岩土工程未来的设计方法

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1、摘要岩土工程未来的设计方法冯夏庭JAHudson中国科学院武汉岩土力学研究所英国帝国学院岩土顾问摘要本文讨论了现在和未来的8个基本方法——岩土工程未来的设计方法。我们知道许多岩石工程项目都受到当前的实际限制、涉及到规模大、成本增加、增强环保意识以及需要了解和预测的耦合机制的结果，包括压力、水、热和化学反应，同时，岩石力学模型也变得越来越复杂。现在许多组成要素和机理研究可以包含在数字代码中，因此，由于工程变得更加复杂，它可能无法获得所需要的现场资料来支持所有需要的输入数据或进行建模。有必要考虑如何开发一种设计方法——集合目前的方法并包括在几何/机制和模型之间不

2、是以1：1映射为基础的方法，因此，我们的重点就是综合设计方法和智能方法的发展。本文讨论了虚拟实验室和互联网如何支持这些发展的，并给出了中国三峡大坝船闸边坡工程的说明性设计案例，最后本文提出了9个具体的问题。关键字：岩石力学；岩石工程设计；集成方法；智能方法；以互联网为基础的方法。2河南理工大学本科毕业设计（论文）引言1、引言50年代以来，随着人们对岩石力学的认识以及它在岩石工程设计中的应用，已经提出了许多模拟岩石的方法，岩石工程也有了相应的发展，这些模拟方法和设计方法已覆盖了从简单的方法（如过去成功使用的重复程序）到耦合数值模拟（如热力耦合水力机械），特别是

3、随着关于岩质边坡和地下洞室稳定原理的论文出版以及还包括岩石设计方法和相关流程图，岩石力学得到了进一步的发展。此外，过去50年来，由于科技的发展，从项目大小、成本和环境意义来说，岩石工程项目的规模不断地增加，现在最大的露天矿的尺寸可以用公里衡量，也可以测量许多矿井的深处，在土木工程方面，地下洞室的深度已经超过60米。中国当前的实例就是三峡工程项目，三峡船闸边坡是一个长约1600米，两边高135米的斜坡，而且溪洛渡水电站的主配电房的尺寸是7530300米。大型的边坡和洞室的稳定性方面可能受到限制或超出现在的实际。此外，现在复杂的并有相互作用因素的工程都有新的设计

4、要求，例如：核废物处理和地热开发，它们要求岩石应力之间的相互作用、断裂、水流、热和化学反应在长期内需要了解和模拟，这主要是为了设计可能需要的必要预测过程。除了项目规模的增加和复杂性，建模的复杂性也随之增加，然而，一些岩石力学这样的数字描述是薄弱的或不完善的，甚至可能没有一个普遍接受的概念模型。此外，即使这种结构是可以理解的，实际上，它不可能获得一个给定的岩体的有关参数值，因此，有必要考虑在未来岩石力学建模和岩石工程设计中如何考虑所有这些因素，总之，就是讨论岩石工程未来的设计方法，在将来的短期、中期、长期内，最适宜解决岩石工程设计问题的方法大概是什么?如何预测

5、建模的继续发展？建模会变的更加复杂吗？或者通过神经网路的应用或别的智能方法复杂性会减少吗？互联网的作用是什么呢？在本文中,我们考虑了岩石工程设计方法的未来和潜在的未来的方法，包括日益增加的设计要求和相关的综合信息，还有工程的实际结构。2河南理工大学本科毕业设计（论文）建模和设计方法2、建模和设计方法图1岩石力学建模流程图和岩石工程设计方法岩石力学建模流程图如图1所示，以及在[3、4]中列出了岩石工程设计方法。流程图中包括项目目标结构、现场勘察和建造8个建模基本类别，图1的主图中有四列，即A-D,从左到右，四个等级由简单到复杂，A-C类型被广泛用于岩石工程设计

6、，D类型是扩展耦合模型，正在国际上制定，例如：DECOVALEX的研究计划。本文的主题之一就是第四种方法D类集成系统和互联网为基础的方法，现在还没有开发。图中的两个主要大框行代表了建模时的两种主要方法，在最上面一行是一级1：1映射，在建模时为了表示以1：1为基础的几何模型和运行机制有一个明确的尝试，例如：如果在隧道附近有一个大的断裂，这可以明确的纳入到数值模拟中。然而，在下面一行是2级非1：1映射，这种模拟技术不是设计成2河南理工大学本科毕业设计（论文）建模和设计方法包括直接的几何模型和机制，例如：在神经网络技术中，除了特定的节点外使用的节点与哪一个位置或物

7、理变量可能没有直接的关系，如有限元法。关于图1的A类型中，这些先前的方法使用在先前经验是可利用的地方以及常见的结构中，例如：与原来隧道临近的隧道。这种技术归纳考虑了新的工程数量的经验等级以及先前类型分析方法。关于图1中的类型B在过去的一级分析方法中是十分有用的，这些方法都是以假定一个CHILE岩体为基础的，如连续性、均匀性、各向同性的线弹性岩石，因此在这些条件应用下都是有用的，例如，在深的巷道和矿井中，应力集中和能量释放的主要影响范围。类型B的二级直接法是岩体的分类方法，其中一个关键的参数是用来评价在施工环境下岩体的特征，尤其是在巷道支护时。描述岩体特征方法

8、的关键是许多岩石的性质是相关的，通过一系列关键参数（