序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇巖土勘探論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關(guān)鍵詞：巖土工程論文；勘察論文；分析評(píng)價(jià)論文

中圖分類號(hào)：K826.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，巖土工程的規(guī)模也在逐漸壯大，不管是工程管理還是在勘察方法、計(jì)算機(jī)輔助軟件、勘察報(bào)告編制等方面都有了很大的進(jìn)步，而科技的進(jìn)步更使得這些發(fā)展?fàn)顩r不斷完善。巖土工程勘察的目的是為設(shè)計(jì)、施工提供地質(zhì)勘察成果及各項(xiàng)巖土工程參數(shù)，是建設(shè)工程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。按基本建設(shè)程序要求，各項(xiàng)工程建設(shè)在設(shè)計(jì)和施工之前必須進(jìn)行巖土工程勘察，勘察成果的質(zhì)量將直接影響建設(shè)項(xiàng)目的工程安全和工程造價(jià)。一份高質(zhì)量的巖土工程勘察報(bào)告在滿足相應(yīng)規(guī)范的基礎(chǔ)上，不僅要真實(shí)客觀地反映勘察場(chǎng)地的地形、地貌、地層構(gòu)造、地下水、巖土性質(zhì)和不良地質(zhì)現(xiàn)象等問題，更重要的是應(yīng)該進(jìn)行正確合理的巖土工程分析評(píng)價(jià)，提供合理可信的巖土工程參數(shù)和建議。《巖土工程勘察規(guī)范》和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》已實(shí)施4年多，將巖土工程勘察中常見問題加以歸納、分析，并對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行探討，便于提高勘察技術(shù)水平，保證勘察成果質(zhì)量。我們?cè)趯?duì)設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)要求、建筑物的荷載情況進(jìn)行充分了解的情況下，以及在巖土工程的實(shí)施過程中，應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目的具體要求，對(duì)于可以遇到的問題，給以充分的論證和分析，尤其是勘察工作中的若干問題。下面，就對(duì)這些問題進(jìn)行探討。

一、巖土工程勘察中的常見問題論文

1.1勘察依據(jù)不充分、目的不明確

實(shí)踐證明，只有設(shè)計(jì)意圖明確，才能科學(xué)合理的布置工程量，解決工程設(shè)計(jì)和施工中的巖土工程問題。但在工程實(shí)際中，有不少勘察工作不完善、不具體，例如，擬建工程的結(jié)構(gòu)形式、規(guī)劃地坪標(biāo)高、勘探點(diǎn)坐標(biāo)等情況不清，這些都是因?yàn)榭辈靻挝坏募夹g(shù)不足引起的，加上勘察單位對(duì)工程所涉及的公眾利益安全不夠重視，忽視了工程施工中可能會(huì)遇到的各種地質(zhì)危險(xiǎn)和地貌問題，例如，某項(xiàng)工程勘察報(bào)告中提到該施工工地上有多個(gè)鉆孔遇到防空洞，防空洞與地下室的地板之間僅3m的距離，可是在勘察平面圖上卻沒有標(biāo)識(shí)，相關(guān)人員也沒有對(duì)勘察報(bào)告進(jìn)行核實(shí)。又如某一住宅小區(qū)原有的地貌為山地丘陵，人工漁塘較多，是建設(shè)單位在堆填后進(jìn)行開發(fā)的，在勘察過程中，某勘察單位沒有對(duì)原有地貌進(jìn)行詳細(xì)的勘察，也不向附近居民訪問，在后來施工中發(fā)現(xiàn)的其地理情況與勘察報(bào)告中大相徑庭，原來建筑物的所有鉆孔均布置在塘堤上，導(dǎo)致業(yè)務(wù)不得不對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行變更。

1.2勘探點(diǎn)深度

各建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和形式都有所不同，其勘察的深度也不同，如5-6層磚混結(jié)構(gòu)住宅，通常的勘探孔深為15m，而在地質(zhì)較好的密實(shí)碎石土及基巖區(qū)可以減少勘察的深度。而對(duì)于多層結(jié)構(gòu)的商場(chǎng)，高度較大的地下室，其建筑的柱網(wǎng)荷載較大，基礎(chǔ)面積大，甚至可能采用樁基，尤其在細(xì)土平原區(qū)地區(qū)，由于可能存在軟土層，僅15m是無法滿足要求的。相反，如果在碎石區(qū)，對(duì)2-3層的建筑物，有點(diǎn)勘察隊(duì)伍也采用15m的勘察深度，最后造成不必要的浪費(fèi)。

1.3勘察測(cè)試手段、方法的不適宜

由于技術(shù)、素質(zhì)等方面的限制，一些勘察單位對(duì)勘探裝備、勘探手段、取樣方法的適宜性沒有引起重視。例如，在碎石土層中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)不連續(xù)、不提供綜合修正結(jié)果，勘察人員還沒有清楚孔內(nèi)的廢土就開始貫入，這導(dǎo)致原位測(cè)試結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試會(huì)出現(xiàn)差異。在巖層中鉆進(jìn)時(shí)，無巖芯采取率，導(dǎo)致勘察人員無法了解其鉆探效果。

1.4勘察綱要編制不完整

一些勘察單位的勘察剛要不完整，有的甚至沒有審查過就開始施工，也沒有勘察平面圖，有的單位甚至沒有勘察剛要，或者責(zé)任人簽名或儀器編號(hào)填寫不全。一些單位的勘察原始資料沒有真正落實(shí)審核，少數(shù)單位原始資料歸檔制度不完善，有的原始資料缺失，這些問題都將導(dǎo)致勘察問題的發(fā)生，影響巖土施工。

1.5忽視生態(tài)環(huán)境的論證

由于勘察單位對(duì)巖土工程設(shè)計(jì)、施工論證不足，導(dǎo)致巖土施工的質(zhì)量受到極大影響。例如，一建筑場(chǎng)地四面緊鄰高層建筑物或馬路，而勘察隊(duì)伍在對(duì)這塊場(chǎng)地勘察時(shí)，除了按高層建筑巖土工程勘察規(guī)定的一般要求進(jìn)行外，還要重點(diǎn)對(duì)施工中可能對(duì)周圍的環(huán)境造成的影響進(jìn)行論證，可是很多勘察單位卻忽視了這方面的工作，導(dǎo)致整個(gè)勘察結(jié)果無法適應(yīng)施工要求，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致工程變更，反而造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

1.6地下水位觀測(cè)論文

地下水位量測(cè)應(yīng)該和各勘探點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行，而測(cè)量時(shí)間也應(yīng)該在最后一個(gè)鉆孔施工完成的24h后進(jìn)行，測(cè)量?jī)?nèi)容主要包括地下水的開采情況，水位量測(cè)應(yīng)與鉆孔坐標(biāo)、標(biāo)高回測(cè)相結(jié)合。但在工程實(shí)踐中，對(duì)鉆孔(探井)中水位的量測(cè)，沒有全面考慮到附近有無抽水井及地下水溢出的陡壁，這樣測(cè)量出來的結(jié)果無法真實(shí)的體現(xiàn)地下水位情況，嚴(yán)重的話，還會(huì)給巖土工程帶來很大的麻煩。

1.7試樣采取

在試樣采集中，對(duì)其工作要求沒有進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范，原狀樣高度不夠，數(shù)量和質(zhì)量也不到位，導(dǎo)致土質(zhì)中的大量水分流失，有時(shí)用于顆分或土鹽化學(xué)分析的碎石土試樣，造成多為大顆粒,影響對(duì)實(shí)際級(jí)配的定性或土鹽化學(xué)分析的準(zhǔn)確性。采取地下水試樣時(shí)，鉆孔才終孔即采取，這種水樣成分無法代表地下水的真實(shí)成分。

二、結(jié)束語

總之，地質(zhì)勘察對(duì)于巖土施工來說是十分重要的，因此，勘察單位應(yīng)采取一切有效措施，加強(qiáng)勘察管理，提高勘察質(zhì)量。文章主要論述了巖土工程勘察應(yīng)注意的問題，希望能為工程勘察提供一些意見。

參考文獻(xiàn):

篇(2)

關(guān)鍵詞：橋梁 巖土工程 勘察 關(guān)鍵點(diǎn)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，我國的基礎(chǔ)設(shè)施得到了前所未有的發(fā)展。橋梁建設(shè)是我國基礎(chǔ)建設(shè)工程中的重中之重，是交通運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵。橋梁的架設(shè)與安置不是隨意而為的，它除了要考慮通行的基本要求，還要滿足技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的可行性。開展巖土工程勘察的目的就在于充分了解和掌握橋梁架設(shè)地的環(huán)境巖土工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，為橋梁設(shè)計(jì)提供相關(guān)巖土參數(shù)及技術(shù)支持。

