展望岩土工程的發展,大師分析(四)

10 基坑工程圍護體系穩定和變形
隨著高層建築的發展和城市地下空間的開發,深基坑工程日益增多。基坑工程圍護體系穩定和變形是重要的研究領域。
基坑工程圍護體系穩定和變形研究包括下述方面:土壓力計算、圍護體系的合理型式及適用範圍、圍護結構的設計及最佳化、基坑工程的“時空效應”、圍護結構的變形,以及基坑開挖對周圍環境的影響等等。基坑工程涉及土體穩定、變形和滲流三個基本問題,並要考慮土與結構的共同作用,是一個綜合性課題,也是一個系統工程。
基坑工程區域性、個性很強。有的基坑工程土壓力引起圍護結構的穩定性是主要矛盾,有的土中滲流引起流土破壞是主要矛盾,有的控制基坑周圍地面變形量是主要矛盾。目前土壓力理論還很不完善,靜止土壓力按經驗確定或按半經驗公式計算,主動土壓力和被動土壓力按庫倫(1776)土壓力理論或朗肯(1857)土壓力理論計算,這些都出現在terzaghi有效應力原理問世之前。在考慮地下水對土壓力的影響時,是採用水土壓力分算,還是採用水土壓力合算較為符合實際情況,在學術界和工程界認識還不一致。
作用在圍護結構上的土壓力與擋土結構的位移有關。基坑圍護結構承受的土壓力一般是介於主動土壓力和靜止土壓力之間或介於被動土壓力和靜止土壓力之間。另外,土具有蠕變性,作用在圍護結構上的土壓力還與作用時間有關。

11 複合地基
隨著地基處理技術的發展,複合地基技術得到愈來愈多的套用。複合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強或被置換,或在天然地基中設定加筋材料,加固區是由基體(天然地基土體)和增強體兩部分組成的人工地基。複合地基中增強體和基體是共同直接承擔荷載的。根據增強體的方向,可分為豎向增強體複合地基和水平向增強體複合地基兩大類。根據荷載傳遞機理的不同,豎向增強體複合地基又可分為三種:散體材料樁複合地基、柔性樁複合地基和剛性樁複合地基。
複合地基、淺基礎和樁基礎是目前常見的三種地基基礎形式。淺基礎、複合地基和樁基礎之間沒有非常嚴格的界限。樁土應力比接近於1.0的土樁複合地基可以認為是淺基礎,考慮樁土共同作用的摩擦樁基也可認為是剛性樁複合地基。筆者認為將其視為剛性樁複合地基更利於對其荷載傳遞體系的認識。淺基礎和樁基礎的承載力和沉降計算有比較成熟的理論和工程實踐的積累,而複合地基承載力和沉降計算理論有待進一步發展。目前複合地基計算理論遠落後於複合地基實踐。應加強複合地基理論的研究,如各類複合地基承載力和沉降計算,特別是沉降計算理論;複合地基最佳化設計;複合地基的抗震性狀;複合地基可靠度分析等。另外各種複合土體的性狀也有待進一步認識。
加強複合地基理論研究的同時,還要加強複合地基新技術的開發和複合地基技術套用研究。

12 周期荷載以及動力荷載作用下地基性狀
在周期荷載或動力荷載作用下,岩土材料的強度和變形特性,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,它們共同的特點是都要考慮加荷速率和加荷次數等的影響。近二三十年來,土的動力荷載作用下的剪下變形特性和土的動力性質(包括變形特性和動強度)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境的影響。與一般動力機器基礎的動荷載有所不同,高速公路、高速鐵路以及海洋工程中其外部動荷載是運動的,同時自身又產生振動,地基土體的受力狀況將更複雜,土體的強度、變形特性以及土體的蠕變特性需要進一步深入的研究,以滿足工程建設的需要。交通荷載的周期較長,交通荷載自身振動頻率也低,荷載產生的振動波的波長較長,波傳播較遠,影響範圍較大。高速公路、高速鐵路以及海洋工程中的地基動力回響計算較為複雜,研究交通荷載作用下地基動力回響計算方法,從而可進一步研究交通荷載引起的荷載自身振動和周圍環境的振動,對實際工程具有廣泛的套用前景。

13 特殊岩土工程問題研究
展望岩土工程的發展,還要重視特殊岩土工程問題的研究,如:庫區水位上升引起周圍山體邊坡穩定問題;越江越海地下隧道中岩土工程問題;超高層建築的超深基礎工程問題;特大橋、跨海大橋超深基礎工程問題;大規模地表和地下工程開挖引起岩土體卸荷變形破壞問題;等等。
岩土工程是一門套用科學,是為工程建設服務的。工程建設中提出的問題就是岩土工程應該研究的課題。岩土工程學科發展方向與土木工程建設發展態勢密切相關。世界土木工程建設的熱點移向東亞、移向中國。中國地域遼闊,工程地質複雜。中國土木工程建設的規模、持續發展的時間、工程建設中遇到的岩土工程技術問題,都是其它國家不能相比的。這給我國岩土工程研究躋身世界一流並逐步處於領先地位創造了很好的條件。展望21世紀岩土工程的發展,挑戰與機遇並存,讓我們的共同努力將中國岩土工程推向一個新水平。