岩土工程科学方法论.pptx

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1、会计学1岩土工程科学方法论岩土工程科学方法论传统研究方法的特点传统研究方法的特点n n鉴鉴鉴鉴于于于于岩岩岩岩土土土土工工工工程程程程以以以以上上上上这这这这些些些些特特特特点点点点，用用用用传传传传统统统统科科科科学学学学研研研研究究究究方方方方法法法法是是是是将将将将其其其其进进进进行行行行适适适适度度度度的的的的均均均均一一一一化化化化或或或或作作作作增增增增量量量量处处处处理理理理，进进进进而而而而采采采采用用用用的的的的连连连连续续续续介介介介质质质质力力力力学学学学分分分分析析析析方方方方法法法法去去去去分分分分析析析析和和和和评评评评价价价价岩岩岩岩土土土土工工工工程程程程性性性

2、性质质质质及及及及其其其其对对对对工工工工程程程程建建建建筑筑筑筑的的的的适适适适应应应应性性性性。事事事事实实实实上上上上，用用用用这这这这种种种种方方方方法法法法分分分分析析析析评评评评价价价价的的的的结结结结果果果果，往往往往往往往往与与与与实实实实际际际际需需需需求求求求有有有有较较较较大大大大的的的的偏偏偏偏差差差差，有有有有时时时时甚甚甚甚至至至至会会会会给给给给工工工工程程程程建建建建设设设设造造造造成成成成一一一一些些些些麻麻麻麻烦烦烦烦和和和和损损损损失失失失。这这这这种种种种岩岩岩岩土土土土力力力力学学学学方方方方法法法法在在在在七七七七十十十十、八八八八十十十十年年年年代

3、代代代也也也也有有有有较较较较大大大大发发发发展展展展，考考考考虑虑虑虑了了了了材材材材料料料料性性性性质质质质的的的的非非非非线线线线性性性性和和和和节节节节理理理理对对对对工工工工程程程程稳稳稳稳定定定定性性性性的的的的影影影影响响响响，继继继继承承承承了了了了结结结结构构构构力力力力学学学学、工工工工程程程程地地地地质质质质、流流流流变变变变、断断断断裂裂裂裂力力力力学学学学、损损损损伤伤伤伤力力力力学学学学等等等等的的的的基基基基本本本本理理理理论论论论和和和和方方方方法法法法，吸吸吸吸收收收收了了了了结结结结构构构构面面面面的的的的研研研研究究究究内内内内容容容容。但但但但仍仍仍仍然

4、然然然没没没没有有有有揭揭揭揭示示示示岩岩岩岩土土土土体体体体的的的的内内内内在在在在实实实实质质质质，甚甚甚甚至至至至有有有有学学学学者者者者认认认认为为为为真真真真正正正正的的的的岩岩岩岩土土土土力力力力学学学学理理理理论论论论还还还还没没没没有有有有诞诞诞诞生。生。生。生。第1页/共28页解决方法解决方法n n在在工工程程建建设设进进入入大大规规模模、高高层层次次发发展展的的今今天天，传传统统的的岩岩土土力力学学理理论论和和方方法法已已不不适适应应时时代代的的要要求求，亟亟待待取取得得突突破破性性进进展展。利利用用科科学学技技术术方方法法论论，寻寻求求解解决决现现代代岩岩土土工工程程问问

5、题题的的新新的的科科学学技技术术方方法法是是我我们们的的主主要要任任务。务。第2页/共28页第一类方法：第一类方法：不连续性和非线性研究方法不连续性和非线性研究方法 n n不连续性是指岩土体在结构上的不连续性，在性质上的不均匀性和各向不连续性是指岩土体在结构上的不连续性，在性质上的不均匀性和各向不连续性是指岩土体在结构上的不连续性，在性质上的不均匀性和各向不连续性是指岩土体在结构上的不连续性，在性质上的不均匀性和各向异性。岩土体中存在有若干层面、节理面、断裂带等弱面，不同地点、异性。岩土体中存在有若干层面、节理面、断裂带等弱面，不同地点、异性。岩土体中存在有若干层面、节理面、断裂带等弱面，不同

6、地点、异性。岩土体中存在有若干层面、节理面、断裂带等弱面，不同地点、不同方向上岩土体的物理力学特性不一样。物理力学性质上的非线性则不同方向上岩土体的物理力学特性不一样。物理力学性质上的非线性则不同方向上岩土体的物理力学特性不一样。物理力学性质上的非线性则不同方向上岩土体的物理力学特性不一样。物理力学性质上的非线性则指岩土体本构关系的非线性和边界条件的非线性。由科学的认识论方法，指岩土体本构关系的非线性和边界条件的非线性。由科学的认识论方法，指岩土体本构关系的非线性和边界条件的非线性。由科学的认识论方法，指岩土体本构关系的非线性和边界条件的非线性。由科学的认识论方法，结合其它的力学方法，可以得到