橋梁工程不同于其他基本建設(shè)工程，有其特殊性，其勘察基本關(guān)鍵點(diǎn)在于：勘察大綱編制、勘察目的及其任務(wù)確定、勘察手段選取、鉆孔布置及孔深確定、鉆探質(zhì)量控制、參數(shù)確定及建議、地基基礎(chǔ)方案分析論證等。

一、勘察大剛編制

勘察大綱是巖土工程勘察的主要依據(jù)之一，大綱編制的質(zhì)量直接關(guān)系勘察成果質(zhì)量的優(yōu)劣，對(duì)工程建設(shè)起到重要作用，但其重要性往往被一些勘察單位忽略，很多單位在勘察前無勘察大綱或勘察大綱簡(jiǎn)單編制，無針對(duì)性，不能很好的指導(dǎo)勘察工作。

為有效指導(dǎo)勘察工作，保證勘察成果質(zhì)量，勘察前應(yīng)認(rèn)真收集工程特性資料、項(xiàng)目所正在地質(zhì)及地震資料、區(qū)域氣象水文資料、鄰近工程勘察資料等，有針對(duì)性的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，編制勘察大綱，勘察大綱一般應(yīng)包含如下內(nèi)容：項(xiàng)目概況（如建設(shè)規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)、橋梁特征、任務(wù)依據(jù)和已做過的地質(zhì)工作等），勘察依據(jù)的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自然地理和工程地質(zhì)概況，勘察實(shí)施方案，組織機(jī)構(gòu)、人員組成、設(shè)備配置、進(jìn)度計(jì)劃、質(zhì)量管理、安全和環(huán)境保護(hù)措施等，提交的成果資料和其他需要說明的問題。

勘察大綱應(yīng)由具備注冊(cè)巖土工程師的人員編制，經(jīng)審核后方可用于指導(dǎo)勘察工作，項(xiàng)目組勘察人員應(yīng)嚴(yán)格按審核后的勘察剛要實(shí)施，在勘察過程中對(duì)存在的問題應(yīng)及時(shí)反饋給公司技術(shù)部門，進(jìn)行技術(shù)會(huì)商，共同研究解決勘察中遇到的技術(shù)問題。

二、勘察目的和任務(wù)確定

勘察前應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求認(rèn)真收集勘察目的和任務(wù)，勘察目的和任務(wù)書一般由設(shè)計(jì)單位提供，勘察前只需收集即可。勘察任務(wù)書應(yīng)蓋設(shè)計(jì)單位章。

但需要注意的是，勘察任務(wù)書不是一成不變的，勘察單位如發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)單位提供的勘察任務(wù)書不全面或是針對(duì)性不強(qiáng)等，應(yīng)及時(shí)提出，和設(shè)計(jì)單位共同研究探討，完善任務(wù)書要求，以便更好的指導(dǎo)勘察工作。

三、勘察手段選取

常用的勘察手段為工程地質(zhì)調(diào)繪、工程地質(zhì)勘探、原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)等。在實(shí)際勘察過程中，勘察手段應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目所在地的巖土工程條件，結(jié)合工程特點(diǎn)合理選取，對(duì)同一工程應(yīng)采取多手段進(jìn)行，并對(duì)不同勘察手段形成的成果進(jìn)行整理、分析，以查明場(chǎng)地環(huán)境巖土工程條件、水文地質(zhì)條件，為設(shè)計(jì)及施工所需的巖土工程參數(shù)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

四、鉆孔布置及孔深確定

鉆探是勘察的基礎(chǔ)工作之一，也是重要勘探手段之一，鉆孔布置的合理與否、鉆探深度的合理確定等關(guān)系勘察質(zhì)量，對(duì)工程造價(jià)及安全起到很重要作用。

鉆孔布置及孔深的確定應(yīng)在收集橋梁位置所在地的地形圖、地質(zhì)圖、相關(guān)設(shè)計(jì)資料、鄰近工程勘察資料等基礎(chǔ)上，按《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20-2011）5.11.4、6.11.3條的要求確定。

鉆孔的布置和孔深應(yīng)滿足查明橋位區(qū)的地層分布情況及特征，滿足巖土定名、取樣、設(shè)計(jì)等要求。鉆孔的布置和孔深的確定不是一成不變的，應(yīng)根據(jù)實(shí)際勘察過程中所查明的地質(zhì)情況結(jié)合橋梁特征等進(jìn)行調(diào)整，必要時(shí)應(yīng)會(huì)同設(shè)計(jì)單位進(jìn)行協(xié)商，共同確定鉆孔位置及孔深。

在山區(qū)勘察，鉆孔的布置和孔深的確定更是要做好探究，以免把孤石錯(cuò)定為基巖。

五、鉆探質(zhì)量控制

鉆探工作是巖土工程勘察的基礎(chǔ)工作之一，其鉆探質(zhì)量直接關(guān)系巖土定名是否準(zhǔn)確、樣品級(jí)別是否滿足試驗(yàn)要求、地基基礎(chǔ)方案選取是否合理等，勘察過程中應(yīng)嚴(yán)格按《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T87-2012）執(zhí)行，記錄鉆探相關(guān)參數(shù)及鉆探情況等，及時(shí)、準(zhǔn)確的做好現(xiàn)場(chǎng)編錄工作。為了保證樣品的原狀，在勘察中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制巖芯采取率、合理選取鉆頭類型、鉆進(jìn)方法和取土器類型等，并做好記錄，通過對(duì)比分析結(jié)果，控制鉆探質(zhì)量，避免因鉆探質(zhì)量差造成勘察嚴(yán)重失誤。

六、參數(shù)的確定及建議

巖土參數(shù)的確定和建議是否合理及正確，直接關(guān)系橋梁設(shè)計(jì)的造價(jià)及安全性，其重要性不言而喻。勘察內(nèi)業(yè)整理時(shí)，應(yīng)對(duì)不同測(cè)試手段所得的參數(shù)進(jìn)行分析比較，當(dāng)差異較大時(shí)，應(yīng)找出原因，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)試工作。所建議的參數(shù)應(yīng)明確其試驗(yàn)方法和取值標(biāo)準(zhǔn)，并注意測(cè)試方法與計(jì)算模型的配套性，力求提供滿足設(shè)計(jì)要求的合理參數(shù)。

此外，巖土參數(shù)的建議還應(yīng)結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行綜合取值，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)。

七、地基基礎(chǔ)方案分析論證

地基基礎(chǔ)方案的分析和選取是否合理，直接關(guān)系梁設(shè)計(jì)的造價(jià)及安全性。應(yīng)根據(jù)橋梁類型、規(guī)模及特征，結(jié)合場(chǎng)地巖土工程、水文地質(zhì)條件及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等對(duì)橋梁地基基礎(chǔ)方案進(jìn)行分析論證，一般可按天然地基上的擴(kuò)大基礎(chǔ)人工地基上的擴(kuò)大基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)等深基礎(chǔ)方案進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。對(duì)同一橋梁工程的地基基礎(chǔ)分析評(píng)價(jià)類型應(yīng)不小于1種，并分析各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，推薦最優(yōu)方案，必要時(shí)應(yīng)和設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，共同確定地基基礎(chǔ)方案。

結(jié)束語

橋梁架設(shè)作為道路工程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其重要性不言而喻。而巖土工程勘察作為橋梁設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，勘察設(shè)計(jì)單位一定要做好巖土工程勘察工作，找到勘察的關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行分析探究，提供滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的巖土工程勘察報(bào)告，為橋梁設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、安全性提供重要技術(shù)依據(jù)及保障。

參考文獻(xiàn)

[1]《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》JTG C20-2011.

[2]《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程》JGJ/T87-2012.

[3]倪川，孔凡芬.淺談橋梁工程巖土工程勘察[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2011，08：102.

