處理。
1．2巖土工程地質災害的成因分析
巖土工程地質災害的成因根據類型的不同也會有著多種成因，主要體現在受到地形地貌的影響比較顯著，我國是地質災害最為嚴重的國家之一，每年由于地質災害所造成的損失比較巨大，這對多個地區的經濟發展有了限制。從巖土工程地質災害的主要成因層面來看，分為自然因素及人為活動因素，其中的人為活動因素是造成地質災害比較重要的影響因素，由于在一些建設和開發開采等活動的實施下，就對原有的地質自然形態造成了破壞，從而引發了一些列的災害，其發生和地質本身的關系并不大，主要就是由于人為破壞的。對于巖土工程的地質災害的發生是在自然地質演變和氣候的變化下逐漸形成的不穩定狀況，經過人為活動對這一不穩定活動的破壞，加快了地質災害的發生。地質災害的發生對人們的經濟財產以及生命等都有著很大的危害，這也是災難性的事故。另外就是巖土工程地質災害的自然因素，這一影響因素也被稱為是第一環境問題，不會因為歷史變遷而發生變化。地形地貌的影響以及水文氣候的特點和地質環境的特點等都會對巖土工程地質災害的發生起到促進作用。
2巖土工程地質災害的有效防治措施探究
第一，對巖土工程地質災害的防治要從多方面進行考慮分析，采取多樣化的防治措施，由于地質災害的發生需要一定的條件促進才能形成，所以為能夠將巖土工程地質災害得到有效防治，就要從源頭上進行消除。首先是對巖土工程的實施過程中，要能對地質災害的勘察得到充分重視，地質災害額發生和地質狀況有著緊密的聯系，這就要對地質的實際狀態加強勘察，進而保障巖土工程施工中的安全性。具體的措施就是先成立地質勘察小組，對巖土工程施工的地區進行實際的勘察，對施工場地的地質特征以及形成原因加以詳細化分析，然后對地質災害發生可能程度進行評估，并要定期的到現場實施觀察。第二，當前我國的科學技術有了很大程度的發展，將其在巖土工程施工的有效應用對地質災害的防治就有著積極作用。從我國地質災害監測預警體系的發展過程中來看，有的是通過先進儀器設備誒等進行的專業監測，還有的是通過群眾參與的群測群防。總體而言，對巖土工程施工過程中的地質災害防治要能將“感”、“傳”、“知”、“用”這幾個層面得到準確的掌握，其中的感就是對監測數據進行采集，再通過移動終端對所采集的信息加以傳遞，這樣就能通過衛星傳回監測的數據，然后再對這些數據加以處理分析并建立模型，對地質災害的狀態以及發展趨勢加以判斷，最后就是采取輔的決策對地質災害監測預警以及搬遷轉移等措施提出。第三，對巖土工程地質災害的防治還需要開展相應的防治工程設計，結合實際巖土工程所受到的災害情況進行對防治的途徑加以確定，然后再按照災害的發生程度以及對防治目標的確定等對防治的實際強度和工作量詳細的制定，例如采取支擋或者排水以及加固等方面的措施進行實施。從工程層面來看采取工程型防治是地質災害最為主要的防治措施，工程開展過程中要進行實施削方減載，并把緣地表排水及開展前緣支擋的方法對實際的施工要求加以滿足，在工程防治方面要能結合實際來采取相關措施。第四，而采用生物防治的措施，則主要是通過植樹造林以及草坡護理等方式實施防治，這在環境保護以及防治的時間上都有著較好效果的呈現。還可再用地質災害的避讓措施的實施，巖土工程施工過程中通過避讓措施能夠對地質災害的損失降到最低。對于災害隱患點及變形斜坡在雨天所采取避讓措施比較有效，如在下雨天可讓比較容易發生地質災害的群眾及時的搬遷，在對這一措施實施過程中要能有效遵循就近以及不受災害威脅的原則。對于有著較大危害的采取避讓措施是比較有效的。
3結語