7、以下的研究方法。结合其它的力学方法，可以得到以下的研究方法。结合其它的力学方法，可以得到以下的研究方法。结合其它的力学方法，可以得到以下的研究方法。第3页/共28页损伤力学和断裂力学损伤力学和断裂力学研究方法研究方法n n在在在在各各各各种种种种加加加加载载载载条条条条件件件件下下下下，工工工工程程程程材材材材料料料料内内内内的的的的粘粘粘粘聚聚聚聚力力力力呈呈呈呈渐渐渐渐进进进进地地地地简简简简弱弱弱弱，进进进进而而而而导导导导致致致致其其其其体体体体积积积积元元元元的的的的恶恶恶恶化化化化和和和和破破破破坏坏坏坏，这这这这种种种种现现现现象象象象称称称称为为为为材材材材料料料料的的的的损损

8、损损伤伤伤伤。对对对对中中中中小小小小规规规规模模模模呈呈呈呈断断断断续续续续裂裂裂裂隙隙隙隙分分分分布布布布的的的的节节节节理理理理岩岩岩岩体体体体而而而而言言言言，它它它它既既既既不不不不能能能能简简简简化化化化为为为为块块块块体体体体，又又又又不不不不能能能能视视视视为为为为完完完完全全全全散散散散粒粒粒粒体体体体，这这这这在在在在宏宏宏宏观观观观上上上上仍仍仍仍可可可可归归归归属属属属于于于于一一一一种种种种非非非非均均均均质质质质、各各各各向向向向异异异异性性性性的的的的连连连连续续续续介介介介质质质质体体体体，这这这这就就就就有有有有可可可可能能能能在在在在更更更更大大大大的的的的

9、尺尺尺尺度度度度范范范范围围围围内内内内来来来来考考考考察察察察其其其其各各各各种种种种力力力力学学学学量量量量的的的的统统统统计计计计平平平平均均均均性性性性质质质质。而而而而损损损损伤伤伤伤力力力力学学学学的的的的理理理理论论论论和和和和方方方方法法法法，为为为为这这这这类类类类岩岩岩岩体体体体的的的的研研研研究究究究提提提提供供供供了了了了新新新新的的的的思思思思想想想想和和和和手手手手段段段段。其其其其优优优优越越越越性性性性表现在：表现在：表现在：表现在：（1 1）可以给出岩体各向异性的力学关系；）可以给出岩体各向异性的力学关系；）可以给出岩体各向异性的力学关系；）可以给出岩体各向异

10、性的力学关系；（2 2）可以建立岩体结构面的几何特性间的关系；）可以建立岩体结构面的几何特性间的关系；）可以建立岩体结构面的几何特性间的关系；）可以建立岩体结构面的几何特性间的关系；（3 3）由由由由岩岩岩岩体体体体损损损损伤伤伤伤可可可可以以以以预预预预测测测测岩岩岩岩体体体体的的的的后后后后期期期期强强强强度度度度，而而而而在在在在岩岩岩岩体体体体力力力力学学学学参参参参数数数数取取取取值值值值的的的的研研研研究究究究中中中中采采采采用用用用损损损损伤伤伤伤力力力力学学学学方方方方法法法法就就就就克克克克服服服服了了了了尺尺尺尺寸寸寸寸效应的困难。效应的困难。效应的困难。效应的困难。第4页

11、/共28页n n断断断断裂裂裂裂力力力力学学学学则则则则研研研研究究究究在在在在各各各各种种种种荷荷荷荷载载载载和和和和环环环环境境境境因因因因素素素素作作作作用用用用下下下下，材材材材料料料料内内内内在在在在的的的的裂裂裂裂纹纹纹纹或或或或孔孔孔孔隙隙隙隙所所所所引引引引起起起起的的的的裂裂裂裂纹纹纹纹呈呈呈呈非非非非线线线线性性性性扩扩扩扩展展展展的的的的规规规规律律律律及及及及其其其其破破破破坏坏坏坏的的的的全全全全过过过过程程程程。这这这这种种种种方方方方法法法法正正正正好好好好反反反反映了岩体破坏的实质，将成为岩石力学中的重要研究方向。映了岩体破坏的实质，将成为岩石力学中的重要研究方

12、向。映了岩体破坏的实质，将成为岩石力学中的重要研究方向。映了岩体破坏的实质，将成为岩石力学中的重要研究方向。n n现在的观点认为，在节理岩体破坏的全过程中，往往都同时伴随着损伤现在的观点认为，在节理岩体破坏的全过程中，往往都同时伴随着损伤现在的观点认为，在节理岩体破坏的全过程中，往往都同时伴随着损伤现在的观点认为，在节理岩体破坏的全过程中，往往都同时伴随着损伤的积累和宏观裂纹的扩展两方面。所以，有必要把岩体断裂力学和损伤的积累和宏观裂纹的扩展两方面。所以，有必要把岩体断裂力学和损伤的积累和宏观裂纹的扩展两方面。所以，有必要把岩体断裂力学和损伤的积累和宏观裂纹的扩展两方面。所以，有必要把岩体断裂