篇(3)

巖土工程勘察是工程設(shè)計(jì)的先決條件。一般巖土工程信息，包括地形地貌、地層界面、斷層、地下水位、風(fēng)化層厚度以及各種物探、化探資料，這些資料只是一些離散的數(shù)據(jù)，巖土工程技術(shù)人員較難直接利用它們?cè)偃シ治鰣?chǎng)地中工程地質(zhì)參數(shù)的分布規(guī)律，更何況傳統(tǒng)的巖土工程資料分析和解釋一般都局限于二維、靜態(tài)的表達(dá)，這種表達(dá)描述空間構(gòu)造起伏變化的直觀性差，往往不能充分揭示它們空間變化的規(guī)律，難以使人們直接、完整、準(zhǔn)確地理解，也就越來越不能滿足工程的空間分析要求。

隨著計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)的完善，已經(jīng)完全可以集成以巖土工程建模、巖土工程數(shù)字化、巖土工程數(shù)據(jù)庫管理、巖土工程特性分析、巖土工程地質(zhì)解釋以及空間分析和預(yù)測(cè)、地學(xué)統(tǒng)計(jì)和圖形可視化的一體化系統(tǒng)，繼而發(fā)展成為現(xiàn)代化、信息化為一體的巖土工程勘察數(shù)字化新體系。本論文就將主要對(duì)數(shù)字化的巖土工程勘察進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討，以期和同行分享。

2巖土工程勘察方法概述

2.1傳統(tǒng)的巖土工程勘察方法存在的問題

(1)勘察資料過于地質(zhì)化。

由于部門長(zhǎng)期的條塊分割，勘察、設(shè)計(jì)分散作業(yè)，加之巖土工程規(guī)范制定和新技術(shù)、新方法應(yīng)用的滯后，以及專業(yè)設(shè)置過細(xì)，巖土工程本身的特殊性等原因，設(shè)計(jì)與勘察之間脫鉤多，使得勘察提供的巖土工程信息通常以設(shè)計(jì)人員難以理解的形式出現(xiàn)，而且勘察也較難參與設(shè)計(jì)的全過程；設(shè)計(jì)人員也因知識(shí)的局限，很難深層次理解巖土工程勘察信息，因而勘察成果在設(shè)計(jì)中的轉(zhuǎn)化率較低，造成許多不應(yīng)有的浪費(fèi)和損失

(2)數(shù)字化地圖與數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)間不夠貫通。

地形圖是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的底圖或稱基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由于數(shù)字化地圖中的某些環(huán)節(jié)技術(shù)條件不成熟，與CAD設(shè)計(jì)軟件的接口不匹配，很難順利實(shí)現(xiàn)對(duì)接，設(shè)計(jì)系統(tǒng)不得不重新將勘察資料數(shù)字化，影響了設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD的推廣應(yīng)用。

(3)勘察信息數(shù)字化程度低。

勘察部門提供的勘察信息往往以圖紙、表格、文字等形式為主，內(nèi)容上定性描述較多。這一方面造成設(shè)計(jì)人員對(duì)于勘察信息難于準(zhǔn)確理解，另一方面造成對(duì)勘察信息處理、利用上的困難。

2.2數(shù)字化勘察技術(shù)概述

數(shù)字化巖土工程勘察是指應(yīng)用當(dāng)代測(cè)繪技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和CAD技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，把一個(gè)工程項(xiàng)目的所有信息(勘察、設(shè)計(jì)、進(jìn)度、計(jì)劃、變更等數(shù)據(jù))有機(jī)地集成起來，建立綜合的計(jì)算機(jī)輔助信息流程，使勘察設(shè)計(jì)的技術(shù)手段從手工方式向現(xiàn)代化CAD技術(shù)轉(zhuǎn)變，作到數(shù)據(jù)采集信息化、勘察資料處理數(shù)字化、硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、圖文處理自動(dòng)化，逐步形成和建立適應(yīng)多專業(yè)、多工種生產(chǎn)的高效益、高柔性、智能化的工程勘察設(shè)計(jì)體系。該技術(shù)體系用系統(tǒng)工程觀點(diǎn)，把勘察、設(shè)計(jì)的圖紙、圖像、表格、文字等以數(shù)字化形式存貯，供各專業(yè)設(shè)計(jì)使用。

3數(shù)字化巖土工程勘察應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)探討

3.1巖土工程數(shù)字化建模方法

巖土工程地質(zhì)建模的方法目前采用的主要有表面模型法，表面模型法(也叫數(shù)字表面模型)的歷史較早，它的基本內(nèi)容就是通過精確的表示出工程地質(zhì)體的外表面來表示均質(zhì)地質(zhì)體的建模方法，也是目前廣泛使用的建模方法。表面模型法的數(shù)據(jù)來源是通過測(cè)點(diǎn)獲得的一系列離散的測(cè)點(diǎn)資料，包括測(cè)點(diǎn)的幾何特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)，然后利用數(shù)據(jù)解釋結(jié)果重構(gòu)地質(zhì)體界面。可以抽象為把一系列同屬性的點(diǎn)按照一定的規(guī)則連接起來，構(gòu)成網(wǎng)狀曲面片，進(jìn)而確定整個(gè)地質(zhì)體的空間屬性，有很多方法用來表示表面，常用的方法主要有數(shù)學(xué)模型法和圖示模型法，本論文主要討論圖示模型法。常用的圖示模型法有邊界表示法、規(guī)則格網(wǎng)法、等值線法、不規(guī)則格網(wǎng)法等，其中不規(guī)則格網(wǎng)法是本系統(tǒng)選用的模型表示法，將做詳細(xì)分析討論。

不規(guī)則格網(wǎng)法(TIN)是將區(qū)域內(nèi)有限個(gè)點(diǎn)將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)。區(qū)域中任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、邊上或三角形內(nèi)，如果任意點(diǎn)不在頂點(diǎn)上，則該點(diǎn)的數(shù)字屬性值通常通過線性插值的方法得到(在邊上用邊的兩個(gè)頂點(diǎn)的高程，在三角形內(nèi)則用三個(gè)頂點(diǎn)的高程)，所以TIN是一個(gè)三維空間的分段線性模型，在整個(gè)區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。有許多種表達(dá)TIN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)方式，這里采用一個(gè)簡(jiǎn)單的記錄方式是：對(duì)于每一個(gè)三角形、邊和節(jié)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)記錄，三角形的記錄包括三個(gè)指向它三個(gè)邊的記錄的指針，邊的記錄有四個(gè)指針字段，包括兩個(gè)指向相鄰三角形記錄的指針和它的兩個(gè)頂點(diǎn)的記錄的指針；也可以直接對(duì)每個(gè)三角形記錄其頂點(diǎn)和相鄰三角形。每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括三個(gè)坐標(biāo)值的字段，分別存儲(chǔ)X，Y，Z坐標(biāo)。這種拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：對(duì)于給定一個(gè)三角形，查詢其三個(gè)頂點(diǎn)屬性和相鄰三角形所用的時(shí)間是定長(zhǎng)的。它在沿直線計(jì)算地形剖面線時(shí)具有較高的效率，當(dāng)然可以在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加其它變化，以提高某些特殊運(yùn)算的效率。

3.2數(shù)字化巖土勘察工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

基于GIS的巖土工程勘察涉及到的原始數(shù)據(jù)主要為地理信息方面的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源包括：

(1)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)主要包括：

①自然區(qū)劃圖。

該圖反映被研究區(qū)域的地理區(qū)劃、河流、道路、居民區(qū)、山川、公共設(shè)施等等自然地理信息。

②地形、地貌圖。

該圖反映被研究區(qū)域的自然地貌情況。

(2)巖土工程勘察數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)主要包括：

所研究區(qū)域的工程地質(zhì)勘探資料。

經(jīng)過篩選、處理的各勘探點(diǎn)包括地理、環(huán)境、土的物理力學(xué)指標(biāo)在內(nèi)的所有信息。

各類建筑場(chǎng)地的地層信息，比如液化等級(jí)、液化指數(shù)、特征周期、年代、沉積相等。

結(jié)合上述分析，數(shù)字化巖土勘察工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以按以下幾個(gè)步驟實(shí)施構(gòu)建：

①巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫的概念模型設(shè)計(jì)。

巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫管理作為巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作是一個(gè)數(shù)據(jù)密集、處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用問題，為了能獲得反映信息世界的概念性數(shù)據(jù)模型，將與實(shí)體和聯(lián)系相關(guān)的功能與行為剝離出來，僅從現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的數(shù)據(jù)側(cè)面來建立模型即研究數(shù)據(jù)對(duì)象與屬性及其關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上建立相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。

②數(shù)據(jù)庫建立實(shí)現(xiàn)。

巖土工程一體化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有三類：用戶輸入的原始數(shù)據(jù)、系統(tǒng)生成的中間數(shù)據(jù)及最終數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)由測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)組成，而測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)又由測(cè)點(diǎn)幾何屬性數(shù)據(jù)(位置)和測(cè)點(diǎn)信息屬性數(shù)據(jù)；中間數(shù)據(jù)包括根據(jù)原始數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)生成的地層層面等值線模型、三維表面模型、剖面模型等，根據(jù)這些模型可以生成用戶需要的各種圖件，還可以進(jìn)行各種信息查詢操作；最終數(shù)據(jù)種類繁多，主要是根據(jù)用戶需要由中間數(shù)據(jù)生成，包括圖形資料和文檔資料(如地質(zhì)勘察報(bào)告等)。

篇(4)

關(guān)鍵詞：巖土工程；勘察技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

Abstract: The engineering geological investigation in China professional after nearly twenty years of efforts, has realized to the development direction of geotechnical engineering investigation of geotechnical engineering, technology progress in exploration, prospecting means, whether from the exploration equipment, technical investigation of digital or technical staff knowledge of the breadth and depth have made rapid development. In this paper, the author through analyzes the present development of geotechnical engineering survey technology, and discusses the method of technology for investigation of geotechnical engineering, for reference.

