岩土可靠性理论作业1

岩土可靠性理论第一次作业姓名学号专业岩土工程教师目录一、什么叫岩土工程？...................................................................................11.基本概念...................................................................................................12.发展前景...................................................................................................6二、岩土工程主要包括哪些内容？...............................................................8三、目前岩土可靠性理论主要有哪些参考书？这些参考书有什么区别？13参考文献..............................................................................................................171一、什么叫岩土工程？1.基本概念我国《岩土工程基本术语标准》中将岩土工程定义为“土木工程中涉及岩石、上的利用、处理或改良的科学技术”。中国土木建筑百科词典对岩土工程的释义为：“以工程地质学、岩体力学、土力学与基础工程学科为基础理论，研究和解决工程建设中与岩土有关的技术问题的一门新兴的应用科学”。美国地质协会的《地质词典》及《韦伯斯特大词典》上，把岩土工程学说成是：“运用科学方法和工程原理，使地球更适应于人类居住条件，以及为了勘探资源与利用资源的一门学科。”岩土工程是20世纪60年代末至70年代初将土力学及基础工程、工程地质学、岩体力学三者逐渐结合为一体并应用于土木工程实际而形成的新学科。岩土工程的发展将围绕现代土木工程建设中出现的岩土工程问题并将融人其他学科取得的新成果。岩土工程涉及土木工程建设中岩石与土的利用、整治或改造其基本问题是岩体或土体的稳定、变形和渗流问题。我国的大百科全书中对岩土工程的定义是:“以工程地质学、土力学、岩石力学及地基基础工程学为理论基础以解决和处理在建设过程中出现的与所有与岩体和土体有关的工程技术问题的新程范畴。”Anon(1999)对岩土工程的定义是:“岩土工程是土力学、岩石力学、工程地质及其他与土木工程、采矿工业、环境保护有关的学科的应用。”他认为，由于所有的土木工程项目，不是建于地面上，便是地下工程，因此，岩土工程在土木工程中起到关键性的作用。此外，岩土工程也是露天采矿工程和采油工程的重要组成部分。在抵御地震和滑坡这样的自然灾害中同样不可或缺。概念是反映对象的本质属性的思维形式。科学认识的成果都是通过各种概念来加以总结和概括的。概念不是永恒不变的，而是随着社会历史和人类认识的发展而变化的。岩学、支护形式与支护作用原理工程设计理论与方法等新成就逐步形成与发展的。由于法规总是滞后于科学新成就，因而新旧概念往往是长期交错、并存使用的。2从工程特征来概括岩土工程概念可归结为三种:结构工程、岩体工程、地质工程。三种不同概念形成于岩土工程发展过程，表征着三个发展阶段的科学认识水平。结构工程概念来源于建筑工程。其基本特征是荷载—结构模式，把岩土体可能破坏塌落部分作为荷载由结构来承担。在隧道与地下工程中发展了塌落拱理论，普氏理论，泰沙基公式等都是确定隧道荷载的方法。在边坡工程中发展了极限平衡分析法。根据滑动破坏面形状有直线破坏、折线破坏、圆柱形破坏、对数螺线破坏等。据此，提出了确定边坡滑动荷载的各种方法常用的条分法或称瑞典圆弧法。从承受荷载的能力考虑，往往主张采用刚性结构。喷射混凝土、锚杆支护发展之后如何认识这些新支护技术的作用呢?