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巖土工程中的預(yù)測(cè)與預(yù)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(fù)雜；具有極大的時(shí)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(guò)程也有很大的影響。因而巖土工程問(wèn)題具有很強(qiáng)的不確定性。這種不確定性包括互補(bǔ)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(guān)系的不確定性，一因多果。是屬于概率、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和混沌學(xué)的范疇。所以對(duì)于這樣一個(gè)復(fù)雜的對(duì)象和眾多的影響因素，準(zhǔn)確的定量的預(yù)測(cè)和預(yù)算是相當(dāng)困難的。依靠純理論和技術(shù)技巧預(yù)測(cè)往往不成功，而經(jīng)驗(yàn)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(fēng)化的生成、搬運(yùn)和沉積過(guò)程中幾經(jīng)滄桑，形成了不同于其他材料的復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)，而不同時(shí)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(guān)系理論數(shù)學(xué)模型不下百種，動(dòng)用了傳統(tǒng)力學(xué)和現(xiàn)代力學(xué)的各種理論和手段，但是到目前為止，還沒(méi)有一種為人們所公認(rèn)的，能夠準(zhǔn)確、全面反映各種土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。
在計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，以有限元為代表的數(shù)值計(jì)算是解決邊值問(wèn)題的強(qiáng)有力的手段。當(dāng)用來(lái)計(jì)算彈性體時(shí)其精確程度令人嘆為觀止。其計(jì)算結(jié)果與光彈試驗(yàn)結(jié)果毫厘不差，結(jié)果光彈試驗(yàn)很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數(shù)值計(jì)算中首先被假設(shè)為連續(xù)體，然后被離散化，假設(shè)各單元間的結(jié)點(diǎn)位移協(xié)調(diào)，計(jì)算土體的應(yīng)力變形關(guān)系。這常常不能反映土的變形的微觀機(jī)理。以DDA（Discontinuous Deformation Analysis）為代表的離散單元計(jì)算方法在計(jì)算某些農(nóng)產(chǎn)品（如谷類）和工業(yè)零件（如滾珠）時(shí)是相當(dāng)成功的。以至被稱為“數(shù)值試驗(yàn)”可以精確地代替模型試驗(yàn)。在定性地探索土的變形的微觀機(jī)理時(shí)，也是很有價(jià)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(xué)和力學(xué)的相互作用，即使是可能，恐怕也是相當(dāng)遙遠(yuǎn)的事。
數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算預(yù)測(cè)的另一個(gè)難點(diǎn)是土的參數(shù)的選取，它受到取樣(制樣)和試驗(yàn)手段的限制。原狀土在取樣過(guò)程中不可避免地受到擾動(dòng)和發(fā)生應(yīng)力釋放，會(huì)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(yán)重影響試驗(yàn)的結(jié)果。另一方面，目前使用的土工試驗(yàn)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(yīng)力和應(yīng)變的均勻是很難保證的。
在對(duì)地基和土工建筑物的探測(cè)方面，土層的時(shí)空變異及人類活動(dòng)給勘探測(cè)試及其結(jié)果的判釋造成困難。除此以外，巖土工程中的復(fù)雜邊界條件和施工過(guò)程中的諸多因素也嚴(yán)重影響工程的實(shí)際結(jié)果。