Key words: geotechnical engineering investigation; development trend;

中圖分類號(hào)：P25

一、我國巖土工程勘察技術(shù)的現(xiàn)狀

1.樁基技術(shù)方面

在高層超高層建筑中，樁基技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。如混凝土預(yù)制方樁和預(yù)應(yīng)力管樁由于具有單位承載力投資省、質(zhì)量有保證、施工速度快等特點(diǎn)，近幾年得到快速發(fā)展；混凝土灌注樁及其后壓漿技術(shù)由于樁長(zhǎng)和樁徑范圍選擇大，提供的承載力幅度大，地層適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，發(fā)展也很快。為合理利用樁間土承載力，復(fù)合樁基技術(shù)的理論研究與應(yīng)用得到了較大的發(fā)展。

2.地基處理技術(shù)方面

我國軟土地基處理現(xiàn)已接近國際先進(jìn)水平，同時(shí)在天然地基的合理利用方面，開發(fā)了大量的復(fù)合地基新技術(shù)。強(qiáng)夯法、預(yù)壓法、排水固結(jié)法、堆載預(yù)壓、水泥土樁、碎石樁、以CFG樁和靜壓砼預(yù)制小樁為代表的剛性樁復(fù)合地基技術(shù)，得到廣泛使用和研究。復(fù)合樁基和剛性樁復(fù)合地基中樁土相互作用的理論和研究成果逐步被采用。

3.深基坑工程及邊坡支護(hù)技術(shù)

我國深基坑及邊坡支護(hù)技術(shù)是近20年來隨著高層建筑的大量興建發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，是集巖土工程和結(jié)構(gòu)工程為一體，包括支擋、防水、降水、挖運(yùn)土、監(jiān)測(cè)和信息化施工的系統(tǒng)工程，具有工程地質(zhì)復(fù)雜多變，區(qū)域性和個(gè)性強(qiáng)的特點(diǎn)，已成為施工中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。

4.環(huán)境巖土工程方面

與環(huán)境關(guān)聯(lián)的巖土工程及與巖土有關(guān)的環(huán)境工程的廣義環(huán)境巖土工程的概念逐步為學(xué)術(shù)和工程界所接受。環(huán)境巖土工程的概念和理論逐步深入人心，地基處理與深基坑工程對(duì)環(huán)境的影響問題的認(rèn)識(shí)與處理，要求將地基處理與深基坑工程作為相互影響和相互作用的整體問題一并考慮成為環(huán)境巖土工程的新思想。

5.巖土預(yù)測(cè)與控制方面

從采用傳統(tǒng)理論力學(xué)和計(jì)算土力學(xué)計(jì)算方法發(fā)展到采用灰色理論、損傷力學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等人工智能方法和動(dòng)態(tài)滾動(dòng)預(yù)測(cè)方向發(fā)展；控制技術(shù)從單一手段朝著多樣、復(fù)合的方向發(fā)展。

二、巖土工程勘察技術(shù)的方法

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。下面就與傳統(tǒng)勘察方法進(jìn)行對(duì)比， 加以論述。

1.傳統(tǒng)巖土工程勘察技術(shù)方法研究

勘察資料過于地質(zhì)化。由于部門長(zhǎng)期的條塊分割， 勘察、 設(shè)計(jì)分散作業(yè)， 加之巖土工程規(guī)范制定和新技術(shù)、 新方法應(yīng)用的滯后， 以及專業(yè)設(shè)置過細(xì)， 巖土工程本身的特殊性等原因， 設(shè)計(jì)與勘察之間脫鉤多，使得勘察提供的巖土工程信息通常以設(shè)計(jì)人員難以理解的形式出現(xiàn)，而且勘察也較難參與設(shè)計(jì)的全過程；設(shè)計(jì)人員也因知識(shí)的局限， 很難深層次理解巖土工程勘察信息， 因而勘察成果在設(shè)計(jì)中的轉(zhuǎn)化率較低， 造成許多不應(yīng)有的浪費(fèi)和損失數(shù)字化地圖與數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)間不夠貫通。地形圖是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的底圖或稱基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由于數(shù)字化地圖中的某些環(huán)節(jié)技術(shù)條件不成熟，與 CAD 設(shè)計(jì)軟件的接口不匹配， 很難順利實(shí)現(xiàn)對(duì)接， 設(shè)計(jì)系統(tǒng)不得不重新將勘察資料數(shù)字化， 影響了設(shè)計(jì)系統(tǒng) CAD 的推廣應(yīng)用。勘察信息數(shù)字化程度低。勘察部門提供的勘察信息往往以圖紙、 表格、 文字等形式為主，內(nèi)容上定性描述較多。這一方面造成設(shè)計(jì)人員對(duì)于勘察信息難于準(zhǔn)確理解， 另一方面造成對(duì)勘察信息處理、 利用上的困難。

2.數(shù)字化勘察技術(shù)研究

數(shù)字化巖土工程勘察是指應(yīng)用當(dāng)代測(cè)繪技術(shù)、 數(shù)據(jù)庫技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和 CAD 技術(shù)， 通過計(jì)算機(jī)及其軟件， 把一個(gè)工程項(xiàng)目的所有信息有機(jī)地集成起來，建立綜合的計(jì)算機(jī)輔助信息流程，使勘察設(shè)計(jì)的技術(shù)手段從手工方式向現(xiàn)代化 CAD 技術(shù)轉(zhuǎn)變，作到數(shù)據(jù)采集信息化、 勘察資料處理數(shù)字化、 硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、 圖文處理自動(dòng)化， 逐步形成和建立適應(yīng)多專業(yè)、 多工種生產(chǎn)的高效益、 高柔性、 智能化的工程勘察設(shè)計(jì)體系。該技術(shù)體系用系統(tǒng)工程觀點(diǎn)， 把勘察、 設(shè)計(jì)的圖紙、 圖像、 表格、 文字等以數(shù)字化形式存貯。

3.數(shù)字化勘察技術(shù)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)

巖土工程地質(zhì)建模的方法目前采用的主要有表面模型法，表面

模型法的歷史較早，它的基本內(nèi)容就是通過精確的表示出工程地質(zhì)體的外表面來表示均質(zhì)地質(zhì)體的建模方法，也是目前廣泛使用的建模方法。表面模型法的數(shù)據(jù)來源是通過測(cè)點(diǎn)獲得的一系列離散的測(cè)點(diǎn)資料， 包括測(cè)點(diǎn)的幾何特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)， 然后利用數(shù)據(jù)解釋結(jié)果重構(gòu)地質(zhì)體界面。可以抽象為把一系列同屬性的點(diǎn)按照一定的規(guī)則連接起來，構(gòu)成網(wǎng)狀曲面片，進(jìn)而確定整個(gè)地質(zhì)體的空間屬性，有很多方法用來表示表面， 常用的方法主要有數(shù)學(xué)模型法和圖示模型法， 本論文主要討論圖示模型法。 常用的圖示模型法有邊界表示法、 規(guī)則格網(wǎng)法、 等值線法、 不規(guī)則格網(wǎng)法等， 其中不規(guī)則格網(wǎng)法是本系統(tǒng)選用的模型表示法， 將做詳細(xì)分析討論。不規(guī)則格網(wǎng)法是將區(qū)域內(nèi)有限個(gè)點(diǎn)將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)。 區(qū)域中任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、 邊上或三角形內(nèi),如果任意點(diǎn)不在頂點(diǎn)上, 則該點(diǎn)的數(shù)字屬性值通常通過線性插值的方法得到,所以 TIN 是一個(gè)三維空間的分段線性模型, 在整個(gè)區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。有許多種表達(dá) TIN 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)方式,這里采用一個(gè)簡(jiǎn)單的記錄方式是:對(duì)于每一個(gè)三角形、 邊和節(jié)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)記錄,三角形的記錄包括三個(gè)指向它三個(gè)邊的記錄的指針, 邊的記錄有四個(gè)指針字段, 包括兩個(gè)指向相鄰三角形記錄的指針和它的兩個(gè)頂點(diǎn)的記錄的指針;也可以直接對(duì)每個(gè)三角形記錄其頂點(diǎn)和相鄰三角形。每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括三個(gè)坐標(biāo)值的字段,分別存儲(chǔ) X,Y,Z 坐標(biāo)。這種拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:對(duì)于給定一個(gè)三角形,查詢其三個(gè)頂點(diǎn)屬性和相鄰三角形所用的時(shí)間是定長(zhǎng)的。它在沿直線計(jì)算地形剖面線時(shí)具有較高的效率,當(dāng)然可以在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加其它變化,以提高某些特殊運(yùn)算的效率。對(duì)巖土工程勘察方法實(shí)施改進(jìn)， 逐步過渡到數(shù)字化勘察技術(shù)， 并推廣其廣泛應(yīng)用， 這是勘察工程發(fā)展的必然趨勢(shì)， 但是這其中還有一段很長(zhǎng)的路要走，不僅僅是因?yàn)槠渲羞€有一些關(guān)鍵技術(shù)問題尚未完全攻克，而且我國目前在數(shù)字化勘察、勘探方面的專業(yè)人才也很匱乏， 因此， 必須加大數(shù)字化巖土工程勘察技術(shù)人才的培養(yǎng)， 并加快該技術(shù)的研究應(yīng)用，以真正實(shí)現(xiàn)巖土工程的數(shù)字化勘察的廣泛應(yīng)用。

