巖土工程專業特點淺顯認識

1.引言

地上、地下和水中的各類工程統稱土木工程，而涉及巖石和土的部分稱巖土工程。巖土工程是以工程地質學、土力學、巖體力學及地基基礎等為理論基礎，運用地質測繪、勘探、室外原位測試和室內測試技術等綜合手段解決在工程建設中出現的與巖土體有關的工程技術問題。

目前我國新一輪經濟大潮已經開啟，“先勘察，后設計，再施工”是工程建設必須遵守的程序，而目前國內外各大工程建設的特點是：起點高、投資緊、工期短，這就要求在工程建設中既要確保工程按期、按質、按量完成，又要保證工程勘察的準確定、全面性。在工程建設中，場地工程地質問題、地基基礎問題等都成為投資和工期的主要制約因素，一旦處理不當都將會造成嚴重的后果。與鋼筋、混凝土等形成鮮明對比的是巖土體屬于自然產物，受自然條件的影響較大，加之我國的工程地質條件十分復雜，尤其是西南山區一帶更是地質災害多發地區，又是地震多發地帶，這些綜合因素都給巖土工程提出了大量的難題。

為了適應新形勢下巖土工程模式，提高巖土工程在工程建設中的地位，筆者從巖土工程的定義與研究范圍出發，分析其與工程地質及及結構工程等相鄰專業之間關系密切，并對巖土工程特點進行了深入剖析提出了一些看法，旨在與同行們共同探討。

2.巖土工程的定義

關于巖土工程的定義在不同的規范及學術研究報告中表述方法存在一定的差異。在《巖土工程基本術語標準》（GB/T50279-98）中表述為 “土木工程中涉及巖石、土的利用、處理或改良的科學技術”；而《中國大百科全書》中則將巖土工程視為土木工程的學科分支，其理論基礎為巖石力學、工程地質學和土力學基礎工程，技術研究的內容表現為巖石與土的處理和整治。除此之外也有專家將巖土工程定義為巖土體的支承體或是荷載材料，并有針對性地對其進行改良與整治。

巖土工程的業務范圍很廣，涉及土木工程建設中所有與巖體和土體的工程技術問題，筆者認為巖土工程還可表述為：巖土工程是土木工程中研究巖石、土及巖土中的水的一門工程技術或技術科學。

3.巖土工程的研究范圍

巖土工程涉及的范圍是很廣的，不僅涉及天然巖土，還包括各種人工土，包括對天然土的加固和改良，利用排水、壓實、加筋、改性、注漿、錨定、設置增強體等方法，改變巖土體的強度、變形和滲透性能。從巖土工程的最顯具特征--工程實踐方面分析，巖土工程研究主要涉及以下五個方面內容：

第一，支承體。建（構）筑物都建造在巖土體上，巖土作為地基支撐體，需要重點研究的巖土工程問題為承載力和變形問題。

第二，荷載或自承體。類似于基坑工程、邊坡工程這樣的地面開挖工程以及隧道工程一類的地下開挖工程，需要考慮邊坡的穩定與變形問題。這一過程中巖土體既表現為荷載，同時也表現為自承體，且地下水對其的影響較大。

第三，巖土材料。在填方工程中需要大量的巖土作為回填材料。除此之外，水利工程中大壩及圍堰或是路堤中也會用到巖土材料。巖土作為材料不僅需要解決其穩定及變形問題，還需要控制其天然回填材料的選用及施工質量的控制。

第四，地質災害防范?；?、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降、潛在不穩定斜坡等地質災害，對工程影響極大，工程防治設計需要結合具體的工程地質條件以及地質演化規律等方面綜合考慮進行設計和施工，場地和地基還需要考慮地震效應的影響。

第五，環境巖土工程問題。巖土工程中的環境問題涉及廢棄物填埋、地質水文條件評估以及土石文物保護等方面的問題，隨著環保理念的不斷滲透，人地和諧與可持續發展戰略逐漸得到落實，關于巖土工程中的環境保護也日漸成為一種社會共識。