13、力学和损伤力学结合起来，研究节理岩体结构的整个破坏全过程。力学结合起来，研究节理岩体结构的整个破坏全过程。力学结合起来，研究节理岩体结构的整个破坏全过程。力学结合起来，研究节理岩体结构的整个破坏全过程。第5页/共28页块体力学研究方法块体力学研究方法 n n块体理论是七十年代由石根华为代表提出的，它设块体理论是七十年代由石根华为代表提出的，它设块体理论是七十年代由石根华为代表提出的，它设块体理论是七十年代由石根华为代表提出的，它设定岩体结构面是贯通的定岩体结构面是贯通的定岩体结构面是贯通的定岩体结构面是贯通的这对节理裂隙发育的浅这对节理裂隙发育的浅这对节理裂隙发育的浅这对节理裂隙发育的浅部天然

14、岩体大体上是合适的，并且这些结构面的强部天然岩体大体上是合适的，并且这些结构面的强部天然岩体大体上是合适的，并且这些结构面的强部天然岩体大体上是合适的，并且这些结构面的强度很低或不具有强度；而相对地认为完整的岩块则度很低或不具有强度；而相对地认为完整的岩块则度很低或不具有强度；而相对地认为完整的岩块则度很低或不具有强度；而相对地认为完整的岩块则是刚性的。即认为岩体是各种大小不同的刚性岩块是刚性的。即认为岩体是各种大小不同的刚性岩块是刚性的。即认为岩体是各种大小不同的刚性岩块是刚性的。即认为岩体是各种大小不同的刚性岩块组合体。然后，利用组合体。然后，利用组合体。然后，利用组合体。然后，利用“块体

15、的有界性定理块体的有界性定理块体的有界性定理块体的有界性定理”和和和和“有有有有界块体的可移动性定理界块体的可移动性定理界块体的可移动性定理界块体的可移动性定理”来识别块体的几何可动性来识别块体的几何可动性来识别块体的几何可动性来识别块体的几何可动性和不可动性，求找出开挖临空面上所有可动块体中和不可动性，求找出开挖临空面上所有可动块体中和不可动性，求找出开挖临空面上所有可动块体中和不可动性，求找出开挖临空面上所有可动块体中的关键块体。关键块体是几何学上、力学上均为可的关键块体。关键块体是几何学上、力学上均为可的关键块体。关键块体是几何学上、力学上均为可的关键块体。关键块体是几何学上、力学上均为

16、可动而又能导致产生多米诺骨牌式连锁失稳的块体，动而又能导致产生多米诺骨牌式连锁失稳的块体，动而又能导致产生多米诺骨牌式连锁失稳的块体，动而又能导致产生多米诺骨牌式连锁失稳的块体，如果不及时加以锚固，将产生一连串的塌滑。块体如果不及时加以锚固，将产生一连串的塌滑。块体如果不及时加以锚固，将产生一连串的塌滑。块体如果不及时加以锚固，将产生一连串的塌滑。块体理论的破坏准则取用其关键块体的稳定性为最小，理论的破坏准则取用其关键块体的稳定性为最小，理论的破坏准则取用其关键块体的稳定性为最小，理论的破坏准则取用其关键块体的稳定性为最小，这与工程地质中的突破观点是一致的，可以归结为这与工程地质中的突破观点是

17、一致的，可以归结为这与工程地质中的突破观点是一致的，可以归结为这与工程地质中的突破观点是一致的，可以归结为极限平衡分析法的范畴。极限平衡分析法的范畴。极限平衡分析法的范畴。极限平衡分析法的范畴。第6页/共28页离散单元法研究方法离散单元法研究方法 n n离散单元法也认为岩体是各种大小不同的岩块组合体，但其考虑了块体离散单元法也认为岩体是各种大小不同的岩块组合体，但其考虑了块体离散单元法也认为岩体是各种大小不同的岩块组合体，但其考虑了块体离散单元法也认为岩体是各种大小不同的岩块组合体，但其考虑了块体相互之间接触的影响。认为块体在相邻块体的作用下的运动过程中，块相互之间接触的影响。认为块体在相邻块

18、体的作用下的运动过程中，块相互之间接触的影响。认为块体在相邻块体的作用下的运动过程中，块相互之间接触的影响。认为块体在相邻块体的作用下的运动过程中，块体和相邻块体可以接触，也可以分开。块体之间的相互作用力由接触面体和相邻块体可以接触，也可以分开。块体之间的相互作用力由接触面体和相邻块体可以接触，也可以分开。块体之间的相互作用力由接触面体和相邻块体可以接触，也可以分开。块体之间的相互作用力由接触面的本构方程确定，而块体的运动则完全根据该块体所受到的不平衡力和的本构方程确定，而块体的运动则完全根据该块体所受到的不平衡力和的本构方程确定，而块体的运动则完全根据该块体所受到的不平衡力和的本构方程确定，