4.數(shù)字化勘察技術(shù)的應(yīng)用

我們?cè)谶M(jìn)行道路、 橋梁、 隧道的測(cè)量設(shè)計(jì)經(jīng)常遇到地形復(fù)雜交通不便的情況。如線路在丘陵山區(qū),經(jīng)常是各種樹木生長(zhǎng)茂盛、 溝壑縱橫,難以通視,傳統(tǒng)的測(cè)量手段很難解決,經(jīng)常令測(cè)量工作人員吃盡了苦頭。傳統(tǒng)的測(cè)量手段數(shù)據(jù)處理往往用手工方法記錄儲(chǔ)存,不僅數(shù)據(jù)顯得零亂,而且在數(shù)據(jù)后續(xù)處理中,往往手工處理,工作量大,容易出錯(cuò),測(cè)量數(shù)據(jù)不易校核。 由于處理枯燥,需要耗費(fèi)的重復(fù)勞動(dòng)也就相當(dāng)多,內(nèi)業(yè)處理出錯(cuò)率較高。通過調(diào)查研究, 在我國大多數(shù)單位在公路設(shè)計(jì)測(cè)量工作中采用的方法傳統(tǒng),速度慢、 精度差,數(shù)據(jù)不易保存校核,所以難以適用當(dāng)前推進(jìn)公路建設(shè)自動(dòng)化、 信息化建設(shè)的要求。采用現(xiàn)在傳統(tǒng)的測(cè)量方法存在許多弊端,例如測(cè)量數(shù)據(jù)多,易出錯(cuò),測(cè)量完畢不易校核和保存,采用數(shù)字化地形圖可有效解決這一問題。 采用專業(yè)數(shù)字化地形圖測(cè)繪,經(jīng)過處理后,可以滿足公路規(guī)范的需求,每條公路的地形圖可以形成永久保存的電子檔案,勘測(cè)成果在圖上一目了然,可重復(fù)利用,并可不斷補(bǔ)充調(diào)整。 公路設(shè)計(jì)引入專業(yè)勘測(cè)的電子地形圖,勘測(cè)效率大大提高,勘測(cè)費(fèi)用降低很多,勘測(cè)設(shè)計(jì)周期會(huì)大大縮短,而且數(shù)據(jù)精確,易于保存,數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入利用,免去人工錄入的繁瑣和失誤,可以重復(fù)利用,一舉多的,可以紙上選線、 定線,測(cè)量數(shù)據(jù)可以視實(shí)際情況,隨時(shí)補(bǔ)充調(diào)整。測(cè)量成果可以直接與國家控制網(wǎng)轉(zhuǎn)化,以便與其他測(cè)量行業(yè)的數(shù)據(jù)共享。測(cè)量完畢或公路施工后能長(zhǎng)久保存測(cè)量成果,并進(jìn)行校核,推進(jìn)公路測(cè)量的數(shù)字化進(jìn)程。

三、結(jié)束語

總而言之，巖土工程勘探是工程質(zhì)量的重點(diǎn)，目前我國的巖土工程勘察技術(shù)方法較多，且眾多勘察方法、技術(shù)發(fā)展的成熟程度不盡相同，所以我們要在實(shí)際勘察設(shè)計(jì)工程中積累經(jīng)驗(yàn)、重視有效性的發(fā)展、時(shí)刻應(yīng)用新科學(xué)新技術(shù)來發(fā)展我國的工程勘察技術(shù)，把我國的勘察技術(shù)提高到一個(gè)更高的水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙成剛，白冰，王運(yùn)霞. 土力學(xué)原理[M]. 北京：清華大學(xué)出版社. 200[4]

篇(5)

【關(guān)鍵詞】滑動(dòng)面 非均質(zhì)巖質(zhì)邊坡 滑坡

【Abstract】The reasonable determination of sliding surface is vital to the successful treatment of slope， especially to heterogeneous rocky slope which are more than 30 meters high. Such slope's sliding surface are usually made of several long broken lines，it's difficult to determine the potential sliding surface by exploratory methods.In practice，the orientation of sliding surface are usually assumed based on actual geological and prospecting data.Some possible miscalculation may reault in hidden danger.This paper introduces some thoughts on the reasonable determination of sliding surface in heterogeneous rocky slope treatment on the basis of living example for the referance to relevant people.

【Key words】Sliding surface；Heterogeneous rocky slope；Slide slope

1. 引言

滑動(dòng)面是邊坡巖土體在一定的邊界條件下形成的，隨著外部邊界條件的變化，滑動(dòng)面也會(huì)相應(yīng)的變化，邊坡治理中滑動(dòng)面分為已發(fā)生的滑動(dòng)面和潛在的滑動(dòng)面。目前滑坡處理廣泛采用的參數(shù)反演法 [1] [2] [3]、折減法 [4]、不平衡推力法 [5] [6]，都是基于滑動(dòng)面確定的前提下進(jìn)行的，目前僅土質(zhì)邊坡的圓弧滑動(dòng)面可采用SLOPE/W法 [7]搜索確定，而對(duì)于大于30米的非均質(zhì)巖質(zhì)邊坡潛在滑動(dòng)面的客觀確定鮮有提及，本文從治理邊坡實(shí)例出發(fā)，探討一下非均質(zhì)巖質(zhì)邊坡潛在滑動(dòng)面合理確定。

2. 邊坡工程地質(zhì)概況

（1）以黟（縣）-七（都）K3+394～+462段高邊坡位于路線右側(cè)，最大坡高67m。邊坡地貌單元屬低山剝蝕地貌，地勢(shì)陡峻，地形坡度在40～60°之間，上陡下緩。該處地層巖性主要為牛屋組（Pt2n）板巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，板理及裂隙發(fā)育，巖石破碎，薄層狀構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化層巖芯呈碎塊～片狀，碎塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，層厚2.40～13.20m；中等風(fēng)化巖芯呈塊狀～短柱狀，地層產(chǎn)狀195°∠70°，屬中硬巖，表層為松散碎石混粉土，碎石含量可占50～70%，粉土可塑狀態(tài)，該層厚1.6～6.2m，如圖1所示。

（2）該邊坡原設(shè)計(jì)為矮擋墻支護(hù)，運(yùn)營(yíng)一年多，于二00八年五月中旬產(chǎn)生滑坡滑體厚度1.60～6.20m，體積約為10000m3，滑坡體主要為碎石土，其中碎石占60%，低液限粘土占40%。滑坡堆積體及滑坡后緣坡體均存在進(jìn)一步滑動(dòng)的危險(xiǎn)性，屬活滑坡。

3. 邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)邊坡勘察資料，本次滑坡沿風(fēng)化接觸面形成的淺層滑坡，滑坡體為松散碎石混粉土，坡面雨水下滲通道良好，在雨水作用物理力學(xué)性質(zhì)軟化明顯，在不利條件下，會(huì)誘發(fā)更大的滑坡，需及時(shí)治理。

3.1設(shè)計(jì)參數(shù)的選取。根據(jù)勘察資料正常工況下：重度取為20.5KN/m3，c為18KPa，為21°；根據(jù)滑坡帶物質(zhì)組成在暴雨工況下，碎石粉土：重度取為22.5KN/m3，c為6KPa，為21°；強(qiáng)風(fēng)化板巖：重度取為24KN/m3，c為50KPa，為21。