4.巖土工程與臨近專業之間的關系

巖土工程與工程地質、結構工程、水利水電工程、道路橋梁和隧道工程、港口和航道工程、采礦工程等專業關系密切，且相互搭接，邊界模糊。這里僅從巖土工程與工程地質的關系以及巖土工程與結構工程的關系方面談點個人的認識：

4.1 與工程地質之間的關系

工程地質是一門應用地質學的原理研究與工程建設有關地質問題的學科，主要研究內容涉及地質災害、巖石與第四紀沉積物、巖土體穩定性和地震等。貫穿于工程規劃，勘察，設計，施工與維護等各個階段。從事工程地質的地質師側重于研究地質現象、地質成因和演化、地質規律、地質與工程的相互協調，既要保證工程的安全可靠，又要保證不會誘發和加劇工程地質災害，造成工程建設遭受地質災害的危害。

巖土工程是屬于地質與工程緊密結合的專業學科，是運用工程地質學、土力學、巖石力學、結構力學、土工試驗等多學科知識研究巖土體（包括其中的水）作為支承體、荷載、介質或材料、必要時對其改良或治理的一門工程技術。它包括巖土工程勘察、設計、試驗、施工和監測，涉及工程建設的全過程。從事巖土工程的工程師是根據工程目標和地質條件，建造滿足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分，解決工程建設中的巖土技術問題。

工程地質和巖土工程分別屬于地質學和土木工程決定了它們之間的既有區別又有聯系的關系，業界流傳的“工程地質是巖土工程的基礎，巖土工程是工程地質的延伸”是有一定道理的。巖土是自然歷史的產物，具有獨特性和顯著地時空變異性，無論何種力學模型都難以全面而準確的描述它的性狀，在復雜地質條件下，再細致的勘查測試也難以完全查明巖土性狀的時空分布；巖土又有很強的地區特點，各種地區往往形成各種各樣的特殊巖土。因此，單純的理論計算和試驗分析與實際之間存在很多不一致，需要巖土工程師根據工程特點及其所處的工程地質環境，憑借經驗對關鍵技術問題的把握，進行臨場處置。尤其是在地質構造復雜的山區，有經驗的工程地質學家，通過地面地質調查測繪，就可大致定性推斷出工程的基本模型，利用多種勘探測試技術獲得相應的原始數據，逐漸構造出工程地質模型。沒有地質學基礎，對滑坡、崩塌、泥石流等自然災害，斷層、褶皺以及結構面的空間分布、地下水的賦存和運動規律等的識別根本無從說起，尤其在地質復雜的山區，巖土工程師必須具有扎實的地質學知識才能順利的開展工作。

4.2 與結構工程之間的關系

結構工程與巖土工程的區別是顯而易見的。結構工程師面臨的是自己選定或設計的、可控的鋼筋、混凝土等材質相對均勻的人造材料，計算條件建立在材料力學、結構力學的基礎上，條件十分明確，計算結果是可信的。巖土工程師單純的計算是不可靠的,原因就在于工程地質條件的不確知性和巖土參數的不確定性,不同程度地存在計算條件的模糊性和信息的不完全性。

結構工程與巖土工程關系密切，互相搭接。建造在地基上的建（構）筑物都受地基的穩定和變形制約，而結構和地基又相互作用、相互影響，地基的穩定和過量變形直接影響結構的安危和功能，同時結構的荷載分布和不同剛度又會產生地基變形。在工程建設中，結構工程師和巖土工程師雖然有所分工，有所側重，但相互配合的居多，比如關于地基設計均需要結構工程師進行統一規劃，遇到較為復雜的基地問題時則需要巖土工程師共同參與討論。巖土工程師吃透工程地質和設計需求是非常重要的，地基勘察與設計需要先對結構型式、分布及荷載等問題進行進一步了解，明確地基結構的剛度及限制要求，這對于地基設計至關重要。因此，結構工程師應當具備必要的巖土知識，巖土工程師也必須具備必要的結構知識。

