計(jì)算工程地質(zhì)從誕生之日起發(fā)展到今天,就一直致力于用數(shù)學(xué)、力學(xué)中的有關(guān)成果來解決工程地質(zhì)中的實(shí)際問題,并在人類的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮巨大的作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程地質(zhì)中的普及和應(yīng)用,傳統(tǒng)的工程地質(zhì)研究產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,以數(shù)學(xué)、力學(xué)理論為基礎(chǔ),以工程地質(zhì)分析為指導(dǎo),以計(jì)算機(jī)技術(shù)為手段,新的計(jì)算工程地質(zhì)領(lǐng)域展開了人們的眼界,在我國(guó),它成功地解決了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中許多重大工程地質(zhì)問題,使工程地質(zhì)向定量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)的前進(jìn)道路上跨越了一大步。 傳統(tǒng)工程地質(zhì)學(xué)的主要任務(wù)是查清與工程相關(guān)區(qū)域的工程地質(zhì)條件,而不同的工程地質(zhì)條件對(duì)于不同類型的工程又會(huì)產(chǎn)生各種工程地質(zhì)問題,需要專門研究,以保證工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)水平的提高,人類工程和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的規(guī)模也在擴(kuò)大,工程建設(shè)逐漸朝著高、深、大、難方向發(fā)展,從而使工程地質(zhì)學(xué)所面臨的問題更加復(fù)雜和困難,這就迫切要求把計(jì)算科學(xué)更多地引入到工程地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域。
計(jì)算機(jī)在工程地質(zhì)中的應(yīng)用是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來的。起初,計(jì)算機(jī)只應(yīng)用于工程地質(zhì)的數(shù)值計(jì)算,如有限差分法、有限單元法、離散單元法等計(jì)算方法在工程建設(shè)中的應(yīng)用。這時(shí)的計(jì)算機(jī)在工程地質(zhì)中只是起到了一個(gè)大型計(jì)算器 的作用。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步,計(jì)算機(jī)在工程地質(zhì)中的應(yīng)用范圍也迅速地拓寬,各種類型的數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)制圖技術(shù)等迅速地發(fā)展,并日趨完善。它們?cè)诠こ痰刭|(zhì)勘察、設(shè)計(jì)、施工和研究工作中起著越來越重要的不可替代的作用。
工程地質(zhì)工作除了查清工程地質(zhì)條件外,還要進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià),而要進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià),就要應(yīng)用數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)理論來進(jìn)行工程地質(zhì)的定量計(jì)算。實(shí)踐證明,由于大多數(shù)工程地質(zhì)問題都比較復(fù)雜,僅用數(shù)學(xué)力學(xué)中的解析方法很難達(dá)到目的。而通過計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用,許多復(fù)雜的計(jì)算問題便可迎刃而解,不僅精度高,而且速度快,所以數(shù)學(xué)力學(xué)理論不僅成為工程地質(zhì)定量計(jì)算的基礎(chǔ),也是計(jì)算工程地質(zhì)的理論基礎(chǔ)。
計(jì)算工程地質(zhì)領(lǐng)域主要涉及工程地質(zhì)定量分析研究,即用現(xiàn)代數(shù)學(xué)力學(xué)的方法和計(jì)算技術(shù)對(duì)工程地質(zhì)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。計(jì)算工程地質(zhì)工作不是簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)資料的處理和經(jīng)驗(yàn)性計(jì)算,而是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。首先必須對(duì)所獲的信息進(jìn)行加工處理,抽象為地質(zhì)模型和相應(yīng)的力學(xué)模型,而后,在此基礎(chǔ)上才能輸入本構(gòu)方程、破壞判據(jù)、工程活動(dòng)方案,巖土體改造方案等,進(jìn)一步給出數(shù)學(xué)力學(xué)模型,進(jìn)行工程地質(zhì)計(jì)算分析和巖土工程設(shè)計(jì)。最后,還需要根據(jù)施工中的監(jiān)測(cè)資料和反饋信息來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性和正確性,或進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)變更。
目前,計(jì)算工程地質(zhì)學(xué)已逐漸形成,但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:
1. 巖土體的擾動(dòng)效應(yīng) 處于自然環(huán)境中的巖土體往往需要經(jīng)過一定的改造才能適合工程構(gòu)筑物的需要,如支護(hù)、錨固、灌漿、樁基、夯實(shí)等,這種改造必然會(huì)擾動(dòng)巖土體的狀態(tài),計(jì)算分析中應(yīng)計(jì)入這種擾動(dòng)效應(yīng),計(jì)算結(jié)果才會(huì)較為合理和準(zhǔn)確;
2. 定性分析的指導(dǎo)作用 用于計(jì)算工程地質(zhì)學(xué)的計(jì)算方法有多種多樣,這些計(jì)算方法在解決實(shí)際工程問題時(shí),均存在著其適用條件問題。如果沒有準(zhǔn)確把握這些條件,有可能得出錯(cuò)誤結(jié)論,這就需要定性分析進(jìn)行指導(dǎo)。具體說就是,工程地質(zhì)學(xué)家在對(duì)一個(gè)工程場(chǎng)地進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查的基礎(chǔ)上,結(jié)合一些測(cè)試數(shù)據(jù),對(duì)該場(chǎng)地的工程地質(zhì)問題先從宏觀上,機(jī)制上作出定性判斷,然后選擇合適的計(jì)算方法;
3. 考慮施工過程 大多數(shù)地質(zhì)工程都涉及開挖和堆填,在分析計(jì)算工程涉及的巖土體穩(wěn)定時(shí),需考慮開挖和堆填的過程,以便正確地反映實(shí)際巖土體的受力過程,使結(jié)果更加合理;
4. 計(jì)算模型選取 計(jì)算模型選擇的正確與否直接控制計(jì)算結(jié)果的正確性和分析的可信性;
5. 計(jì)算參數(shù) 除選擇合適的計(jì)算模型之外,還要選取合理和準(zhǔn)確的計(jì)算參數(shù)。只有計(jì)算參數(shù)被確定下來才能得出計(jì)算結(jié)果,計(jì)算參數(shù)選取的正確與否,直接影響到計(jì)算結(jié)果的正確性,影響到計(jì)算結(jié)果同實(shí)際情況的符合程度。
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