在做工程地質勘察工作的同時，必須將相應的數據調查信息記錄在有關報告中，在此之前，由于一些工程建設在起步時對所需要進行的地下水質勘察以及評價沒有依照要求進行，以至于在很多地區出現建筑物開裂的現象，這之中絕大部分都是由于地下水引起的。基于此，在工程勘察中著重于對水文地質的勘察就顯得十分有必要，通常情況下要注意對以下問題的考慮。首先是針對地下水方面，考慮其可能對巖土體以及建筑物產生的影響，同時對相應的危害做出應對措施；再者是工程建筑過程中必須將建筑物本身的類型和當地實際地質狀況相結合，尤其是對相關水質的調查；最后，則是工程必須對地下水可能引起的工程變化做以詳細的判斷，以應對各種不同狀況的發生。
二、巖土水理性質當巖土和地下水之間發生相互作用
是一些性質會得以顯現，這邊是巖土水理性質。在工程地質性質中，除了巖土的物理性質以外，便是巖土水理性質最為重要了。這一性質在多方面都有所影響，一方面是對巖土的強度和變形有一定作用，另一方面，建筑的穩定性受到極大影響。在以往的勘察經驗中，大部分的精力都被投入到物理力學性質的測試方面，相對于水理性質關注很少，因此之前的對于巖土工程地質性質的相關評價并不完善。由于在巖土的水理性質中，巖土和水是主要的相互作用力，所以這里對地下水的賦存形式及其對巖土水理性質和幾個較為重要的水理性質（包括其測試方式）做一下簡要介紹。首先是地下水的賦存形式方面，依照其在巖土中的分布，可以直接劃分為結合水、毛細管水和重力水。再者在主要的水理性質方面（包括測試方法），簡要來說可以分為五種，軟化性、透水性、崩解性、給水性以及脹縮性。軟化性，巖土經過水的浸濕，力學強度相對降低的特性，以此可以對巖石的耐風化和耐水浸能力做出合理的判斷，這類特性普遍存在于粘性土層、泥巖、頁巖和泥質砂巖中；透水性，在重力作用下，水可以透過巖土流出，而在判斷透水性的強弱時，可以依據巖土的顆粒粗細以及均勻程度來進行識別，一般來說，顆粒較細、分布不均的最容易發生這一性質的作用，反則相反；崩解性，當巖土被水浸濕后，一些土粒間的連接能力降低，便容易發生解體；給水性，在重力作用下，過于飽和的巖土中的水便會經由孔隙、裂隙中自由流出，通常以給水度進行標示，而一般在對給水度進行測定時需要在實驗室中進行；脹縮性，一般來說，巖土經過吸水作用后會促使體積的不但擴大，反之則體積減小，所以巖土在脹縮性能方面發生的變化主要是由于水膜對水的吸收程度來決定的。
三、地下水引起的巖土工程危害
在巖土工程中，較為主要的危害是地下水的作用，在升降變化的水位以及動水壓力的影響下所造成的。
1.巖土工程受到地下水升降影響后產生的危害對于地下水位方面的變化，引起的因素可能是多方面的，有自然原因以及人為原因，不論緣由為何，結果必須引起重視，因為在地下水位達到一定的標準時，就會對巖土工程造成不同程度的危害。在引起方式方面，主要有以下三種。第一種，水位上升引起巖土工程危害。促使水位上升的因素是有很多，不過最為主要的是地質方面的影響（含水層結構、總體巖性產狀）。除此之外，水文因素、氣溫因素以及人為因素都會對其造成影響，甚至很多時候多種因素結合造成影響。潛水位上升會對地質造成不少影響，比如土壤沼澤化、鹽漬化，斜坡、河岸等巖土體巖產生滑移、崩塌，粉細砂及粉土飽和液化而出現流砂、管涌，以及地下洞室充水等所造成的建筑失衡。第二種，水位下降引起的巖土工程危害。在這一狀況中，大多是由于人為因素所造成的，比如大量抽取對地下水以及大量開采礦物資源，一些地方還利用下游地下水補給大壩，都會造成嚴重的水位下降。由此，會出現地質災害（地裂、地面沉降、地面塌陷）和環境問題（地下水源枯竭、水質惡化），使得建筑遭受很大安全威脅。第三種，地下水頻繁升降所造成的危害。地下水升降會使得巖土本身不斷膨脹收縮，從而導致變形，如果升降水位的現象發生的過于頻繁，則會促使地裂的發生，最容易受到影響的便是輕型建筑物。