19、而块体的运动则完全根据该块体所受到的不平衡力和不平衡力矩的大小按牛顿运动定律确定。这种方法可以描述块体运动的不平衡力矩的大小按牛顿运动定律确定。这种方法可以描述块体运动的不平衡力矩的大小按牛顿运动定律确定。这种方法可以描述块体运动的不平衡力矩的大小按牛顿运动定律确定。这种方法可以描述块体运动的全过程。全过程。全过程。全过程。第7页/共28页第二类方法：第二类方法：不确定性研究不确定性研究方法方法 n n 在岩土工程分析和数值计算中，存在着若干的客观和在岩土工程分析和数值计算中，存在着若干的客观和在岩土工程分析和数值计算中，存在着若干的客观和在岩土工程分析和数值计算中，存在着若干的客观和主观的不

20、确定性因素（即随机性和模糊性）。众所周主观的不确定性因素（即随机性和模糊性）。众所周主观的不确定性因素（即随机性和模糊性）。众所周主观的不确定性因素（即随机性和模糊性）。众所周知，在建筑结构方面，国内外已广泛应用随机分析方知，在建筑结构方面，国内外已广泛应用随机分析方知，在建筑结构方面，国内外已广泛应用随机分析方知，在建筑结构方面，国内外已广泛应用随机分析方法，按概率设计进行可靠度评价。毫无疑问，由于岩法，按概率设计进行可靠度评价。毫无疑问，由于岩法，按概率设计进行可靠度评价。毫无疑问，由于岩法，按概率设计进行可靠度评价。毫无疑问，由于岩土介质和工程条件的复杂性，在水工和岩土工程结构土介质和工

21、程条件的复杂性，在水工和岩土工程结构土介质和工程条件的复杂性，在水工和岩土工程结构土介质和工程条件的复杂性，在水工和岩土工程结构领域，也必将向不确定性分析方法的设计计算过渡。领域，也必将向不确定性分析方法的设计计算过渡。领域，也必将向不确定性分析方法的设计计算过渡。领域，也必将向不确定性分析方法的设计计算过渡。在岩土工程中，大量固有的不确定性因子主要来源于在岩土工程中，大量固有的不确定性因子主要来源于在岩土工程中，大量固有的不确定性因子主要来源于在岩土工程中，大量固有的不确定性因子主要来源于荷载环境（初始应力场值）、介质地质环境（岩土性荷载环境（初始应力场值）、介质地质环境（岩土性荷载环境（初

22、始应力场值）、介质地质环境（岩土性荷载环境（初始应力场值）、介质地质环境（岩土性质参数）和施工环境与结构材料等多方面内外部条件质参数）和施工环境与结构材料等多方面内外部条件质参数）和施工环境与结构材料等多方面内外部条件质参数）和施工环境与结构材料等多方面内外部条件的不利组合而造成的，因而采用不确定性分析方法来的不利组合而造成的，因而采用不确定性分析方法来的不利组合而造成的，因而采用不确定性分析方法来的不利组合而造成的，因而采用不确定性分析方法来研究岩土工程问题是合理的。研究岩土工程问题是合理的。研究岩土工程问题是合理的。研究岩土工程问题是合理的。第8页/共28页概率论与数理统计分析方法概率论与

23、数理统计分析方法n n 该方法着重对实验和现场实测数据进行统该方法着重对实验和现场实测数据进行统计学分析，给出测试各值的计学分析，给出测试各值的“均值均值”和和“方差方差”，并将其应用于岩土工程的可靠性，并将其应用于岩土工程的可靠性分析，得出其失效概率或安全概率。分析，得出其失效概率或安全概率。第9页/共28页随机过程方法随机过程方法n n它它它它是是是是将将将将岩岩岩岩土土土土体体体体的的的的状状状状态态态态变变变变量量量量（如如如如位位位位移移移移、应应应应力力力力等等等等）和和和和材材材材料料料料特特特特性性性性参参参参数数数数（如如如如E E，c c等等等等）看看看看作作作作在在在在不

24、不不不同同同同时时时时刻刻刻刻服服服服从从从从不不不不同同同同概概概概率率率率分分分分布布布布的的的的一一一一种种种种随随随随机机机机变变变变量量量量；而而而而对对对对于于于于某某某某一一一一时时时时刻刻刻刻的的的的分分分分析析析析则则则则与与与与一一一一般般般般的的的的概概概概率率率率论论论论和和和和统统统统计计计计学学学学方方方方法法法法相相相相同同同同。这这这这里里里里，在在在在岩岩岩岩土土土土体体体体性性性性态态态态预预预预报报报报中中中中，时时时时间间间间序序序序列列列列分分分分析析析析和和和和随随随随机机机机预预预预报报报报已已已已呈呈呈呈现现现现可可可可喜喜喜喜的的的的前前前前景

25、景景景。时时时时间间间间序序序序列列列列分分分分析析析析是是是是将将将将量量量量测测测测的的的的位位位位移移移移值值值值视视视视为为为为一一一一时时时时间间间间序序序序列列列列，利利利利用用用用随随随随机机机机过过过过程程程程作作作作时时时时间间间间序序序序列列列列分分分分析析析析，建建建建立立立立纯纯纯纯数数数数学学学学上上上上的的的的理理理理论论论论模模模模型型型型，其其其其特特特特色色色色是是是是并并并并不不不不涉涉涉涉及及及及岩岩岩岩土土土土介介介介质质质质材材材材料料料料力力力力学学学学性性性性态态态态的的的的物物物物理理理理关关关关系系系系，认认认认为为为为它它它它们们们们都都都都