3.2模型的建立。 根據(jù)已經(jīng)產(chǎn)生滑坡的形態(tài)、地貌及坡體的工程地質(zhì)特性，為了增加下部坡體的穩(wěn)定性，確定第一級(jí)為原擋墻+坡率為1：1.75、高度為5米的人工邊坡，第二、三級(jí)坡坡率1：1，高度為8米，第四～六級(jí)為1：1，高度為10米，第七級(jí)為1：0.5，高度為10～12米，每級(jí)邊坡設(shè)2.0米寬的平臺(tái)，進(jìn)行刷坡，最大坡高為67米，如圖2。

3.3剩余推力計(jì)算。

圖1地質(zhì)剖面圖 3.3.1刷方減載后，邊界條件發(fā)生變化后，滑動(dòng)面隨之發(fā)生變化。由于第三級(jí)邊坡開挖邊坡全部 進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化板巖中，為此我們將滑坡體分為上下兩個(gè)不穩(wěn)定體，形成兩個(gè)滑動(dòng)面。

3.3.2依據(jù)暴雨工況下的物理力學(xué)參數(shù)，根據(jù)勘察資料確定的已發(fā)生滑坡的滑動(dòng)面，當(dāng)穩(wěn)定安全系數(shù)為1.2時(shí) [8]，采用不平衡推力法：

Ti=FsWi sina i+ψiT i-1 -W i- cosa i tanφi-ciLi

ψi= cos（a i-1- a i ）-sin（a i-1- a i ） tanφi （1）

ψi為傳遞系數(shù)

3.3.3上部碎石粉土不穩(wěn)定體的剩余下滑力為590KN/m，此外我們對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化板巖可能出現(xiàn)的深層滑動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，如圖2所示，對(duì)應(yīng)潛在滑面2的剩余下滑力為80KN/m；對(duì)應(yīng)潛在滑面3的剩余下滑力為100KN/m；對(duì)應(yīng)潛在滑面3、4結(jié)合的剩余下滑力為330KN/m；對(duì)應(yīng)潛在滑面4的剩余下滑力為510KN/m；可見強(qiáng)風(fēng)化板巖中，在固定的邊界條件下，只有滑面4的形態(tài)接近客觀的潛在的滑動(dòng)面，基于此，不斷微調(diào)滑面4的形態(tài)，直至找出最大的剩余下滑力，本次邊坡治理采用滑面1、4對(duì)應(yīng)的剩余下滑力，進(jìn)行邊坡處置。

圖2潛在滑面搜索過程及邊坡治理圖3.4邊坡治理。

（1）上部不穩(wěn)定體中，由于滑面1較陡，抗滑樁效果甚微，滑坡體會(huì)從抗滑樁頂滑出，滑面4較厚，錨桿無法進(jìn)入穩(wěn)定地層，基于上述因素，本次邊坡治理采用錨索方案：

（2）對(duì)應(yīng)滑面1的下滑力，第4、5、6級(jí)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架，根據(jù)間距、排數(shù)、傾角，每個(gè)錨索的設(shè)計(jì)抗拔力至少要達(dá)到25噸，根據(jù)勘察資料所提供的錨固體與巖石的錨固強(qiáng)度，所需的錨固段長(zhǎng)度在13米左右，初定錨索總長(zhǎng)度17米，但對(duì)于深層潛在滑動(dòng)面4的剩余下滑力而言，其錨固長(zhǎng)度需大于9.5米，自由端為10米，錨索總長(zhǎng)至少需要19.5米，可見，僅按照滑面1來治理邊坡，本邊坡深層滑動(dòng)的需要無法滿足，無法從整體上保證邊坡的穩(wěn)定，給工程帶來隱患。

（3）考慮巖體風(fēng)化界限的不確定性，結(jié)合計(jì)算情況，確定本邊坡的治理方案為：第四到六級(jí)坡均采用錨索框架，每片框架由三根豎肋和三道橫梁連接而成，在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置錨索鎖固，每束錨索由3根15.24鋼筋制成，設(shè)計(jì)荷載280KN，張拉鎖定荷載300KN，對(duì)應(yīng)滑動(dòng)面1而言，第五、六級(jí)錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度20m，錨固段長(zhǎng)度15米，第四級(jí)錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度17m，錨固段長(zhǎng)度12米。本邊坡經(jīng)過6年多的運(yùn)營(yíng)檢驗(yàn)，穩(wěn)定性良好。

4. 結(jié)束語

（1）滑動(dòng)面不是一成不變的，而是隨著巖土體邊界條件的變化而改變。

（2）對(duì)于一個(gè)高邊坡來講，其潛在的滑動(dòng)面很多 [9]，因此，高邊坡治理必須考慮深層潛在滑動(dòng)面的穩(wěn)定性，對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化破碎巖體的潛在滑動(dòng)面，必須在一定的邊界條件下，多次模擬形態(tài)，找出規(guī)律，最終找到最危險(xiǎn)的潛在滑動(dòng)面，從已經(jīng)產(chǎn)生的滑動(dòng)面、最危險(xiǎn)的潛在滑動(dòng)面兩方面出發(fā)，進(jìn)行邊坡的治理，做到一次根治，不留后患。

參考文獻(xiàn)

[1]龔玉鋒、周創(chuàng)兵、梁軼等.參數(shù)反演在巖質(zhì)高邊坡變形與穩(wěn)定分析中的應(yīng)用[J].巖土力學(xué)，2002，（05）：570～574.

[2]孫志斌.邊坡穩(wěn)定性上限分析方法及參數(shù)反演研究.中南大學(xué)博士論文.2013.

[3]魯志強(qiáng).巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性設(shè)置模擬巖體力學(xué)參數(shù)反分析.武漢理工大學(xué)碩士論文.2009.

[4]陳國慶、黃潤(rùn)秋、石豫川等.基于動(dòng)態(tài)和整體強(qiáng)度折減法的邊坡穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，（02）：243～256.

[5]時(shí)衛(wèi)民、鄭穎人、唐伯明等.邊坡穩(wěn)定不平衡推力法的精度分析及其使用條件[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2004，（03）：313～317.

[6]張?jiān)掠? 基于改進(jìn)不平衡模式的邊坡穩(wěn)定性分析及程序?qū)崿F(xiàn).湖南大學(xué)碩士論文，2007.

[7]張志峰.安徽某高速公路K125+730～+895段滑坡治理[J].公路交通科技，2007，（11）：86～89.

篇(6)

關(guān)鍵詞：鋁合金鉆桿，鋼接頭，地質(zhì)勘探，深孔鉆探

 

1.鋁合金鉆桿的特點(diǎn)

(1)與傳統(tǒng)鉆桿材料鋼相比,鋁合金具有寶貴的物理力學(xué)性能。鋁合金的密度和彈性模量幾乎是鋼的1/3,而比強(qiáng)度(斷裂強(qiáng)度極限與密度之比)卻是鋼的1.5～2倍。

(2)鋁合金鉆桿質(zhì)量輕,在鉆機(jī)能力一定的條件下,用鋁鉆桿能鉆達(dá)鋼鉆桿無法達(dá)到的深度。俄羅斯曾用400t能力的鉆機(jī)鉆成世界最深的СГ- 3井（12262m) ,用300t鉆機(jī)鉆成7000m深井。

(3)鋁合金在腐蝕環(huán)境中的穩(wěn)定性非常好。它表面覆蓋一層穩(wěn)定的氧化膜阻止與環(huán)境的進(jìn)一步反應(yīng),可用于任何濃度的硫化氫和二氧化碳環(huán)境,而且其抗腐蝕能力與溫度無關(guān)。

(4)鋁合金鉆桿與井壁的磨阻小,可減輕起下鉆的阻卡。鋁鉆桿的浮力系數(shù)比鋼小得多,可節(jié)省20%～25%的起下鉆時(shí)間,并節(jié)省燃料。所以,鋁合金鉆桿用于3000m以深的鉆井最有效。

(5)在相同井眼曲率下,鋁合金鉆桿的彎曲應(yīng)力遠(yuǎn)小于鋼鉆桿,從而適用于鉆斜井、曲率半徑小的定向井和水平段長(zhǎng)的水平井。

(6)鋁合金鉆桿具有和鎳鈷合金相似的無磁特性,方便隨鉆測(cè)量?jī)x器的使用。

(7)鋁合金鉆柱對(duì)裸眼和套管的作用力減小,能有效地保護(hù)套管,適應(yīng)裸眼段更長(zhǎng)的井。鋁合金鉆桿內(nèi)泥漿的流動(dòng)阻力小,可提高鉆頭的水功率。論文參考。