2.巖土工程在地下水動壓力影響下產生的危害通常來說，地下水純天然狀態存在時，相應的動水壓力會比較微弱，對安全沒有什么影響，但是加之人為的工程作用，純天然的自然環境遭到破壞，這一情況下回使得巖土工程發生較為危險的事故，對安全造成威脅。
四、結束語
巖土工程勘察外業的重要性主要由其為整個巖土工程做出的貢獻來決定，因此本文將首先對巖土工程勘察外業的不同時期工作內容以及其對整個工程的影響進行探討。
2．勘察前期作業重要性
巖土工程勘察外業可以看做是整個巖土工程的前期活動，而巖土工程勘察外業也有自己的前期準備工作，即在勘察前期對整個勘查工作的系統化構思與狀況了解。就工作性質而言，作為一名合格的巖石工程勘察人員，在分析巖石工程的過程中不能局限于基礎工作的記錄，必須通過詳細的現場分析實際勘測，找到地質中存在的不良現象以及可能存在的安全隱患，并結合工程的實際需求評估工程實施的可行性，并走訪當地的居民，根據當地的建筑結構類型分析當地需要采用的地基建造類型。通過對已有的建筑繪制結構圖紙，并將房屋結構以及地下水利用狀況進行分析，確定工程的便利性及安全性。在進行勘察前期工作時必須注意對基本資料的收集，不能忽視任何細節。通過收集的信息結合計算機仿真技術進行當地地質情況以及建筑結構的模擬，以此為巖石工程勘察外業工作提供有力的數據支持，提高工作準確率。勘察前期的工作不僅能夠為后期工作提供資料支持，還能夠為扦插工作提供布置工作的依據，一般進行完勘察前期的相關工作后即可進行勘查工作任務的布置和安排，使得勘察工作有條不紊的進行。勘察前期的重要性主要體現在為整個巖石工程的提供了有力的基礎支持，由于房屋建筑中的地基一樣。通過勘察前期工作不僅為勘查工作做好鋪墊，也能夠初步判斷巖土工程的效益及可行性，形成巖土工程的初步概念。如缺少了勘察前期工作不僅勘查工作的進展受到影響，還會導致巖土工程在施工過程中可能由于基礎條件不足造成重大的損失。
3．勘探與取樣的重要性
3．1勘探
勘探是對物探、鉆探以及坑探等各種勘探方法的總稱。從其作用上來看，勘探主要是確定勘探處的地質情況，并結合取樣過程對相關因素進行測試分析。物探是一種基本的間接勘探技術，其最大的特點是操作過程簡便，浪費較少，方式經濟，并能夠迅速得出勘探結果，在實際使用過程中常結合測繪技術綜合考量。通過物探能夠為巖土工程提供初步的實測數據。另外物探還能作為坑探以及鉆探的先行工程，輔助坑探以及鉆探的有效展開。鉆探以及坑探是勘探工程的主要組成部分，也是應用比較直接的勘探方式。通過鉆探以及坑探能夠準確掌握地質情況，并未后期工作的展開提供有力的支持。從周期上來說，鉆探以及坑探由于工作的嚴謹性以及全面性，在準備以及工作內容上更為周到，因此相比于物探而言周期更長。實際勘探中鉆探以及坑探是必不可少的，尤其鉆探工作的應用最為廣泛。對勘探方法的選擇主要結合當地的地層類別以及勘探要求選擇最佳的方法，當勘探情況不明時最好采用坑探。勘探能夠準確掌握巖土工程的地質情況，為工程提供有效的決策依據，促進工期的順利展開。
3．2取樣
取樣是利用科學的抽樣方法，在巖土工程的工作范圍內選取合適的樣品進行地質情況考察。取樣數目一般不少于六組。實際測量過程心中一些工作人員只注重樣品數量的選擇從而忽視樣品的隨機性。實際勘測過程中需要選取具有代表性的樣品，確保勘測結果的可靠性。選取樣品時一定要注意樣品間的間距，避免出現在同一區域取樣造成實測數據比較片面的狀況。取樣是對勘測結果量化的重要步驟，實際勘測過程中只有做到科學取樣才能夠得到準確的數據。