26、已已已已间间间间接接接接地地地地综综综综合合合合反反反反映映映映进进进进量量量量测测测测得得得得的的的的位位位位移移移移值值值值中中中中去去去去了了了了。模模模模型型型型中中中中的的的的系系系系数数数数各各各各值值值值可可可可通通通通过过过过已已已已有有有有时时时时刻刻刻刻前前前前的的的的量量量量测测测测值值值值进进进进行行行行模模模模型型型型参参参参数数数数估估估估计计计计。这这这这样样样样，就就就就可可可可以以以以利利利利用用用用所所所所建建建建立立立立的的的的模模模模型型型型进进进进行行行行同同同同类类类类岩岩岩岩土土土土体体体体的的的的位位位位移移移移预预预预报报报报。随随随随机机机机

27、预预预预报报报报方方方方法法法法则则则则是是是是将将将将岩岩岩岩土土土土体体体体的的的的变变变变形形形形位位位位移移移移视视视视为为为为一一一一时时时时间间间间和和和和空空空空间间间间上上上上连连连连续续续续（或或或或不不不不连连连连续续续续）的的的的随随随随机机机机过过过过程程程程，利利利利用用用用随随随随机机机机方方方方法法法法建建建建立立立立岩岩岩岩土土土土体体体体变变变变形形形形位位位位移移移移的的的的概概概概率率率率随随随随时时时时间间间间、空空空空间间间间而而而而变变变变化化化化的的的的方方方方程程程程，然然然然后后后后求求求求解解解解。其其其其变变变变形形形形位位位位移移移移的预

28、报值是以概率形式给出的。的预报值是以概率形式给出的。的预报值是以概率形式给出的。的预报值是以概率形式给出的。第10页/共28页模糊数学方法模糊数学方法 n n 由由由由于于于于岩岩岩岩土土土土工工工工程程程程中中中中的的的的大大大大多多多多数数数数问问问问题题题题都都都都是是是是利利利利用用用用模模模模糊糊糊糊语语语语言言言言描描描描述述述述的的的的，如如如如洞洞洞洞室室室室围围围围岩岩岩岩“基基基基本本本本”稳稳稳稳定定定定、土土土土体体体体中中中中裂裂裂裂纹纹纹纹“较较较较多多多多”，等等等等等等等等。对对对对于于于于“基基基基本本本本”、“较较较较多多多多”等等等等含含含含糊糊糊糊不不不

29、不清清清清的的的的术术术术语语语语，用用用用经经经经典典典典的的的的数数数数学学学学手手手手段段段段是是是是无无无无法法法法进进进进行行行行描描描描述述述述的的的的，更更更更不不不不可可可可能能能能据据据据此此此此作作作作复复复复杂杂杂杂的的的的运运运运算算算算。在在在在模模模模糊糊糊糊数数数数学学学学里里里里提提提提出出出出了了了了“隶隶隶隶属属属属度度度度”的的的的概概概概念念念念，它它它它用用用用从从从从0 01 1来来来来描描描描述述述述由由由由“否否否否定定定定”到到到到“肯肯肯肯定定定定”的的的的过过过过渡渡渡渡，这这这这样样样样，任任任任何何何何一一一一个个个个不不不不是是是是完

30、完完完全全全全“肯肯肯肯定定定定”但但但但也也也也不不不不是是是是完完完完全全全全“否否否否定定定定”的的的的量量量量都都都都可可可可以以以以用用用用隶隶隶隶属属属属度度度度来来来来度度度度量量量量，使使使使这这这这些些些些“模模模模糊糊糊糊语语语语言言言言的的的的量量量量”能能能能够够够够上上上上升升升升到到到到用用用用“数数数数字字字字语语语语言言言言”来来来来定定定定量量量量地地地地表表表表达达达达，从从从从而而而而也也也也得得得得以以以以进进进进行行行行数数数数学学学学运运运运算算算算。目目目目前前前前，此此此此方方方方法法法法在在在在岩岩岩岩土土土土工工工工程程程程，应应应应用用用用

31、上上上上已已已已有有有有初初初初步步步步成成成成果果果果的的的的是是是是模模模模糊糊糊糊综综综综合合合合评评评评判判判判和和和和智智智智能能能能模模模模糊糊糊糊推推推推理理理理，还还还还有有有有模模模模糊糊糊糊概概概概率率率率或或或或模模模模糊糊糊糊可可可可靠靠靠靠度度度度等等等等等等等等，例例例例如如如如，应应应应用用用用到到到到围围围围岩岩岩岩分分分分类类类类、岩岩岩岩土土土土工工工工程程程程质质质质量量量量评评评评判判判判、岩岩岩岩土土土土工工工工程程程程模糊设计和专家思维过程的模糊模拟等各个方面。模糊设计和专家思维过程的模糊模拟等各个方面。模糊设计和专家思维过程的模糊模拟等各个方面。模