在我國(guó)每年發(fā)表和撰寫(xiě)了大量的論文和報(bào)告，提出了各種理論、模型、計(jì)算方法、計(jì)算程序和技術(shù)手段，常常伴以試驗(yàn)或者實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，其結(jié)果也常常是“符合得很好”。自己的試驗(yàn)或觀測(cè)證實(shí)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(píng)閱一些論文和成果時(shí)，對(duì)于那些二者符合得完美到天衣無(wú)縫的圖與曲線，常常懷有很大的不信任感；而對(duì)于存在相當(dāng)差別，甚至坦率地承認(rèn)預(yù)測(cè)的不成功的情況，則是完全理解的�？上Ш笳咻^少。
近年來(lái)，主要在國(guó)外進(jìn)行了多次的“考試”或者“競(jìng)賽”活動(dòng)：首先委托一個(gè)（或幾個(gè)）單位進(jìn)行所謂的“目標(biāo)試驗(yàn)”，亦即需要預(yù)測(cè)或者預(yù)算的試驗(yàn)或?qū)嵗�。其結(jié)果是保密的，或者預(yù)測(cè)前不做試驗(yàn)，預(yù)測(cè)以后在試驗(yàn)。事先公布有關(guān)的土的一般資料、基本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)（為確定有關(guān)參數(shù)）和目標(biāo)試驗(yàn)的應(yīng)力（應(yīng)變）路徑。在全世界或者一定范圍征求參賽者（參加目標(biāo)試驗(yàn)的人不參賽）。全部預(yù)測(cè)結(jié)果上交以后，公布試驗(yàn)結(jié)果。一般是召開(kāi)研討會(huì)，評(píng)估或者評(píng)分。參賽者也常常進(jìn)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(dòng)巖土工程發(fā)展的十分有益的活動(dòng)和手段。它使我們認(rèn)識(shí)到在巖土工程領(lǐng)域，我們的認(rèn)識(shí)能力和預(yù)測(cè)能力到底有多高。
試驗(yàn)方法和設(shè)備的檢驗(yàn)比較
1. 不同儀器的相同試驗(yàn)的檢驗(yàn)
1982年在法國(guó)Grenoble召開(kāi)的“土的本構(gòu)關(guān)系國(guó)際研討會(huì)”上①，用劍橋式的立方體真三軸儀分別由德國(guó)的Karlsrube大學(xué)和法國(guó)的Grenoble大學(xué)對(duì)同樣的砂土和粘性土進(jìn)行復(fù)雜應(yīng)力路徑和應(yīng)變路徑的真三軸試驗(yàn)，兩份試驗(yàn)結(jié)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(guó)克里夫蘭召開(kāi)的“非粘性土的本構(gòu)關(guān)系國(guó)際研討會(huì)”上②，利用美國(guó)Case大學(xué)的空心圓柱扭剪儀和法國(guó)Grenoble大學(xué)的劍橋式立方體真三軸儀進(jìn)行砂土的相同應(yīng)力路徑的試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容包括：
(1) b＝不同常數(shù)的不同密度兩種砂土的真三朝試驗(yàn)；其中， b=（σ1-σ2）／（σ1-σ3）
(2)在π平面上應(yīng)力路徑為圓周（兩周）的的真三軸試驗(yàn)。
（b=常數(shù)的真三軸試驗(yàn)與空心圓柱試驗(yàn)的比較）表示了對(duì)于Hostun密砂（干密度ρd＝1.65g/cm3） 在b＝不同常數(shù)，中主應(yīng)力ρ2=500kPa保持不變，用兩種儀器試驗(yàn)得到的軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線，軸向應(yīng)變和體應(yīng)變的關(guān)系曲線。可見(jiàn)在b=0和0.28時(shí)，不同儀器試驗(yàn)結(jié)果的差別是很大的。但是在評(píng)價(jià)它們時(shí)，主持者說(shuō)：對(duì)于軸應(yīng)變，除了0.286的結(jié)果很差（very poor）以外，其他的曲線符合的很好(very well)；（b.體應(yīng)變?chǔ)舦與軸向應(yīng)變?chǔ)舲間試驗(yàn)曲線）的曲線認(rèn)為符合得很優(yōu)良（excellent）。對(duì)比我們的一些論文中理論與實(shí)際曲線二者絲絲入扣的符合，就顯得很不真實(shí)。在這兩個(gè)試驗(yàn)中試樣的破壞形態(tài)也有很大不同：空心圓柱試樣發(fā)生頸縮；立方體試樣產(chǎn)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(shí)際應(yīng)力分布不同和試驗(yàn)中的邊界條件不同引起的。
2. 土工離心機(jī)模型試驗(yàn)