4．原位測試的重要性
原位測試是勘測中的重要組成部分，隨一些特殊樣品如粘性土壤等就可以利用原裝圖樣進行室內試驗，取樣過程中樣品不會因為受到外力的作用而發生變形，保持其原有的特性。另外一些土壤由于粘性不夠在取樣過程中會發生變形，因此在進行密實度、強度、壓縮性等性能測試的過程中只能通過原位測試的方法進行。對地質情況的勘測必須還原其真實特性，因此在進行相關參數的測量時最好能夠讓樣品最接近于其原始形態。原位測試即能夠通過相關手段還原樣品的真實性，降低外界因素對測量結果的影響。目前最常用的原位測試方法主要有圓錐動力觸探試驗和波速測試。圓錐動力觸探試驗主要是利用錘擊圓錐頭進入巖土中的原理，根據灌入土中的難易程度判斷土質的一種現場實測方法。通過圓錐動力觸探試驗能夠對地質分層進行有效辨別，明確土質的物理特性以及化學特性。波速測試主要是利用相關儀器發出的脈沖波對地質情況進行探究的一種勘測方法，這種方法的準確度高，能夠對地質情況進行準確量化，但需要借助相關儀器。原位測試能夠準確反映巖土工程的施工效果，通過前期數據測量為后期的方案制定以及計劃展開提供有力的基礎支持，提高方案的可行性和經濟效益。
5．現場監測
1．1人為因素
近年來，由于科技水平提高，巖土工程地質勘察設備和技術也不斷提高，這也要求巖土工程地質勘察人員也需要具備更高的技術素養和實際操作能力，才能正確使用先進的勘察設備。但是，實際巖土工程一線地質勘察工作人員為農民工，他們不具備專業的技術知識和操作技能，也缺乏相應的安全意識和質量意識，導致地質勘察質量難以得到保證。不僅如此，許多巖土工程地質勘察工作的工期較短，促使勘察人員采用不規范、不科學的方法進行巖土勘察，導致勘察結果與實際結果的誤差較大，嚴重干擾正常的巖土工程地質勘察工作，得出的勘察結果報表也不具有真實性。
1．2勘察方法
勘察方法問題主要表現在勘探鉆進方法單一和取樣方法不合理上。鉆井措施需要根據地質條件選擇勘探方法，這要求勘探單位對工程情況進行詳細的地質調查，在根據勘探與布置勘探工程的結果選擇勘探方法。但是一些勘探單位在未進行地質調查的情況下直接使用電力設備和機械設備進行鉆進，不僅增加勘探時間，也消耗更多的資源。在取樣方法上，勘探單位未根據設計勘察點的實際情況進行取樣。如有些人員對軟弱下臥層不進行取樣分析，甚至因為表面上滿足不少于件組的要求而將應當分層的層位加以合并，對數據的變異性不作檢驗、剔除。勘察結果經不得推敲，嚴重影響工程設計和建設質量。
1．3市場制度
雖然近年來我國巖土工程地質勘察單位的數量顯著增加，但地質勘察市場化程度并不高，地質勘察市場制度嚴重缺失，市場調節作用失靈。而且許多新成立的地質勘察單位存在許多“水分”，存在許多皮包公司和外掛單位，嚴重擾亂地質勘察市場秩序，加劇行業內惡性競爭。激烈的惡性競爭導致一些地質勘察企業或單位為搶占勘察市場，采用壓低報價方式提高市場競爭力。這種做法導致地質勘察單位為減少損失而采取偷工減料方式降低勘察成本，最終影響地質勘察質量。
2．巖土工程勘察質量控制對策勘察
2．1建立高水平勘察隊伍
針對當前許多一線地質勘察人員非專業人員問題，首先可通過招聘方式引進專業人才，鞏固一線地質勘察隊伍，提高專業勘察能力。此外，還應針對當前一線勘察人員專業水平較低、知識結構陳舊問題，應加強人員培訓工作，實現知識結構更新與新技術設備推廣，提高巖土勘察工程人員的專業素質。最后，建立有效的激勵機制。如建立兩支或以上勘察隊伍，實行內部競爭制度，促使勘察人員主動提高自身專業水平。