32、糊设计和专家思维过程的模糊模拟等各个方面。第11页/共28页第三类方法：第三类方法：系统分析系统分析方法方法n n 岩岩岩岩土土土土工工工工程程程程的的的的勘勘勘勘测测测测、设设设设计计计计和和和和施施施施工工工工是是是是相相相相互互互互依依依依赖赖赖赖的的的的系系系系统统统统，过过过过去去去去各各各各自自自自为为为为政政政政的的的的进进进进行行行行研研研研究究究究，尽尽尽尽管管管管可可可可能能能能在在在在某某某某一一一一方方方方面面面面取取取取得得得得较较较较高高高高水水水水平平平平的的的的成成成成果果果果，但但但但在在在在整整整整个个个个系系系系统统统统上上上上不不不不可可可可能能能能达达

33、达达到到到到技技技技术术术术上上上上的的的的先先先先进进进进和和和和经经经经济济济济上上上上的的的的合合合合理理理理。人人人人们们们们试试试试图图图图发发发发展展展展岩岩岩岩土土土土工工工工程程程程系系系系统统统统分分分分析析析析方方方方法法法法，以以以以便便便便综综综综合合合合解解解解决决决决岩岩岩岩土土土土工工工工程程程程问问问问题题题题。根根根根据据据据系系系系统统统统论论论论原原原原理理理理，岩岩岩岩土土土土体体体体是是是是开开开开放放放放的的的的动动动动态态态态系系系系统统统统，其其其其内内内内部部部部因因因因素素素素（结结结结构构构构以以以以及及及及地地地地应应应应力力力力、地地地

34、地下下下下水水水水和和和和地地地地温温温温等等等等状状状状态态态态参参参参量量量量）和和和和环环环环境境境境因因因因素素素素（工工工工程程程程作作作作用用用用以以以以及及及及地地地地震震震震、降降降降雨雨雨雨和和和和气气气气温温温温等等等等自自自自然然然然环环环环境境境境因因因因素素素素）是是是是众众众众多多多多而而而而复复复复杂杂杂杂的的的的，且且且且其其其其中中中中很很很很多多多多因因因因素素素素是是是是未未未未知知知知或或或或不不不不确确确确定定定定的的的的。即即即即岩岩岩岩土土土土体体体体是是是是一一一一类类类类“灰灰灰灰箱箱箱箱”系系系系统统统统。通通通通过过过过对对对对该该该该系系

35、系系统统统统的的的的正正正正、反反反反分分分分析析析析，使使使使勘勘勘勘测测测测试试试试验验验验、计计计计算算算算预预预预测测测测、施施施施工工工工监监监监控控控控和和和和实实实实践践践践检检检检证四者做到彼此协调、互相配合才是最优的施工设计。证四者做到彼此协调、互相配合才是最优的施工设计。证四者做到彼此协调、互相配合才是最优的施工设计。证四者做到彼此协调、互相配合才是最优的施工设计。第12页/共28页n n建议结合工程具体实际，采用系统工程的思想方法，开展跨学科的正、建议结合工程具体实际，采用系统工程的思想方法，开展跨学科的正、建议结合工程具体实际，采用系统工程的思想方法，开展跨学科的正、建

36、议结合工程具体实际，采用系统工程的思想方法，开展跨学科的正、反分析研究。目前已发展起来的反分析研究。目前已发展起来的反分析研究。目前已发展起来的反分析研究。目前已发展起来的“施工施工施工施工监测监测监测监测设计设计设计设计施工施工施工施工”反分析方反分析方反分析方反分析方法，特别强调系统的反馈机制，通过反馈实现对系统的最优控制，这是法，特别强调系统的反馈机制，通过反馈实现对系统的最优控制，这是法，特别强调系统的反馈机制，通过反馈实现对系统的最优控制，这是法，特别强调系统的反馈机制，通过反馈实现对系统的最优控制，这是非常重要的一种方法论和思维方式。事实上，任何一个完整的任识和实非常重要的一种方法

37、论和思维方式。事实上，任何一个完整的任识和实非常重要的一种方法论和思维方式。事实上，任何一个完整的任识和实非常重要的一种方法论和思维方式。事实上，任何一个完整的任识和实践过程都包含着反馈机制，因此反馈思维揭示了人们的认识和行为的本践过程都包含着反馈机制，因此反馈思维揭示了人们的认识和行为的本践过程都包含着反馈机制，因此反馈思维揭示了人们的认识和行为的本践过程都包含着反馈机制，因此反馈思维揭示了人们的认识和行为的本质。质。质。质。第13页/共28页灰色系统方法灰色系统方法 n n对岩土工程而言，许多问题实际上也可归属于一对岩土工程而言，许多问题实际上也可归属于一对岩土工程而言，许多问题实际上也可