1986年由歐洲共同體資助，發(fā)起“土工離心機(jī)的合作試驗(yàn)”③。參賽者有三家：英國(guó)的劍橋大學(xué)、法國(guó)的道橋中心研究室和丹麥的工程院。試驗(yàn)的內(nèi)容是模擬飽和砂土地基上的圓形淺基礎(chǔ)的承載力和荷載—沉降關(guān)系。試驗(yàn)土料統(tǒng)一為巴黎盆地天然沉積的一種均勻石英細(xì)砂。模型地基的孔隙比規(guī)定為e=0.66(相對(duì)密度Dr=86％)，規(guī)定圓形基礎(chǔ)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(duì)于這種土進(jìn)行了物性試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)，其結(jié)果公布于眾。要求荷載—沉降關(guān)系表示成無(wú)量綱的變量q/γˊnb-s/b公關(guān)系曲線。
其中：
q=基礎(chǔ)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(chǔ)的尺寸(m)
s=基礎(chǔ)的中心垂直沉降(m)
同時(shí)也進(jìn)行了相同條件下的現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)，以便與模型試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。
這三家使出了渾身解數(shù)，精心制樣、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和量測(cè)，反復(fù)摸索，反復(fù)校驗(yàn)，校正各種參數(shù)和影響因素。劍橋大學(xué)還在離心機(jī)上作了靜力觸探
試驗(yàn)。最后，劍橋大學(xué)提交了一組試驗(yàn)結(jié)果，另外兩家按要求給出了一條曲線。圖2（圓形天然淺基礎(chǔ)的試驗(yàn)荷載-沉降關(guān)系曲線）表示了其試驗(yàn)結(jié)果，其中劍橋大學(xué)是筆者選取的最接近于要求的條件的試驗(yàn)結(jié)果(e＝0.664)。
可見(jiàn)，這種世界先進(jìn)水平的土工離心模型試驗(yàn)的誤差在±30%以上。值得提出的是，這是一種條件非常簡(jiǎn)單明確的模型試驗(yàn)。而現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)際情況的條件和影響因素遠(yuǎn)比這復(fù)雜。在這個(gè)試驗(yàn)中，加載速率、模型地基砂的密度、制樣方法和運(yùn)行程序?qū)υ囼?yàn)結(jié)果都有影響。例如劍橋大學(xué)的試驗(yàn)表明，砂土的孔隙比變化0.01（相當(dāng)于相對(duì)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(guān)系—?jiǎng)虼髮W(xué)試驗(yàn)結(jié)果）所示。而由于模型地基是先制樣，后運(yùn)轉(zhuǎn)，保證地基內(nèi)砂土處處均勻，孔隙比誤差在0.01范圍內(nèi)是有較大難度的。
3. 單樁的動(dòng)測(cè)法的考試
1992年在荷蘭海牙進(jìn)行了一次動(dòng)測(cè)樁的“考試”④。在第一輪，10根預(yù)制樁預(yù)先被沉入地基，樁徑250mm，樁長(zhǎng)18m（7#樁17m）。要求測(cè)出其預(yù)制的“缺陷”。其中一根樁完整無(wú)缺；其余的9根樁各有缺陷：頸縮、擴(kuò)徑和在不同部位的10mm寬，130mm深的刻槽。事先由特爾夫公司進(jìn)行了地基勘察，將土層資料公布于眾。有12家具有國(guó)際聲譽(yù)的公司參賽，用小應(yīng)變動(dòng)測(cè)法檢測(cè)。結(jié)果是：平均測(cè)對(duì)4根；最多對(duì)7根，最少對(duì)兩根。沒(méi)有一家測(cè)出那根完整無(wú)損的樁。他們認(rèn)為對(duì)于只有10mm寬的缺痕很難分辨。
第二輪是沉入11.5m-19m長(zhǎng)的5根樁，然后用靜載荷試驗(yàn)測(cè)出極限承載力。10家公司用大應(yīng)變動(dòng)測(cè)法測(cè)試其極限承載力。其結(jié)果也不樂(lè)觀。比如，由靜載試驗(yàn)為340kN的一根樁，各家給出的結(jié)果分布在90kN-510kN的范圍。
4. 堤防隱患檢測(cè)的“大比武”
我國(guó)目前有各類堤防25萬(wàn)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(zhì)條件及堤身土料和質(zhì)量千差萬(wàn)別，隱患很多。1998年洪水期間發(fā)生的許多險(xiǎn)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(yáng)召開(kāi)了“堤防隱患綜合檢測(cè)技術(shù)檢驗(yàn)會(huì)”也北被稱為“大比武”。
