岩土工程的发展趋势与开发利用

吴志刚

（四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000）

岩土工程的发展趋势与开发利用

吴志刚

（四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000）

岩土工程（Geotechnicalengineering）是以土力学（Soilmechanics）、岩体力学（Rockmechanics）及工程地质学（Engineeringgeology）为理论基础，运用各种勘探测试技术对岩土体进行综合整治改造和利用而进行的系统性工作。这一学科在国外某些国家和地区被称为“大地工程”、“土力工程”或“土质工学”。本文简要回顾了岩土工程的发展历史，分析了岩土工程的概念，指出未来岩土工程的研究方向，展望了岩土工程的发展趋势。

岩土工程；发展历史；发展趋势

1 问题的提出

国家标准《岩土工程基本术语标准》（GBT50279-98）中说，岩土工程是指“土木工程中涉及岩石或土的利用、处理或改良的科学技术”。这一定义说明了，岩土工程在学科归属上是土木工程的一个分支，它包括岩土工程勘察、设计、试验、施工和监测,涉及工程建设的全过程。

2 岩土工程的发展阶段

岩土工程的发展历史不仅可以追溯到人类有历史之前，而且应当说地球上一有人类，就有岩土工程活动。只不过岩土工程形成为一门专门学科，至今尚不足100年。人类发展的历史就交织着岩土工程发展的历史，岩土工程的发展经历了以下四个阶段。

第一阶段：岩土工程起始于人类依靠穴居以躲避洪水猛兽和风霜雨雪侵袭的时代，包括其后原始人利用土、木、石等自然资源，以谋求改善生存生活和生产条件的时代。此中人类的种种活动无不包含了或有赖于岩土工程。而在其早期，岩土工程活动以解决栖身之处和防治水患为首要目的。人类经过聚居时代、部落时代等等而产生了城市，道路桥梁渐渐为人类生活交往、生产活动及统治者进行治理和对敌进攻等所必需,于是出现了与岩土工程密切相关的又一重要工程领域。

第二阶段：自18世纪60年代起至20世纪20年代中期或1925年太沙基发表划时代的《土力学》名著之前。第二次工业革命极大地推动了世界各国生产力的发展，使工场手工业渐渐向近代大工业机器生产发展。岩土工程施工随之由纯粹的手工操作、体力劳动,发展为半机械化或局部机械化作业。尤其是此时陆上交通进入了铁路时代，以及码头、水库等的兴建，都带来了一系列新的岩土工程技术问题，促使人们开始进行理论探索与技术创新，为此拉开了岩土工程学术研究的序幕。

第三阶段：此时期始于太沙基发表《土力学》名著的1925年。自1925年以来，特别是二战后的50余年以来，与土力学理论不断获得发展和完善的同时，在相关学科科技进步以及世界各地社会经济总体不断增长的有力推动下，岩土工程不论在我国或在世界范围，不论其类型、规模、数量或质量而言，都取得了前所未有的巨大进展，此时期可称为岩土工程学科的创建奠基和初具框架的时期。

第四阶段：进入21世纪，以电子计算机技术、航天技术、信息技术为代表的一系列现代高新技术的兴起，已引发了人类历史上前所未有的一场科技革命。就我国而言，在新的世纪里将会出现史无前例的工程建设高潮，大量的复杂的岩土工程问题都将急需研究攻克，岩土工程的重要性必将更为突出。岩土工程学科必将出现新的突破。因此可以预料，岩土工程学将在21世纪迅速实现由第三阶段向第四阶段的转变。

3 21世纪岩土工程研究的几个趋向

3.1 多层次、多尺度研究

岩石材料力学响应的复杂性不仅和加载途径与地质环境相关，还与研究对象的层次和尺度有关。在微观（含细观）的层次和尺度内，可以清晰地观察到岩石断面在不同激励下，裂纹起始-分叉-发展-断裂-破坏-卸载的全过程。围绕这个课题，不仅深化了岩体损伤、断裂的研究，还带动了相关的加载设备、实时测试、数值模拟的发展。目前，越来越多的学者介入这项工作，在微观、细观、宏观和巨观等不同层次上进行大量富有创新的探索工作。

3.2 耦合分析

岩石力学是一门综合性很强的科学，它涉及的因素很多，既有内在的，也有外来的。所以在研究岩石力学问题时，我们必须把有关的各种因素放在一起加以考虑，研究它们彼此之间的相互作用和影响，进行多因素的耦合分析。

3.3 新的算法与程序

由于岩石工程的复杂性，一般难以用封闭形式的解析公式定量地求解问题，在这方面，60年代以后陆续问世的有限元法、离散元法、边界元法及其各种耦合算法和程序充分展现了各自的长处，在很大程度上有力地促进了岩石力学与工程的发展。现在出现了一些新的算法和程序，如刚性有限元法、广义有限元法、运动单元法、界面元法、块体理论、DDA、流形元法、FLAC无网格法以及模拟退火算法等等。

3.4 地下空间的开发利用

近30年内，地下空间建设的进一步发展，以激光导向技术和GPS定位技术为代表的地下施工技术，以遥感技术与地质雷达为代表的地下勘探技术，以及地下掘进及衬砌的自动控制施工技术给岩土工程的发展注入了新的活力。

3.5 环境岩土工程的研究

环境岩土工程是新的研究方向，旨在研究极端环境条件下（高温、高压、强渗透压和化学腐蚀）岩土变形及强度变化规律，探讨岩土力学特性的时效及应变速率效应，其研究背景与科学意义为：深部能源开发关键技术研究；防护工程研究的需求；国家高效核废料处置的需求；能源储存（包括CO2储存）等需求。

4 结语

随着试验手段与计算技术的发展，土的本构关系、非饱和土的耦合基本场方程、岩土工程数值分析方法、土动力学、塑性极限平衡与安定性分析等许多方面已取得了引人注目的进展，逐渐形成并不断完善细观土力学、非饱和土力学、计算土力学、非连续变形力学、土塑性力学等学科分支。可以预计，在不断吸取其他学科新成果的基础上，岩土工程学将进人一个更高层次的新阶段，使这门半定性的经验学科走向更加成熟。展望21世纪岩土工程的发展，挑战与机遇并存，让我们共同努力将中国的岩土工程水平推向一个新台阶。

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