不少人仍沿着结构工程概念提出锚杆支护的悬吊理论在隧道支护中要求锚杆的长度穿越塌落拱高度范围。工程实践表明，锚杆长度短于塌落拱高度，隧道仍然安全，如何解释呢?人们又提出了组合塌落拱形成的荷载。新奥法(NATM)在50年代问世以来，在隧道工程界引起了强烈的反应;主要发明人拉伯塞维兹教授将新奥法定为隧道建筑的概念而不是构筑方法。应当承认新奥法在隧道构筑史中是有功绩的，它对锚喷支护作用的解释在概念上是有较大的进步;强调正确的施工步骤、现场观测等，对工程测试设计法的形成与发展都有很大的促进作用。同时，我们也应当看到，新奥法不仅在概念上，而且在理论上都没有真正建立在现代岩体力学的基础上，没有彻底摆脱传统的结构工程概念，即荷载一结构模式，只是使之变为“荷载—部分围岩+支护”模式。这种模式主要体现在新奥法的承载环概念上。新奥法用特性曲线说明了支护对围岩应力的影响，说明了要适当选择支护时机才能节省支护抗力。但是它没有进一步说明应力调整如何使围岩趋于稳定却引人了承载环概念，把围岩的稳定归结为承载环承载的结果。由此可见，悬吊理论，组合拱理论，新奥法的承载环概念等，都没有摆脱荷载—结构模式，应该属于结构工程概念范畴。岩体工程概念，是以现代岩体力学，数值计算方法与支护作用理论等为基本依据的。它的基本特征是，充分发挥围岩的自稳能力，防围岩破坏于未然。支护和适时、合理的施工步骤，主要作用是控制岩体变形与位移，以改善岩体应力状态，提高岩体强度，使岩体与支护共同达到新的平衡稳定，以获得最佳的效益。岩土工程概念是在推广新奥法，推广锚喷支护技术的过程中逐步形成的。围绕推3广应用中出现的两个主要问题:锚喷支护作用原理与适应性以及如何进行工程测试设计问题，国内有关单位开展了广泛的研究试验。这些研究试验，主要是从下列三个方面展开的:有限单元法在岩土工程中的应用;平面应变条件下模型试验技术与试验;在软弱破碎不良岩体中构筑隧道、井巷、大跨度地下工程的工程实践与现场试验。1970年我国才开始研究有限单元法在岩土工程中应用。1972年总字306部队和北京大学数力系共同研究发表了《有限元法在锚喷支护坑道工程静力平面问题中的应用》，在国内首次考虑地应力与开挖影响，并对40m大跨度地下工程进行了计算分析。接着，他们又与中科院地质所合作，编制了《考虑岩层非线性特性的平面有限元程序》，对某重要高边坡工程进行计算分析。全国岩土工程界也逐步开展了有限元法应用与研究。这些有限元法成果，从应力分析上揭示了锚喷支护约束围岩变形，调整围岩应力状态，控制塑性区范围的作用。1973年，我国开始研究平面应变条件下模型试验技术与设备，使模型试验较能符合岩土工程实际受力状态。大量的各种尺度、形状的铜体破坏试验与锚喷支护加固铜体的试验，揭示了不同形状岩酮，在不同地应力条件下的破坏形态以及锚喷支护作用机理与加固岩酮的良好效果。锚喷支护引进我国之后，在实际应用中，仍有不少人存在一些疑虑。在软弱破碎不良岩体中能不能用?大跨度地下工程能不能用?作永久性支护行不行?抗动荷载行不行?这些疑虑可归结为锚喷支护的适应性问题。通过大量工程实践与现场试验，有力地回答了适应性问题。锚喷支护不但在软弱破碎不良岩体中能用，在大跨度地下工程也能用，抗动载防护工程更能用，而且在这些工程中，更能显现锚喷支护的优越性与特点。如金川镍矿、张家洼铁矿、下坑隧道、“引大人秦”水工隧道，某人防大铜室，816工程、405工程。这些工程实践，标志着我国推广应用锚喷支护技术获得重大发展。《煤炭科学技术》自1980年第一期起，开展《锚喷支护原理和适应性》专题学术讨论，发表了大量有关文章。在此基础上，中国煤炭学会委托《煤炭学报》和《煤炭科学技术》编辑部于1980年12月10日至巧日在山东济南市召开了《锚喷支护原理与适应性》学术讨论会，组织全国各系统77个单位，98位代表，对《锚喷支护原理和适应性》进行了专题研讨。这次会议，突破了传统的“支撑概念”，也即结构工程概念，对岩体工程概念的形成，起到了极大的促进作用。