2．2運用新的勘察方法和技術
運用新的勘察方法和技術不僅可以提高勘察效率，還能提高勘察結果的質量和準確性，提高取樣工作的精度。在選擇鉆進方法上，勘察人員要嚴格根據勘察規范做好實地地質勘察工作，并以此為基礎選擇正確的鉆進方法;再結合更先進的鉆探設備，改進傳統鉆探技術方法的不足。提高勘察方技術和方法的數字化水平，國際工程施工所采用的先進的設備一般都是數字化管理、智能控制。我國許多較為先進的巖體勘察部門也已經引進了先進的數字技術替代了傳統的勘察技術。例如地形勘測方面，傳統地形勘測需要借助手工測量，容易引起較大的誤差。如采用新型數字化設備，可以方便地得到較為精確的測量結果。對于取樣問題，應控制取樣質量。如根據不同地質條件的不同選取不同的樣本，如不同深度、不同類型的地質樣本。
2．3完善巖土工程地質勘察制度
針對地質勘察市場混亂問題，必須建立有效的勘察監督制度，實行嚴格規范的勘察監督制度對勘察工作進行有效的監督，實行事前、事中和事后控制相結合，最大限度避免不當行為，保證勘察質量。嚴格市場準入機制，建立注冊土木工程師制度。市場因素對勘察質量主要由于地質勘察資質門檻不高，導致地質勘察企業水平參差不齊。因而應盡快實施注冊土木工程師制度，控制地質勘察企業及個人的職業資質。最后，加強勘察涉及單位的質量認證，健全質量管理。如采用PDCA循環思進行巖土工程勘察的實施和管理，提高勘察設計能力。
3．結語
關鍵詞：巖土工程；勘察
1、理論與經驗的關系
巖土工程勘察所涉及的基本理論主要包括土力學的理論、工程地質理論、工程力學理論等，這些工程理論都是一種半科學半經驗的理論，很多理論是建立在經驗的基礎上的，如很多公式都是經驗公式。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驗，結合工程實際情況，建立相應本構模型，運用合理適宜參數，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律背后的背景知識和真正實際內涵及其假定邊界條件。而積累經驗的過程可分為分析與預測現場觀測對分析、預測和現場觀測結果進行比較、分析、評估和總結3個過程，可見積累經驗的過程也離不開理論的支持。筆者認為：理論與經驗在巖土工程勘察中具有同等的地位，過分強調哪一點都是不合適的。筆者討論此問題，目的在于目前很多巖土工程技術人員過分強調經驗，而對理論的學習和運用不足，這種現象對巖土勘察技術的發展不利；同時用于對年輕技術人員的傳、幫、帶上，不利于年輕技術人員的成長，甚至會出現以訛傳訛。
2、與設計溝通的重要性
《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）要求：房屋建筑工程在進行詳勘之前，應收集附有坐標和地形的建筑總平面圖，場區的地面整平標高，建筑物的性質、規模、荷載、結構特點、基礎形式、埋置深度、地基允許變形等資料。在此筆者要強調勘察前與設計溝通的重要性，因為勘察成果的直接使用者就是設計人，在進行勘察前，勘察人應充分了解設計意圖，弄清楚擬建物工程特性，這樣勘察工作就能作到有的放矢、經濟合理，提供給設計人最直接、最有用的勘察成果。如：現在很多高層建筑都帶有裙房，這種項目在勘察前，必須要弄清楚設計擬采用的基礎形式及聯接方式；還有一些主體不高但跨度很大的建筑，采用柱基布置的勘探孔深度就與采用筏基布置的勘探孔深度有很大差別。所以必須要重視勘察前與設計的溝通。目前有的經營人員和技術人員對此認識不足，造成勘察項目的返工。筆者討論此問題，目的在于提醒經營與技術人員重視承攬項目和實施項目時與設計的溝通。