(8)鋁合金鉆桿的鋼接頭可按API標(biāo)準(zhǔn)加工絲扣,正常條件下,一般不會(huì)因絲扣磨損而更換鉆桿。論文參考。

(9)鉆探(井)屬于高風(fēng)險(xiǎn)性行業(yè),孔內(nèi)事故在所難免,尤其是卡鉆或鉆桿折斷事故時(shí)有發(fā)生。使用鋼鉆桿時(shí)處理孔內(nèi)鉆桿事故常需要漫長(zhǎng)的時(shí)間,甚至造成鉆孔報(bào)廢。而處理鋁合金鉆桿事故時(shí),用一般牙輪鉆頭就可把井下鋁合金鉆具“消滅掉”,鉆速可達(dá)30m/h左右。

2.鉆桿材料分析

目前世界上已有的鋼鉆桿、鋁合金鉆桿和鈦合金鉆桿基本參數(shù)對(duì)比,其中鋼鉆桿的密度、彈性模量最高,但自重過大對(duì)深孔鉆機(jī)的提升能力要求高;鋁合金鉆桿的密度、彈性模量最低,線膨脹系數(shù)最高,可適用于陸地深孔鉆進(jìn)和海底鉆進(jìn);鈦合金鉆桿的密度、彈性模量和線膨脹系數(shù)都居中,應(yīng)該是理想的深孔鉆探用管材,但其接近天文數(shù)字的價(jià)格使用戶無法承受。

GB/T 20659 - 2006/ISO 15546: 2002中列舉了4組鋁合金鉆桿。其中第二組鉆桿最常用,價(jià)格也最低,其主要成分為Al-Zn-Mg,最小屈服強(qiáng)度480MPa,最小抗拉強(qiáng)度530MPa (20℃時(shí)) ,最小伸長(zhǎng)率7%。雖然最高使用溫度僅120℃,但對(duì)于地質(zhì)勘探深孔作業(yè)而言足夠了。高可靠性鋁鉆桿的抗腐蝕性其腐蝕速度表示每平方米表面積的鋁鉆桿在不同介質(zhì)中每小時(shí)因腐蝕造成的失重(g)。可見,鋁鉆桿在堿環(huán)境、酸環(huán)境下很少腐蝕,而在全飽和的H2S環(huán)境下完全不腐蝕。這對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下使用泥漿化學(xué)處理劑和鉆進(jìn)具有腐蝕性的礦產(chǎn)或地下水非常有利。

3.鉆桿工藝分析

鋁合金鉆桿柱的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要素是鋁鉆桿與鋼接頭的連接問題。俄羅斯傳統(tǒng)鋁鉆桿采用無止推面的三角形絲扣連接,而高可靠性鋁鉆桿的連接方式有3個(gè)特點(diǎn): (1)采用梯形絲扣與接頭連接;(2)鋁鉆桿設(shè)置了內(nèi)支撐端面和錐形配合面;(3)通過高溫裝配工藝實(shí)現(xiàn)絲扣、配合面及支撐端面的過盈配合。

在深井(尤其是斜井和水平井)鉆進(jìn)條件下,鉆桿柱最容易發(fā)生疲勞破壞。而新型鋁鉆桿的錐形配合面及支撐端面可減輕絲扣的負(fù)擔(dān),明顯提高接頭的抗疲勞指標(biāo), 比普通三角形螺紋提高抗疲勞強(qiáng)度60%-80%。這類鋁鉆桿自1993年起已成功用于海洋深水鉆井作業(yè)。

4.鉆桿在深孔中的應(yīng)用

鋁合金鉆桿已經(jīng)在國內(nèi)外的科學(xué)鉆探和石油鉆井(包括斜井和水平井)中應(yīng)用,展現(xiàn)了用小噸位鉆機(jī)鉆進(jìn)深孔的良好前景。(1)鋁合金鉆桿在俄羅斯СГ-3 超深井的應(yīng)用。采用高可靠性鋁合金鉆桿是俄羅斯СГ-3井創(chuàng)造世界超深井紀(jì)錄的關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)場(chǎng)400t能力的鉆機(jī)額定最大井深為8000m,但用鋁合金鉆桿取代鋼鉆桿后鉆成了世界最深的井( 12262m) 。統(tǒng)計(jì)該井195個(gè)回次中￠147mmX11mm規(guī)格的鋁合金鉆桿磨損情況表明,最大磨損量發(fā)生在7000～8000m井段,其中鋼接頭最大磨損618mm,由于鋼接頭的保護(hù)鋁合金鉆桿本體的最大磨損量?jī)H為0.92mm。(2)鋁合金鉆桿在塔里木某勘探井的應(yīng)用。該井井深7600 m,水平位移達(dá)1000 m,基本鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓200 kN,轉(zhuǎn)速65 r/min,泵量21 L / s,鉆井液密度210 g/ cm3 ,鉆速118 m /h。鉆進(jìn)與提升時(shí)使用不同鉆桿的效果,是使用鋁鉆桿+鋼鉆桿除了鉆桿伸長(zhǎng)量有所增加外,整個(gè)鉆桿柱的重量、大鉤載荷、總阻力、扭矩、水力損失等參數(shù)都明顯下降。論文參考。

5.結(jié)論

深部鉆探不能僅著眼于大型深孔設(shè)備,還可以在鉆桿柱的材質(zhì)上想辦法,在不更換大噸位鉆機(jī)的前提下使鉆孔鉆得更深。因此,近年來輕質(zhì)鋁合金鉆桿成了國內(nèi)外同行關(guān)注的熱點(diǎn)。20世紀(jì)60年代初,蘇聯(lián)開始在鉆井中使用鋁合金鉆桿,經(jīng)過不斷改進(jìn),目前俄羅斯已批量生產(chǎn)達(dá)世界領(lǐng)先水平的高可靠性鋁合金鉆桿并大量出口。歐盟在俄羅斯鋁合金鉆桿標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,于2002年制定了石油天然氣工業(yè)用鋁合金鉆桿的國際標(biāo)準(zhǔn),其地位與美國制定的鋼鉆桿API國際標(biāo)準(zhǔn)等同。由我國中石油管材所提出,高蓉等人承擔(dān)制定的等同標(biāo)準(zhǔn)于2006年12月15日作為中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工業(yè)鋁合金鉆桿》正式,自2007年5月1日起實(shí)施。因此,讓國內(nèi)鉆探技術(shù)人員全面了解鋁合金鉆桿的特點(diǎn)及其在深孔中的應(yīng)用前景是十分必要的。隨著地質(zhì)工作向深部發(fā)展,隨著我國自2007年5月1日起正式實(shí)施鋁合金鉆桿國家標(biāo)準(zhǔn),鋁合金鉆桿成了國內(nèi)同行關(guān)注的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)鋼鉆桿相比,鋁合金鉆桿在自重、比強(qiáng)度、彈性和耐腐蝕性等方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)。在鉆機(jī)能力一定的條件下,用鋁合金鉆桿能鉆達(dá)鋼鉆桿無法達(dá)到的深度。高可靠性鋁合金鉆桿采用與鋼接頭連接的新方法和高溫裝配工藝,使其在深井、斜井和大位移水平井鉆進(jìn)中可明顯提高抗疲勞強(qiáng)度,在深孔、斜孔和水平孔中具有良好的應(yīng)用前景。鋁合金鉆桿耐腐蝕,對(duì)天然氣和煤層氣開發(fā)(尤其在鋼鉆桿易發(fā)生“氫脆”的井區(qū))具有重要的意義。

參考文獻(xiàn):

[1] 鄢泰寧. 訪問俄羅斯有關(guān)鋁合金鉆桿科研生產(chǎn)單位資料[ Z]. 2007.

[2] BS EN ISO 15546: 2002, Petroleum and natural gas industries—Aluminumalloy drill pipe[S].

[3] GB/T 20659-2006/ISO15546: 2002,石油天然氣工業(yè)鋁合金鉆桿[S].

[4] 劉希圣,等.鉆井工藝原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1998.

[5] 鄢泰寧,等.巖土鉆掘工程學(xué)[M]. 武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2001.

[6] 李冬. 急傾斜臨界角煤層開采圍巖破壞規(guī)律[J].煤炭工程, 2010, (01).

[7] 史文臣. 急傾斜煤層中綜采技術(shù)的應(yīng)用[J].陜西煤炭, 2010, (01) .

[8] 毛世福. 急傾斜煤層內(nèi)因火災(zāi)綜合防治技術(shù)的應(yīng)用[J]. 四川建材, 2010, (01).