该专题学术讨论总结指出:“今天，锚喷支护理论研究正处于两个转变的时刻:即概念转变与研究方法4的转变。所谓概念的转变，就是从“支撑概念”转变为“加固概念”;所谓研究方法的转变，就是从采用结构力学方法研究结构内力，转变为采用岩体力学，岩体工程地质力学的方法，研究围岩的稳定性和支护的加固效果。”1981年2期《煤炭学报》发表了阐述“加固概念”的论文[4]。中国金属学会采矿学术委员会和建筑学术委员会，于1981年10月下旬在安徽铜陵市联合召开锚喷支护学术会议，并组织到皖赣铁路下坑隧道现场参观，这次会议的重大贡献是，交流了一批构筑在软弱破碎不良岩体中的隧道、井巷、大跨度地下工程的工程实践经验，较好地解决了锚喷支护适应性问题。如前所述的工程，都是实行理论、设计、施工和测试紧密结合的。他们的经验和成果，有力促进了工程测试设计法的形成与发展。工程测试设计法关键问题之一，是如何根据测试数据判定围岩的稳定状态及支护的加固效果，会上围绕这个问题展开了学术争论。归纳起来，对围岩稳定性判断问题有如下几种不同观点:按位移值判断;按位移速率值判断;按位移值与位移速率值判断;按位移速率状态判断围岩稳定状态。会后，《冶金建筑》于1982年第二期对会议情况作了报导，并选刊了《金川矿区不良岩层巷道围岩变形控制与锚喷支护》以及《位移观测与围岩稳定性判断》两篇有代表性的会议论文。解放军也积极推广锚喷支护技术与新奥法:1980年8月在某地召开了“全军推广锚喷支护技术现场会”;1983年12月在某市召开了“全军锚喷支护与防水会议”。各部门也曾举行过不少学术交流，现场观摩会议。应当说明，除了上述三个主要方面有所突破外，在围岩分类、各种新型锚杆、预应力锚索研制与应用，量测技术与仪器研制，施工机具以及劳保技术等方面，都有不少新成果。总之，岩体工程概念是大量工程实践，许多科学研究试验以及全国学术交流的综合结果，是众多新成果的科学概括。地质工程术语，是顾德曼·R.E在1974年首先使用的，孙广忠先生在1984年召开的第二届全国工程地质大会上提出了地质工程命题，并给出一个定义:地质工程是以地质体做建筑材料，以地质体做工程结构，以地质环境做建筑环境建筑起来的一种特殊工程。广义地说，地质工程又可称为大地改造工程[5]。孙先生是从工程地质科学的角度来论述地质工程的。1993年他作了题为《工程地质科学的一个重要生长点—地质工程》的学术报告，他将工程地质的发展划分三个阶段，其中的第三个阶段，就是“以地质改造为主要课题的工程地质灾害及地质5灾害防治，施工地质超前预报为特征的地质工程研究阶段。”并提出“地质控制施工法”，地质控制施工法的核心就是超前地质预报和超前地质改造。他还提出“将来的发展方向是工程地质工作者要将地质工程勘探、设计、施工三部分工作三位一体的承担起来，这是工程地质科学的一个新的发展方向，一个重要生长点”。围绕地质工程定义，内涵、方法等问题，在我国引起了一些学术争论，引起了工程地质界，岩体力学界，岩土工程界的广泛关注。我们申请了国家自然科学基金项目，从岩土工程技术科学发展的角度，对地质工程定义，内涵，方法等进行了系统的研究。我们把地质工程定义为，用工程措施控制工程地质体，使之具有服务功能的工程称为地质工程。工程地质体这个术语，原来是没有的。因此我们必须给出界定性的表述。在内或外动力作用下形成并经过地质演化，受环境因素制约，服务于工程的地质体，称为工程地质体。鉴于工程地质体具有随机性，模糊性等不确定因素，为了有效的解决工程构筑问题，达到工程目的，我们把控制论引用到地质工程上来，提出了“工程地质体控制论”。工程地质体控制论是研究地质工程系统的控制和调节规律的科学。这种理论以概括地表述为:在工程地质体中，采用有效的工程措施，经过反馈调节，适时地控制岩体变形与位移，调整岩体强度，改善岩体应力状态，维护与改善环境稳定性，以期使工程地质体的工程能力得到充分发挥:从而获得地质工程系统的最佳效益，优质高效地实现工程目的。从岩土工程技术科学发展的角度，地质工程概念是随着工