38、归属于一对岩土工程而言，许多问题实际上也可归属于一个灰色系统问题。该系统是指其内部特性及有关个灰色系统问题。该系统是指其内部特性及有关个灰色系统问题。该系统是指其内部特性及有关个灰色系统问题。该系统是指其内部特性及有关参数属部分为已知（白箱）而部分则为未知（黑参数属部分为已知（白箱）而部分则为未知（黑参数属部分为已知（白箱）而部分则为未知（黑参数属部分为已知（白箱）而部分则为未知（黑箱），所以，从整体上说这个系统是一个不白不箱），所以，从整体上说这个系统是一个不白不箱），所以，从整体上说这个系统是一个不白不箱），所以，从整体上说这个系统是一个不白不黑的灰箱。岩体工程中使用较多的是灰色预测和黑的

39、灰箱。岩体工程中使用较多的是灰色预测和黑的灰箱。岩体工程中使用较多的是灰色预测和黑的灰箱。岩体工程中使用较多的是灰色预测和灰色聚类分析。灰色预测是通过对不同时刻的量灰色聚类分析。灰色预测是通过对不同时刻的量灰色聚类分析。灰色预测是通过对不同时刻的量灰色聚类分析。灰色预测是通过对不同时刻的量测位移值进行累加处理，使得原来量测的信息值测位移值进行累加处理，使得原来量测的信息值测位移值进行累加处理，使得原来量测的信息值测位移值进行累加处理，使得原来量测的信息值随信息量的增大而呈随机性减弱。根据信息量很随信息量的增大而呈随机性减弱。根据信息量很随信息量的增大而呈随机性减弱。根据信息量很随信息量的增大而

40、呈随机性减弱。根据信息量很大的累加值建立其动态变化方程，而方程中的系大的累加值建立其动态变化方程，而方程中的系大的累加值建立其动态变化方程，而方程中的系大的累加值建立其动态变化方程，而方程中的系数值则可通过最小二乘法由量测数据的累加值求数值则可通过最小二乘法由量测数据的累加值求数值则可通过最小二乘法由量测数据的累加值求数值则可通过最小二乘法由量测数据的累加值求得。这样，可以得到累加位移值随时间变化的方得。这样，可以得到累加位移值随时间变化的方得。这样，可以得到累加位移值随时间变化的方得。这样，可以得到累加位移值随时间变化的方程；再进行累减还原，即可得到真实量测值及未程；再进行累减还原，即可得到

41、真实量测值及未程；再进行累减还原，即可得到真实量测值及未程；再进行累减还原，即可得到真实量测值及未来期望值之间随时间变化的规律。来期望值之间随时间变化的规律。来期望值之间随时间变化的规律。来期望值之间随时间变化的规律。第14页/共28页系统识别系统识别 n n 岩土体的真实模型是及其复杂的，了解其内部特性岩土体的真实模型是及其复杂的，了解其内部特性岩土体的真实模型是及其复杂的，了解其内部特性岩土体的真实模型是及其复杂的，了解其内部特性并建立计算模型似乎也是不可能的。为此，将岩土并建立计算模型似乎也是不可能的。为此，将岩土并建立计算模型似乎也是不可能的。为此，将岩土并建立计算模型似乎也是不可能的

42、。为此，将岩土体视为一个变换器，把初始地应力和现场开挖及受体视为一个变换器，把初始地应力和现场开挖及受体视为一个变换器，把初始地应力和现场开挖及受体视为一个变换器，把初始地应力和现场开挖及受各种扰动产生开挖释放力的情况都视为此变换器的各种扰动产生开挖释放力的情况都视为此变换器的各种扰动产生开挖释放力的情况都视为此变换器的各种扰动产生开挖释放力的情况都视为此变换器的已知输入值，而把岩土体的可观测到的收敛位移量已知输入值，而把岩土体的可观测到的收敛位移量已知输入值，而把岩土体的可观测到的收敛位移量已知输入值，而把岩土体的可观测到的收敛位移量视为也是变换器已知的输出值，这样，按照系统识视为也是变换器

43、已知的输出值，这样，按照系统识视为也是变换器已知的输出值，这样，按照系统识视为也是变换器已知的输出值，这样，按照系统识别理论，该岩土体的等价物理模型和等价岩土体力别理论，该岩土体的等价物理模型和等价岩土体力别理论，该岩土体的等价物理模型和等价岩土体力别理论，该岩土体的等价物理模型和等价岩土体力学参数就可以通过输入和输出值进行识别。如设岩学参数就可以通过输入和输出值进行识别。如设岩学参数就可以通过输入和输出值进行识别。如设岩学参数就可以通过输入和输出值进行识别。如设岩土体的物理模型为弹性力学模型、塑性力学模型，土体的物理模型为弹性力学模型、塑性力学模型，土体的物理模型为弹性力学模型、塑性力学模型

44、，土体的物理模型为弹性力学模型、塑性力学模型，粘弹、弹粘塑或弹塑性力学模型与随机介质模型等粘弹、弹粘塑或弹塑性力学模型与随机介质模型等粘弹、弹粘塑或弹塑性力学模型与随机介质模型等粘弹、弹粘塑或弹塑性力学模型与随机介质模型等等，通过这种模型识别，证明某一已知模型在精度等，通过这种模型识别，证明某一已知模型在精度等，通过这种模型识别，证明某一已知模型在精度等，通过这种模型识别，证明某一已知模型在精度上能较为符合工程要求，可以把它看作是对真实岩上能较为符合工程要求，可以把它看作是对真实岩上能较为符合工程要求，可以把它看作是对真实岩上能较为符合工程要求，可以把它看作是对真实岩体系统的反映，称之为等价模