3、注意各種等級的劃分
在進行巖土工程勘察工作量布置時，應按相應的分級標準，確定項目的相關等級。如勘察等級、地基復雜程度等級、擬建物安全等級、重要性等級等。因為這些等級的劃分直接決定了勘察工作量的布置，只有充分了解了各種等級，布置工作量時才能作到安全、經濟、合理。
4、注意經濟性
巖土工程勘察，應在滿足規范、規程要求的前提下，用最經濟的勘察手段和工作量實現勘察目的和任務。同時達到相同的勘察目的和任務，所用成本的多少，可從一定程度上說明技術水平的高低。針對當前巖土工程勘察現狀，目前的勘察成本在一定條件下還是可以節約的。如：對“樁基礎一般性孔深入到樁端以下3～5倍樁徑，且不小于3m，對大直徑樁不小于5m”這一要求，如勘察方案布置的一般性孔為50m，根據控制性孔資料，40m處分布有良好的樁端持力層且能滿足樁基設計要求，項目負責人現場可將50m的一般性勘探孔調整為45m（當然按權限該上報審批的進行上報審批），這樣就可節約不少工作量，從而達到經濟的效果。再有土工試驗項目的選取，也是一條實現經濟勘察的重要途徑，希望巖土工程技術人員予以重視。
5、重視規范、規程的學習
規范、規程是進行巖土工程勘察工作的依據，對勘察工作的目的、任務、評價等均提出了詳細的、可操作的要求，巖土工程技術人員要重視對規范、規程的學習，充分了解其要求，這樣在巖土工程勘察的過程中，就不至于出現諸如工作量布置不足、原狀土樣或原位測試數據不足、未劃分抗震地段等問題了。另外規范、規程中的條文說明，技術人員也要認真研讀，條文說明中有豐富的信息，對于提高我們的理論水平及正確理解規范、規程具有重要作用。
6、房屋建筑和構筑物巖土工程詳勘的目的、任務
(1)查明勘察范圍內場地原始地形、地貌，巖土層的成因、類型、深度、分布、工程特性和變化規律，分析評價地基的穩定性和均勻性。
(2)查明埋藏的河道、溝浜、墓穴、防空洞、舊基礎、孤石等對工程不利的埋藏物及其分布范圍。
(3)查明影響建筑場地穩定性的不良地質作用（包括：巖溶、滑坡、危巖和崩塌、泥石流、采空區、地面沉降、場地和地基的地震效應、活動斷裂等）和特殊土（包括軟土、填土、污染土、濕陷性土、膨脹土、紅粘土、多年凍土等）的類型、成因、分布范圍、發展趨勢和危害程度，并提出相應防治措施的建議。
(4)查明地下水埋藏情況、類型、補給及排泄條件，地下水位，水位變化幅度及規律；評價地下水（土）對建筑材料的腐蝕性。對基坑工程還應查明各土層的滲透性質，分析評價地下水的靜水壓力、動水壓力及浮托力的作用和影響；預估產生基坑突涌、流沙（土）或管涌等地下水不良作用的可能性及危害程度，并提出相應的防治措施建議；提供基坑施工降水的有關技術參數及施工降水方法的建議；提供用于計算地下水浮力的設計水位。
(5)基坑工程還應查明基坑周邊環境，提供基坑設計所需的巖土參數，分析評價放坡開挖的可能性和基坑邊坡穩定性，適宜選用的支護結構類型及其穩定性，基坑開挖與降水對地基變形、周圍建筑物和地下設施的影響。
7、結束語
使巖土工程技術人員理論與經驗、細節決定成敗、重視規范學習等方面能有所啟示。拋磚引玉，不當之處，敬請批評指正。
參考文獻：
[1]趙成剛，白冰，王運霞.土力學原理[M].北京：清華大學出版社，北京交通大學出版社，2004.
[2]GB50007-2002，建筑地基基礎設計規范[s].
[3]GB50021-2001，巖土工程勘察規范[s].