5.巖土工程的特點

前面已經提到巖土工程研究對象是巖石和土。巖土是一種最復雜的材料，巖石的裂隙性和土的孔隙性決定了巖土工程的特點。

巖石發育有裂隙是其區別于混凝土的主要特點，裂隙概化為“結構面”，巖石和結構面統稱為巖體，巖石、結構面和巖體力學性能差異很大。同樣，土是一種散粒材料，存在孔隙，土的三相決定了土的物理力學性質，孔隙的存在導致土壓力分為有效壓力和孔隙壓力，在土木工程計算中便有了總應力法和有效應力法兩種原理和方法。搞清結構面的產狀、參數和分布，把握好孔隙壓力是巖土工程的重點，也是難點。

巖土參數的獲得往往需要靠試驗作為支撐，由于測試方法的多樣性以及同一巖土體測試數據的離散型，決定了巖土參數的不確定性。因為巖土體在取樣、運輸和實驗操作中極易受到外界的干擾，同時樣品位置也會對巖土體測試數據產生一定影響，這也是巖土體的獨有特點。自然界的巖土無論何種力學模型都難以全面而準確的描述它的性狀；巖土具有顯著的時空變異性，在復雜地質條件下，再細致的勘查測試也難以完全查明巖土性狀的時空分布；巖土又有很強的地區特點，不同地區往往形成各種各樣的特殊巖土。土樣分層的合理性、土樣均勻性以及試驗操作水平都會對試驗結果造成很大的影響，必須通過對一定數量樣品進行統計分析才能得到代表值。巖土工程測試包括野外原位測試、室內試驗和監測三大類，還有各種模型試驗，特點和用途均不相同。同一種參數，又因測試方法不同而得出不同的成果數據。選用合理的測試方法成為巖土工程計算能否達到預期效果的重要環節。這種測試方法的多樣性，是巖土工程區別于其他工程技術一個重要特點。

由于條件的不確定性和參數的不確定性，導致信息的不完全性，使單純的計算結果不僅不精確，也不一定可靠，因而“不求計算精確，只求判斷正確，強調概念設計”已是當今巖土界的一種共識。概念設計是一種設計理念，早年顧寶和大師就較為系統的闡述過概念設計的精髓，強調地質學的定性分析與力學的定量分析相結合，強調分析成因演化，宏觀把握，綜合判斷。概念設計必須貫穿工程的始終。

6.結束語

綜上所述，巖土材料種類繁多，組合多樣，又有各種地質背景和水文地質條件；在與工程的相互作用中，所處的地位和承擔的角色又各不相同。巖土體屬自然界產物，主要受自然條件的影響，不確定、不穩定性很強，不能由工程師選定和控制，只能通過勘察查明而又不能完全查明；巖土參數因土樣分層的合理性、土樣均勻性以及試驗操作水平不同也具有不確定性。雖然目前土力學、巖石力學、計算機水平都具有很高的水平，由于計算假定、計算模型、計算方法、計算參數等與實際之間的很多不一致，使單純的計算結果與工程實際有很大的差別，需要靠工程師的理論基礎和豐富的工程經驗進行綜合判斷。 “經驗+理論方能比翼雙飛”，沒有經驗的人肯定解決不了復雜的工程問題，忽視理論也極易將局部經驗誤為普遍真理，犯概念性錯誤。在合理的工程地質分析基礎之上，進行信息化施工和動態設計，利用監測成果積累科學數據，使得巖土工程概念設計越來越向可靠度設計發展是巖土工程今后的發展方向。因此，巖土工程迄今還是一門不嚴謹、不完善、不夠成熟的技術科學，處在“發展中”的一門科學技術，存在相當大的風險性，困難很大，當然潛力也很大?！?

參考文獻

[l]顧寶和.淺談巖土工程的專業特點[J].巖土工程界，2007.

[2]劉小梅.巖土工程勘察的研究[J].時代報告，2010.

[3]殷宗澤等.土工原理[M].中國水利水電出版社,2007.

[4]龔曉南.地基處理手冊(第三版)[M].中國建筑工業出版社,2008.