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岩土研究院

软土地基加固理论的基本问题

364 2021-04-19 13:40:22

软土地基加固理论属于土体工释理论范畴,而对干后者,基于以土力学 (及十动力学)等为代表的基础理论及应用基础理论。如前言所叙,土力学与土体工程学科的理论及,方法依然存在许多问题,就作者体会而言,概括起来大致可分为三个方面∶

(1)物理力学方面——主要表现为对土体性质认识还远远不够;

(2)数学及分析工具方面——描述及分析方法依然存在难以克服的问题;

(3)周围及外界条件的非确定性。

岩土工程

上述的问题(1),主要又包含两类问题∶基本问题与特性问题。

基本问题主要是一般变形体力学中目前仍未解决的关于独立变量个数及非独立变量之间关系问题,诸如∶何种条件下可能影响结果的量中起控制性作用的是哪些量? 哪些量是独立的?独立的量在数量上是否确定?共有多少?非独立量之间存在何种关系? 这些量是如何相互影响 (本构)甚至导致本身发生质的变化?在何种自然与外界条件下土体有何种物理(与化学)力学响应及演变?其中关于独立变量个数的确定目前还做不到。特性问题则是土力学及土体工程学中的问题,即不同外界环境条件下土体本身性质(以及参数)及其变化如何?这一问题的回答通常是非确定的。与之相伴的是其本构关系及强度理论描述的非客观性。

上述的问题(2),主要也包含两类问题∶工具的不适合性与数学本身的困难。求解数学工具的不适合性,其表现如;①非确定性问题用确定性数学方法处理———由于土的三相性与时空变异性特点,土体工程问题呈现明显的非确定性,而目前却一般用确定性的求解方法来分析处理,自然存在由此带来的许多问题;②)非线性问题用线性方法及工具描述——土体的力学响应一般是物理非线性与几何非线性的,线性只是其特例,用线性方程描述非线性问题本身就带来固有差别;③非连续性问题用连续性方法处理——连续性对于土体来讲完全是相对的,在许多情况下关键力学量不存在足够高的连续性,甚至连应力与应变量的采用都存在概念上意义的丧失,求解结果的非客观性是可想而知的;④非适定性问题用适定性理论处理——就变形体力学而言,除了弹性力学等少数学科分支外,对于大多数复杂条件下土体工程中的力学问题,目前尚未能从理论上证明是适定性的,而在许多情况下实际是非适定性的。

数学的困难,其表现又如;①非适定性问题描述的困难——由于解的存在性、唯一性与稳定性都可能存在问题,如何求解分析是基本的困难;②非连续性问题描述的困难-—诸如连应力、应变等基本概念均基于连续性条件,非连续性问题的描述存在很大的局限性,更难以解决复杂的实际问题;③非线性问题及联立微分方程组解析解求解的困难——即使变形体力学中最简单的弹性力学空间问题,15 个基本未知量用 15 个基本方程在某一定解条件下求解,是一个适定性问题,但往往还采用逆解法或半逆解法或数值近似解法(如有限元法等);而对于非弹性力学问题,解析求解的难度是可以想像的,而其适定性没有保证,期望数值近似解也常常令人困惑。

上述的问题(3),主要是外界条件(特别是非自由面及非临空面处)的非确定性,包括∶①荷载条件的非确定性;②位移边界条件的非确定性;③水力边界条件的非确定性;④)初始条件的非确定性。

上述这些困难给我们带来极大的挑战,也给试图将理论方法应用于实际工程问题并指望有较好准确度的同仁带来一定的打击。但有意思的是,这些并不妨碍土体工程建设的大力推进,其原因一方面是社会发展的驱动,另一方面则来自本领域土力学等学科在相当程度上的支撑,尽管在很多情况下是粗糙的。