1.1地下各種界面不能快速地進行劃分
在巖土工程勘察過程中，處于近地面位置的地質界面包括的類型較多，但在當前技術和手段下，對于這些界面還不能有效、快速地進行劃分和識別，不能為民用建設工程的設計和施工提供充分的指導作用，這就給民用建筑工程的設計和施工帶來了較大的影響。
1.2部分巖土參數不能確定
在勘察工作中，部分原狀巖土在對其樣品進行采取時具有較大的難度，無論利用室內試驗或是室外試驗等方法來對參數進行測定，都會導致這部分巖土的參數不能有效的確定下來，這也會對民用建筑工程設計帶來一定的影響。
1.3部分勘察技術人員素質不高
勘察工作質量的好壞在很大程度上取決于勘察技術人員素質的高低。但在實際調查中發現，目前很大一部分勘察技術人員不僅理論知識較為缺乏，而且也不具有豐富的實踐經驗，這就導致因為自身知識廣度和寬度的不足，在勘察過程中不能確保工作的高質量完成，不能更好地將巖土工程勘察技術在勘察工作中有效的進行應用。
2巖土工程勘察技術在民用建筑中的應用
2.1工程物探技術
2.1.1鉆孔波速測試
為了能夠更好地對各類巖體土體的各種波速進行有效的確定，可以利用單孔波速測試手段，這樣還可以有效地對相關的巖土參數進行確定，從而可以科學對民用建筑場地類別進行判斷。而且利用鉆孔波速進行測試，可以有效判斷和評價地基的振動特性，有利于對建筑的抗震設計進行有效的指導。在利用鉆孔波速進行測試時，需要在民用建筑下布置波速測試鉆孔，將三分量檢波器固定在孔內預定深度內，同時要對測試的垂直間距進行嚴格的控制，使其保持在1m左右，在測試時按照從下到上的順序逐點進行。
2.1.2場地微振動測試
為了能夠更好地提高抗震設計的質量，可以對場地微震動進行測試，對脈動幅度值等參數進行確定，從而將場地內的地震區進行劃分。另外，在室內外測試過程中，利用各種檢測技術可以獲取各種數據資料，通過對這些數據資料進行分析和研究，從而確保能夠獲得更加準確和可靠的巖土工程設計參數。
2.2地理信息系統
當前地理信息系統已經開始廣泛應用在空間數據處理中，其主要是以地理坐標為主，通過勘察來獲取某一區域內的數據資料，從而利用地理信息系統來有效管理巖土工程勘察信息。地理信息系統在應用過程中得以不斷的完善，其功能也不斷的增多，不僅具有輸入、編輯、維護圖形數據和屬性數據的功能，同時對于文件型圖形數據和關系型的屬性數據還具有有效的連接功能，這樣不僅有效確保了這兩種不同的數據庫能夠互相進行訪問，還可以對圖形數據進行更好的分析。由于是完全面對用戶進行界面設計，而且還能夠提供相應的接口，這樣可以有效確保二次開發的順利進行。利用地理信息系統的空間信息處理能力，可以有效確保信息管理系統可視化功能的實現。當前地理信息系統技術和功能不斷完善和發展，其應用領域也在不斷的擴大。地理信息系統應用在民用建筑巖土工程勘察工作中，不僅可以將地質資料在工程中進行輸入和查詢，還可以使可視化綜合動態查詢和檢索功能得以實現，有效確保了勘察信息的真實性和可靠性，這樣就可以為勘察管理部門提供更真實的數據，確保其決策的科學性和合理性，有利于更好地指導巖土勘察工作的實施。
2.3遙感技術
利用遙感技術可以確保探測范圍和信息量的進一步擴大，同時通過多種先進的技術手段，可以在短時間內即獲取到相應的信息，可以實現動態的監測。而且利用遙感技術收集到信息后，可以對信息進行存貯、傳輸，這對于信息的進一步應用帶來了較大的便利。在民用建筑巖土工程勘察中利用遙感技術，可以更好地顯現出地域內的不同地貌特征，為工程建設方案的設計提供科學的依據，有利于更好地掌握復雜的地理環境。
3結語