有我國(guó)的十幾家科研院所、大專院校和少數(shù)廠家（包括美國(guó)的勞雷公司）參加。檢測(cè)堤段位于宜陽(yáng)的一段廢堤上。每個(gè)參賽的檢測(cè)方法負(fù)責(zé)200米堤段，時(shí)間是兩小時(shí)。幾處“隱患”是事先人工布置的，埋設(shè)了稻草、鋼管，模擬蟻穴和鼠洞。一般在兩米深范圍內(nèi)。人們使用的測(cè)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(dá)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(duì)固定的。因而兩米深的隱患的檢測(cè)不應(yīng)算是難題。檢測(cè)結(jié)果聘請(qǐng)有關(guān)專家評(píng)審，打分。圖4（堤防隱患的檢測(cè)結(jié)果評(píng)分）所給的分?jǐn)?shù)只是相對(duì)的。組織者對(duì)于測(cè)試結(jié)果是不滿意的。參賽者各自對(duì)其結(jié)果的誤差的原因進(jìn)行了解釋。針對(duì)這種結(jié)果，水利部斥資幾百萬(wàn)，開(kāi)展專題研究，目標(biāo)是“傻瓜”式的快速檢測(cè)儀器和方法。關(guān)鍵問(wèn)題可能是要結(jié)合各地具體情況和長(zhǎng)期的抗洪防汛經(jīng)驗(yàn)，因地制宜，積累資料和經(jīng)驗(yàn)，合理判釋，儀器才會(huì)發(fā)揮作用。很難想象，可以身背“傻瓜機(jī)”，走遍天下都會(huì)靈驗(yàn)。
土的本構(gòu)關(guān)系的檢驗(yàn)
80年代以來(lái)，關(guān)于土的本構(gòu)關(guān)系的“考試”至少進(jìn)行了3次。1980年美國(guó)和加拿大召開(kāi)了“巖土工程中極限平衡、塑性理論和一般的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系北美研討會(huì)”⑤。會(huì)前用兩種天然粘土、一種重塑的高嶺粘土和渥太華砂進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。試驗(yàn)包括：
平均主應(yīng)力p=常數(shù)的三軸試驗(yàn)，
b＝常數(shù)的真三軸試驗(yàn)
砂土在π平面上應(yīng)力路徑為圓周的真三軸試驗(yàn)
天然粘土大主應(yīng)力方向與其沉積方向成不同角度的三軸試驗(yàn)。
事先將土的物性參數(shù)和基本試驗(yàn)的結(jié)果公開(kāi)提供。然后在全世界范圍征求參賽者。參加預(yù)測(cè)的有個(gè)不同國(guó)家的17個(gè)本構(gòu)模型。從給出的結(jié)果看，軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（σ1-σ3）~ε1預(yù)測(cè)的精度一般尚可；體應(yīng)變預(yù)測(cè)的精度差別很大。對(duì)于應(yīng)力路徑在π平面上為圓周的情況，許多模型無(wú)能為力。由于原狀土的各向異性，對(duì)于其循環(huán)加載和超固結(jié)性狀很難預(yù)測(cè)，只有少數(shù)模型參加了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，沒(méi)有一個(gè)模型能夠合理地預(yù)測(cè)所有的試驗(yàn)情況。正如會(huì)議主席Finn所說(shuō)：“沒(méi)有給任何一個(gè)本構(gòu)模型戴上王冠”。這也是符合當(dāng)前的土力學(xué)理論發(fā)展的現(xiàn)狀的。
1982年在法國(guó)召開(kāi)了“土的本構(gòu)關(guān)系國(guó)際研討會(huì)”人們用不同的理論模型對(duì)砂土和粘土的復(fù)雜應(yīng)力路徑和應(yīng)變路徑的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了類似的預(yù)測(cè)。如上所述，也對(duì)試驗(yàn)本身進(jìn)行了檢驗(yàn)⑥。
1987年在美國(guó)克里夫蘭召開(kāi)了“非粘性土的本構(gòu)關(guān)系國(guó)際研討會(huì)”⑦。會(huì)議征求對(duì)真三軸試驗(yàn)和空心扭剪試驗(yàn)結(jié)果用理論模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。共有世界各國(guó)的32個(gè)土的本構(gòu)模型參賽。其中包括：
3個(gè)次彈性模型(H)
3個(gè)增量非線性彈性模型(I)
1個(gè)內(nèi)時(shí)模型(E)
9個(gè)具有一個(gè)屈服面的彈塑性模型(EP1)
10個(gè)具有兩個(gè)屈服面的彈塑性模型(EP2)
6個(gè)其他形式的彈塑性模型(EP)