45、型。模型识别的过程，体系统的反映，称之为等价模型。模型识别的过程，体系统的反映，称之为等价模型。模型识别的过程，体系统的反映，称之为等价模型。模型识别的过程，是是是是“实测实测实测实测模型分析模型分析模型分析模型分析实测值比较实测值比较实测值比较实测值比较”的反分析过程。的反分析过程。的反分析过程。的反分析过程。第15页/共28页系统工程系统工程 n n 如果将岩土体视为一个系统，系统论认为岩土体的如果将岩土体视为一个系统，系统论认为岩土体的如果将岩土体视为一个系统，系统论认为岩土体的如果将岩土体视为一个系统，系统论认为岩土体的基本特征则是它的各个组成部分；对各部分和各过基本特征则是它的各个组

46、成部分；对各部分和各过基本特征则是它的各个组成部分；对各部分和各过基本特征则是它的各个组成部分；对各部分和各过程分门别类研究的传统方法不能完整地描述岩土体程分门别类研究的传统方法不能完整地描述岩土体程分门别类研究的传统方法不能完整地描述岩土体程分门别类研究的传统方法不能完整地描述岩土体活动的现象，重要的是各部分和各过程间的协调关活动的现象，重要的是各部分和各过程间的协调关活动的现象，重要的是各部分和各过程间的协调关活动的现象，重要的是各部分和各过程间的协调关系，而应着重强调的则是其整体性和相互性。系统系，而应着重强调的则是其整体性和相互性。系统系，而应着重强调的则是其整体性和相互性。系统系，而

47、应着重强调的则是其整体性和相互性。系统工程在岩土力学和工程中的应用，具体体现在工程工程在岩土力学和工程中的应用，具体体现在工程工程在岩土力学和工程中的应用，具体体现在工程工程在岩土力学和工程中的应用，具体体现在工程设计和施工的程序设计方面，它以岩土介质体为对设计和施工的程序设计方面，它以岩土介质体为对设计和施工的程序设计方面，它以岩土介质体为对设计和施工的程序设计方面，它以岩土介质体为对象，把需要组织、管理和安排的内容经过分析、推象，把需要组织、管理和安排的内容经过分析、推象，把需要组织、管理和安排的内容经过分析、推象，把需要组织、管理和安排的内容经过分析、推理和判断，综合建成某种系统模型，进

48、而以最优化理和判断，综合建成某种系统模型，进而以最优化理和判断，综合建成某种系统模型，进而以最优化理和判断，综合建成某种系统模型，进而以最优化的方法求得系统最佳化的结果，即要求技术上先进、的方法求得系统最佳化的结果，即要求技术上先进、的方法求得系统最佳化的结果，即要求技术上先进、的方法求得系统最佳化的结果，即要求技术上先进、经济上合理而时间则最省，能以协调运转的最佳效经济上合理而时间则最省，能以协调运转的最佳效经济上合理而时间则最省，能以协调运转的最佳效经济上合理而时间则最省，能以协调运转的最佳效果。在岩土工程的实施过程中组织和参加实施的各果。在岩土工程的实施过程中组织和参加实施的各果。在岩土

49、工程的实施过程中组织和参加实施的各果。在岩土工程的实施过程中组织和参加实施的各方面还应注意建立其内在的相互联系，而不只限于方面还应注意建立其内在的相互联系，而不只限于方面还应注意建立其内在的相互联系，而不只限于方面还应注意建立其内在的相互联系，而不只限于一般工作上的衔接，否则，认为会造成宏观上认识一般工作上的衔接，否则，认为会造成宏观上认识一般工作上的衔接，否则，认为会造成宏观上认识一般工作上的衔接，否则，认为会造成宏观上认识和处理岩土工程问题的很大差距。和处理岩土工程问题的很大差距。和处理岩土工程问题的很大差距。和处理岩土工程问题的很大差距。第16页/共28页信息论信息论 n n 信息论是美

50、国学者信息论是美国学者信息论是美国学者信息论是美国学者C.E.ShannonC.E.Shannon创始的，它为系统论创始的，它为系统论创始的，它为系统论创始的，它为系统论的进一步发展作出了巨大贡献。信息论是从统计学的的进一步发展作出了巨大贡献。信息论是从统计学的的进一步发展作出了巨大贡献。信息论是从统计学的的进一步发展作出了巨大贡献。信息论是从统计学的观点来研究信息系统，它完全抽调了系统具体的工质观点来研究信息系统，它完全抽调了系统具体的工质观点来研究信息系统，它完全抽调了系统具体的工质观点来研究信息系统，它完全抽调了系统具体的工质和具体的运动形态，而把系统有目的的运动抽象为一和具体的运动形态