岩土体具有多相性、离散性和变异性的三大特点,造成每一处岩土体,每一块岩土体都具有独一无二的特性。因此,岩土工程形成了独特的定性与定量相结合,理论与经验相结合,以“理论导向、 实测定量、 经验判断、 检验验证”为基本原则的问题解决方法。
理论研究在岩土工程中具有导向性的作用,是岩土工程健康发展的根本所在。没有理论的有效支撑,人类的岩土工程将可能与依据本能代代相传的蜜蜂筑巢,河狸筑坝没有本质区别。正因为有了理论的指导,人类的岩土工程才真正有别于其它特种,并不断地向前、向更高的标准迈进。
但由于岩土体具有多相性、离散性和变异性的三大特点,导致岩土工程的理论计算往往与工程实践存在一定的差异,甚至是很大的差异,甚至有的人认为岩土工程是一门不严谨的学科。但这些都不能动摇理论对岩土工程的基础性作用,对岩土工程发展具有决定性的战略正确导向作用。相反,岩土工程的基础理论研究应秉承严谨的态度不断进行科学探索,只有这样,岩土工程才能不断地向更高的目标发展。
当然,我们应清醒地看到岩土工程在实践中的理论计算不宜过于追求所谓的完美。因为,岩土工程是一门很“土”而“粗犷”的学科,是一门半理论半经验的学科,目前还不可能达到精确计算。正所谓“大成若缺,其用不弊。大盈若冲,其用不穷。大直若屈,大巧若拙,大辩若讷。”
岩土工程秉持概念性设计理念,讲究的是工程实用,在抓住事物关键而摒弃末节的基础上合理选用计算理论,依据合理有效的经验系数去调节计算结论而形成的设计成果,继而依据适时监测进行验证,应是岩土工程的解决之道。
国家体育场(鸟巢)地基基础沉降计算值由北京市勘察设计研究院采用与符合工程实践,理论先进的桩-土-基础共作用分析程序模型计算,共计算与实测值如下:
国家体育场(鸟巢)计算沉降与实测沉降对比
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注:数据来自《岩土工程典型案例述评》,顾宝和编著
国家体育场(鸟巢)是一个具有一定政治、经济和社会意义的示范性建筑结构,其地基沉降计算值与实测值差异只有5.4~10.58mm,可以说理论计算是高质量的,甚至是接近完美的。但从中也可以看出两者之间的差值达到了34.9~104.5%。这就很形象的说明了岩土工程中理论计算的指导性、工程经验的有效性和实测定量的重要性三者之间的相互关系。
记得当年跟随王恭先先生进行滑坡处治时,老人家对滑面位置的预判有效指导了工程勘察的实施,对滑面参数的合理指导与滑坡下滑力的预估有效指导了技术人员的理论计算。老人家这种理论结合实践,定性指导定量的工作方法在后期的实地监测中均得到了有效验证。这形象地说明了合理定性分析对有效定量结论的指导性作用,也就是说,合理的定性分析是岩土工程定量计算的前提,没有合理的定性分析与边界条件确定,岩土工程的计算就有可能沦为数字游戏。试想一下,一个医生如果把感冒看成了拉肚子,那再精确的药量也无法去除病人的痛苦。
因此,笔者最怕技术人员说的一句话就是“我算出就这个样”。这种没有正确评估景景均有差异的凶险岩土江湖,而简单的抱着一个所谓的软件就行走于岩土江湖,碰壁就是迟早的事。而应当加强理论素养和基本功的长期锤炼,明晓岩土工程所依附于岩土体特殊性和软件的使用边界条件,秉持到现场中来,到现场中去的理念最大化地掌握岩土体的资料,然后结合经过长期工程实践检验的合理经验,运用针对性的理论去计算,方是岩土工程问题的解决之道。
老子曰“常无欲,以观其妙;常有欲,以观其徼。此两者同出而异名,同谓之玄。玄之又玄,众妙之门。”这也是岩土工作者从事岩土工程“道”的所在。