會(huì)議將預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較，按四個(gè)單項(xiàng)評(píng)分。評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)圖5（本結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）。規(guī)定了上下限，按統(tǒng)計(jì)方法打分。圖6（軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系得分的直方圖—滿分100）與圖7（體應(yīng)變與軸向應(yīng)變關(guān)系得分的直方圖—滿分100）表示出b＝常數(shù)的真三軸試驗(yàn)的預(yù)測(cè)得分情況�？梢�(jiàn)其軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系預(yù)測(cè)經(jīng)過(guò)還差強(qiáng)人意；而體應(yīng)變的預(yù)測(cè)則基本是全不及格。
這些“考試”基本上反映了人們當(dāng)前認(rèn)識(shí)和描述土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的能力和水平。它表明，即使對(duì)于實(shí)驗(yàn)室制作的重塑土試樣，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也是相當(dāng)復(fù)雜的�，F(xiàn)有的關(guān)于土的本構(gòu)關(guān)系的數(shù)學(xué)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(gè)，甚至40多個(gè)常數(shù)，結(jié)果仍然不另人滿意。
1． 土工加筋擋土墻的計(jì)算
60年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，土工數(shù)值計(jì)算大大加強(qiáng)了我們解決復(fù)雜的巖土工程邊值問(wèn)題的能力。有人提出可將土力學(xué)分成理論土力學(xué)、實(shí)驗(yàn)土力學(xué)和計(jì)算土力學(xué)三部分。由于它幾乎可以精神任何邊值問(wèn)題，似乎一臺(tái)打計(jì)算機(jī)，幾頁(yè)打印紙，就可以馳騁在巖土工程的所有領(lǐng)域。這種表現(xiàn)上的簡(jiǎn)單、快捷和“精確”，常使青年巖土工作者產(chǎn)生誤解，忽視了其與實(shí)際工程問(wèn)題間的距離，輕視在巖土工程實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)的重要意義。
加筋土的計(jì)算是巖土數(shù)值計(jì)算中很有代表性的課題。它涉及到土的本構(gòu)模型，筋材的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模型和筋土間的界面模型及這些模型涉及的參數(shù)。目前已經(jīng)有較多的計(jì)算程序和經(jīng)驗(yàn)。1991年在美國(guó)的科羅拉多大學(xué)，由美國(guó)聯(lián)邦公路局資助，在足尺試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了加筋土計(jì)算的競(jìng)賽⑧。
目標(biāo)試驗(yàn)是在一個(gè)高3.05米，寬1.22米，長(zhǎng)2.084米的大型的試驗(yàn)槽中進(jìn)行的。鋪設(shè)了12層長(zhǎng)為1.68米的無(wú)紡?fù)凉た椢�，作成土工織布加筋擋土墻。墻頂采用氣囊加壓。氣囊下鋪設(shè)5厘米的砂墊層。試驗(yàn)用的土料有兩種：一種是均勻的砂土，D50=0.42m；另一種為粉質(zhì)粘土，塑限Wp=19％，液限Wl=3
7%。事先公布了砂土的三軸試驗(yàn)，粘土的不同排水條件下的三軸試驗(yàn)，土工布的拉伸試驗(yàn)和筋土問(wèn)的界面直剪試驗(yàn)等試驗(yàn)的結(jié)果。征求世界各國(guó)同行們進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，預(yù)算試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果。預(yù)測(cè)項(xiàng)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(yīng)變
(2)在加載100小時(shí)后的以上各項(xiàng)位移和應(yīng)變
共有15個(gè)不同國(guó)家的大學(xué)和研究單位參賽。包括美國(guó)的科羅拉多大學(xué)等8家，英國(guó)的哥拉斯格大學(xué)等兩家，日本的東京大學(xué)等3家。中國(guó)和加拿大各一家。其中14家參加了荷載—變形和應(yīng)變關(guān)系的預(yù)測(cè)。計(jì)算的結(jié)果見(jiàn)圖8（砂土加筋擋土墻的墻頂最大位移計(jì)算的誤差）和圖9（粘土加筋擋土墻的墻頂最大位移計(jì)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(yù)測(cè)誤差。有幾家沒(méi)有預(yù)測(cè)粘土加筋擋土墻，有幾家計(jì)算得到的結(jié)果表明，在此荷載下?lián)跬翂υ缇推茐�。只有少�?shù)計(jì)算的誤差在30％以內(nèi)。
