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岩土工程的職業發展分析

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導語:隨著多種所有制工程施工企業的發展及跨區域經營障礙被打破,岩土工程市場已處於完全競爭狀態。岩土工程專案承接主要通過公開招投標活動實現,行業內市場化程度較高,市場集中度偏低。

岩土工程的職業發展分析

1 引 言

展望岩土工程的發展,筆者認為需要綜合考慮岩土工程學科特點、工程建設對岩土工程發展的要求,以及相關學科發展對岩土工程的影響。

岩土工程研究的物件是巖體和土體。巖體在其形成和存在的整個地質歷史過程中,經受了各種複雜的地質作用,因而有著複雜的結構和地應力場環境。而不同地區的不同型別的巖體,由於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。岩石出露地表後,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複雜而且其性質的區域性和個性很強。

岩石和土的強度特性、變形特性和滲透特性都是通過試驗測定。在室內試驗中,原狀試樣的代表性、取樣過程中不可避免的擾動以及初始應力的釋放,試驗邊界條件與地基中實際情況不同等客觀原因所帶來的誤差,使室內試驗結果與地基中岩土實際性狀發生差異。在原位試驗中,現場測點的代表性、埋設測試元件時對岩土體的擾動,以及測試方法的可靠性等所帶來的誤差也難以估計。

岩土材料及其試驗的上述特性決定了岩土工程學科的特殊性。岩土工程是一門應用科學,在岩土工程分析時不僅需要運用綜合理論知識、室內外測成果、還需要應用工程師的經驗,才能獲得滿意的結果。在展望岩土工程發展時不能不重視岩土工程學科的特殊性以及岩土工程問題分析方法的特點。

土木工程建設中出現的岩土工程問題促進了岩土工程學科的發展。例如在土木工程建設中最早遇到的是土體穩定問題。土力學理論上的最早貢獻是1773年庫倫建立了庫倫定律。隨後發展了Rankine(1857)理論和Fellenius(1926)圓弧滑動分析理論。為了分析軟粘土地基在荷載作用下沉降隨時間發展的過程,Terzaghi(1925)發展了一維固結理論。回顧我國近50年以來岩土工程的發展,它是緊緊圍繞我國土木工程建設中出現的岩土工程問題而發展的。在改革開放以前,岩土工程工作者較多的注意力集中在水利、鐵道和礦井工程建設中的岩土工程問題,改革開放後,隨著高層建築、城市地下空間利用和高速公路的發展,岩土工程者的注意力較多的集中在建築工程、市政工程和交通工程建設中的岩土工程問題。土木工程功能化、城市立體化、交通高速化,以及改善綜合居往環境成為現代土木工程建設的特點。人口的增長加速了城市發展,城市化的程序促進了大城市在數量和規模上的急劇發展。人們將不斷拓展新的生存空間,開發地下空間,向海洋拓寬,修建跨海大橋、海底隧道和人工島,改造沙漠,修建高速公路和高速鐵路等。展望岩土工程的發展,不能離開對我國現代土木工程建設發展趨勢的分析。

一個學科的發展還受科技水平及相關學科發展的影響。二次大戰後,特別是在20世紀60年代以來,世界科技發展很快。電子技術計算機技術的發展,計算分析能力和測試能力的提高,使岩土工程計算機分析能力和室內外測試技術得到提高和進步。科學技術進步還促使岩土工程新材料和新技術的產生。如近年來土工合成材料的迅速發展被稱為岩土工程的一次革命。現代科學發展的一個特點是學科間相互滲透,產生學科交叉並不斷出現新的學科,這種發展態勢也影響岩土工程的發展。

岩土工程是20世紀60年代末至70年代初,將土力學及基礎工程、工程地質學、巖體力學三者逐漸結合為一體並應用於土木工程實際而形成的新學科。岩土工程的發展將圍繞現代土木工程建設中出現的岩土工程問題並將融入其他學科取得的新成果。岩土工程涉及土木工程建設中岩石與土的利用、整治或改造,其基本問題是巖體或土體的穩定、變形和滲流問題。筆者認為下述12個方面是應給予重視的研究領域,從中可展望21世紀岩土工程的發展。

2 區域性土分佈和特性的研究

經典土力學是建立在無結構強度理想的'粘性土和無粘性土基礎上的。但由於形成條件、形成年代、組成成分、應力歷史不同,土的工程性質具有明顯的區域性。周鏡在黃文熙講座[1]中詳細分析了我國長江中下游兩岸廣泛分佈的、礦物成分以雲母和其它深色重礦物的風化碎片為主的片狀砂的工程特性,比較了與福建石英質砂在變形特性、動靜強度特性、抗液化效能方面的差異,指出片狀砂有某些特殊工程性質。然而人們以往對砂的工程性質的瞭解,主要根據對石英質砂的大量室內外試驗結果。周鏡院士指出:“眾所周知,目前我國評價飽和砂液化勢的原位測試方法,即標準貫入法和靜力觸探法,主要是依據石英質砂地層中的經驗,特別是唐山地震中的經驗。有的規程中用飽和砂的相對密度來評價它的液化勢。顯然這些準則都不宜簡單地用於長江中下游的片狀砂地層”。我國長江中下游兩岸廣泛分佈的片狀砂地層具有某些特殊工程性質,與標準石英砂的差異說明土具有明顯的區域性,這一現象具有一定的普遍性。國內外岩土工程師們發現許多地區的飽和粘土的工程性質都有其不同的特性,如倫敦粘土、波士頓藍粘土、曼谷粘土、Oslo粘土、Lela粘土、上海粘土、湛江粘土等。這些粘土雖有共性,但其個性對工程建設影響更為重要。

我國地域遼闊、岩土類別多、分佈廣。以土為例,軟粘土、黃土、膨脹土、鹽漬土、紅粘土、有機質土等都有較大範圍的分佈。如我國軟粘土廣泛分佈在天津、連雲港、上海、杭州、寧波、溫州、福州、湛江、廣州、深圳、南京、武漢、昆明等地。人們已經發現上海粘土、湛江粘土和昆明粘土的工程性質存在較大差異。以往人們對岩土材料的共性、或者對某類土的共性比較重視,而對其個性深入系統的研究較少。對各類各地區域性土的工程性質,開展深入系統研究是岩土工程發展的方向。探明各地區域性土的分佈也有許多工作要做。岩土工程師們應該明確只有掌握了所在地區土的工程特性才能更好地為經濟建設服務。