對(duì)于砂土加筋擋土墻試驗(yàn)的破壞荷載是207kPa，預(yù)測(cè)值從10kPa到517 kPa不等。粘土加筋擋土墻在荷載加到230kPa時(shí)由于氣囊爆破而未能繼續(xù)試驗(yàn)，但擋土墻并沒(méi)有破壞。計(jì)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(yàn)
在1989-1994年間由美國(guó)NSF撥款350萬(wàn)美元，資助用離心機(jī)模型試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)地震反應(yīng)分析方法。這是NSF歷年來(lái)投入單項(xiàng)經(jīng)費(fèi)最多的項(xiàng)目。項(xiàng)目簡(jiǎn)稱VELACS。參加的單位和個(gè)人包括：美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校，加州理工大學(xué)，英國(guó)劍橋大學(xué)等7座大學(xué)；其中有10名美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士和英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。參加考試的考生有美、加、日和歐洲的23個(gè)數(shù)值計(jì)算專家和研究組。
項(xiàng)目動(dòng)用了9臺(tái)帶有振動(dòng)臺(tái)的土工離心機(jī)，并且進(jìn)行了平行試驗(yàn)。模擬地震的振動(dòng)模型試驗(yàn)內(nèi)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(hù)岸的重力式擋土墻
(6)堤壩
(7)心墻壩
(8)砂基礎(chǔ)上的剛性建筑物
涉及以上9種邊值問(wèn)題的模型試驗(yàn)，都是相當(dāng)簡(jiǎn)單的工程問(wèn)題。在土工離心機(jī)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了三類考題：
A 在離心機(jī)試驗(yàn)前，提供試驗(yàn)的初始條件和邊界條件，在尚無(wú)任何試驗(yàn)資料的情況下，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。是一種“盲測(cè)”。
B 離心試驗(yàn)完成以后，但不公布試驗(yàn)結(jié)果。但向計(jì)算者提供試驗(yàn)的較為詳細(xì)的條件和細(xì)節(jié)。
C 公布試驗(yàn)結(jié)果，讓“考生”用自己的數(shù)值計(jì)算進(jìn)行計(jì)算，比較。
考試的成績(jī)按照A B C的次序有所提高，對(duì)于A類考題，有30多個(gè)數(shù)值計(jì)算模型參加考試。預(yù)測(cè)的地震反應(yīng)加速度比較接近；計(jì)算的靜孔壓和沉降量與試驗(yàn)量測(cè)的結(jié)果比較，趨勢(shì)還是相同的。但二者差別很大，多達(dá)幾十倍。但是在試驗(yàn)后，考慮了試驗(yàn)中的具體條件量測(cè)方法，修正計(jì)算條件和參數(shù)，計(jì)算結(jié)果明顯改善。
結(jié)論與討論
土的力學(xué)性質(zhì)是非常復(fù)雜多變的，巖土工程問(wèn)題具有很強(qiáng)的不確定性。目前我們的理論分析、數(shù)值計(jì)算和勘探試驗(yàn)還遠(yuǎn)不能精確定量地描述，反映和預(yù)測(cè)它們。對(duì)此應(yīng)當(dāng)有清醒的認(rèn)識(shí)。但是正確的理論和有效的方法應(yīng)當(dāng)能夠揭示土受力變形的基本規(guī)律，反映巖土工程中的影響因素及影響的范圍。
對(duì)于巖土工程問(wèn)題，正面的純理論和數(shù)值預(yù)測(cè)和計(jì)算，往往是很難奏效的。必須詳細(xì)地了解實(shí)際的條件和過(guò)程，熟悉當(dāng)?shù)氐那闆r，積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)理論和參數(shù)進(jìn)行合理修正；在工程中不斷觀測(cè)和積累數(shù)據(jù)，在其基礎(chǔ)上合理選取參數(shù)，再計(jì)算和預(yù)測(cè)以后的變化，往往達(dá)到很高的精度。因而，有人提出在復(fù)雜的巖土工程中需要“理論導(dǎo)向，經(jīng)驗(yàn)判斷，精心觀測(cè)，合理反算”。這是非常中肯和寶貴的認(rèn)識(shí)。
在土力學(xué)和巖土工程中逐步引進(jìn)不確定性的理論方法是一個(gè)重要的發(fā)展方向。
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