篇(7)

巖石力學(xué)是一門研究巖石在外界因素，如荷載、水流、溫度、化學(xué)、生物過程變化等作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、穩(wěn)定性及工程加固的學(xué)科。清華大學(xué)水利系副教授劉曉麗通過物理模型試驗(yàn)、理論分析以及數(shù)值模擬相結(jié)合的途徑，針對(duì)巖土力學(xué)與巖土工程問題，特別是地下工程的開挖，開展了深入細(xì)致的研究，取得了創(chuàng)新性研究成果。

從“地上水庫”到“地下水庫”

坐在記者面前的劉曉麗前一天剛出差回來，“跑現(xiàn)場(chǎng)”對(duì)于他來說是家常便飯，但身體上的疲憊從來不會(huì)影響他投入工作的熱情。

位于內(nèi)蒙古省的鄂爾多斯是個(gè)干旱缺水的地區(qū)，據(jù)劉曉麗調(diào)查，在當(dāng)?shù)孛渴褂?立方水需要花去9元，而在北京只需要5元，水資源對(duì)鄂爾多斯來說是極其寶貴的。然而，缺水的鄂爾多斯卻擁有著豐富的煤礦資源，開采業(yè)的繁榮支撐了代代人在這里繁衍生息。

但不容忽視的問題是，在煤礦開采過程中會(huì)破壞煤層及上下巖櫻貯存于其間的地下水系統(tǒng)便會(huì)遭到破壞，水資源不斷滲流到開采空間，輕則影響開采過程，重則發(fā)生重大突水事故，威脅煤礦工人安全。傳統(tǒng)做法是用水泵把地下水從工作面排到地表，自然蒸發(fā)而散。鄂爾多斯所在的西北地區(qū)水蒸發(fā)量是降水量的6倍以上，上述做法無疑是對(duì)寶貴的地下水資源極大的浪費(fèi)，水資源的短缺不但威脅著人的生活，也嚴(yán)重影響了地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

為了保水，傳統(tǒng)的辦法是把開采的厚度大大減少，盡量防止煤層上下層巖石的破壞，這樣便可把水繼續(xù)保存在地下，但這樣做是以大量煤炭資源為代價(jià)。一方面是作為國家重要經(jīng)濟(jì)支柱之一的煤炭資源；一方面是關(guān)系國計(jì)民生的水資源。二者如何協(xié)調(diào)開采成為一大難題。

在水利工程方面經(jīng)驗(yàn)豐富的劉曉麗及其研究團(tuán)隊(duì)見狀后決定逆其道而行之。“大禹治水，疏而導(dǎo)之”，劉曉麗規(guī)劃保持原有的開采厚度，“這樣做水必定會(huì)大量涌進(jìn)采空區(qū)，但如果在地下建立大壩和水庫，就可以把水截住并存留在地下”。想法剛一提出，劉曉麗便遭到了老專家和施工方的強(qiáng)烈反對(duì)，他們大多認(rèn)為，水是煤礦的重大威脅，以前的做法都是“排水治災(zāi)”，現(xiàn)在卻要“儲(chǔ)水致災(zāi)”。

大膽創(chuàng)新，但不是無稽之談。劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)用數(shù)據(jù)一步一步反復(fù)推導(dǎo)，嘗試無數(shù)次實(shí)驗(yàn)，最終將想法變成現(xiàn)實(shí)。建大壩把水截留在地下后，再建數(shù)個(gè)水庫，將他們一一連通，通過水庫間的調(diào)水，保證了煤炭開采的安全。并且“流水不腐”，水會(huì)隨著自身在水庫間的流動(dòng)得到凈化，在水庫中經(jīng)過多次循環(huán)流動(dòng)后的地下水甚至可以直接飲用，既充分開采了煤炭資源又保護(hù)了水資源。這是世界首座示范工程，和神華集團(tuán)合作建成，2014年開始運(yùn)行。目前，還有十多個(gè)煤礦、巖鹽礦等待劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)去實(shí)踐這項(xiàng)技術(shù)和工程。在這項(xiàng)工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行過程中，劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)研究分析了采動(dòng)影響下滲流場(chǎng)演化、水巖耦合巖體破壞機(jī)理、分布式水庫儲(chǔ)水機(jī)理、地下?lián)跛ㄖ€(wěn)定性、物理模型試驗(yàn)研究等關(guān)鍵科學(xué)問題。

美國工程院院士、賓夕法尼亞州立大學(xué)教授Derek Elsworth這樣評(píng)論煤礦地下水庫技術(shù)：“創(chuàng)新地將大量稀缺水資源儲(chǔ)存于煤礦地下水庫的技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了煤炭資源和水資源的協(xié)調(diào)、安全和高效開發(fā)，為煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了很好的范例。”

近8年來，劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)在“廢棄礦山再利用”和“煤礦地下水處置及高效利用”方面一直在不斷創(chuàng)新和突破，上述煤礦地下水庫工程只是其工程研究中的一部分。2010？2011年，他們依托遼寧阜新露天煤礦設(shè)計(jì)了國內(nèi)首座廢棄煤礦抽水蓄能工程；2013？2014年，他們?cè)O(shè)計(jì)并搭建了國內(nèi)外首個(gè)庫水巖耦合大型三維物理模型試驗(yàn)平臺(tái)（長(zhǎng)8米，寬2米，高4米）。自2015年起，他們提出了“煤礦地下水原位凈化及分質(zhì)儲(chǔ)用技術(shù)”，既在煤礦地下水庫建設(shè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)于水質(zhì)差的煤礦地下水，研發(fā)小型模塊化凈水裝備，在地下實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化，并供給生產(chǎn)和生活應(yīng)用。目前這項(xiàng)技術(shù)也正在示范工程實(shí)踐過程中。

從獨(dú)辟蹊徑的設(shè)想到切實(shí)可行的實(shí)踐，劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)用科技創(chuàng)新解決了生活中的大問題。

“上天容易入地難”

20年前，還在讀高中的劉曉麗就對(duì)與力學(xué)、結(jié)構(gòu)有關(guān)的物體有濃厚的興趣，因?yàn)槔蠋煹囊痪湓挩D―“世界上一切東西都和力學(xué)相關(guān)”更堅(jiān)定了他與力學(xué)的緣分。從那以后，劉曉麗對(duì)物理和力學(xué)的癡迷便一發(fā)不可收拾。

1997年，劉曉麗被遼寧工程技術(shù)大學(xué)理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)錄取。“力學(xué)本身偏理論，必須和具體的學(xué)科結(jié)合，時(shí)任中國空間技術(shù)研究院副院長(zhǎng)的馬興瑞（現(xiàn)為廣東省委副書記，省長(zhǎng)）學(xué)長(zhǎng)是我們學(xué)習(xí)的楷模，受他的影響，我立志也要搞航空航天。”

人生就像巧克力，你永遠(yuǎn)不知道下一顆是什么味道。剛剛立志的劉曉麗就突然決定放棄航空，轉(zhuǎn)做地下工程。這次，同樣因?yàn)槔蠋煹囊痪湓挕！吧咸烊菀祝氲仉y”，一位在流體力學(xué)領(lǐng)域非常著名的老教授對(duì)他說。距飛機(jī)誕生那天已經(jīng)過去了100多年，人類早已揭開了外太空的神秘面紗，“再做研究就是在此基礎(chǔ)上修改”，但要想進(jìn)入地下似乎就沒那么簡(jiǎn)單了。地下的地質(zhì)情況異常復(fù)雜，受其固體狀態(tài)的影響更加阻礙了人類的探索。這一切對(duì)于劉曉麗來說卻更具吸引，也更具挑戰(zhàn)。“后來我就對(duì)地下的東西感興趣，和地質(zhì)相關(guān)，做地下工程”。

2001年，劉曉麗考取遼寧工程技術(shù)大學(xué)工程力學(xué)研究生，研究方向就此轉(zhuǎn)向土木和地下工程。“力學(xué)理論性很強(qiáng)，推導(dǎo)公式、研究數(shù)學(xué)，一旦和工程結(jié)合，就落地了，需要把工程做出來。”最典型的例子就是三峽工程。

3年后，劉曉麗又以優(yōu)異成績(jī)考入清華大學(xué)土木水利學(xué)院，師從工程地質(zhì)界德高望重的王思敬院士開始攻讀水利工程博士學(xué)位。求學(xué)過程中，王院士告誡劉曉麗做工程以外還要兼顧一些基礎(chǔ)研究，因?yàn)楣こ桃约夹g(shù)為主，在技術(shù)中碰到的很多問題是無法解釋的，這時(shí)候就需要發(fā)展新的理論。劉曉麗便開始在工程現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室間兩頭跑，雖然辛苦，但收獲頗多。

隨后，在導(dǎo)師的建議下劉曉麗又出國深造，遠(yuǎn)赴瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)（EPFL）從事隧道及地下工程研究。在瑞士，劉曉麗接觸了機(jī)械破巖的相關(guān)研究。他的導(dǎo)師Jian Zhao是TBM（Tunnel Boring Machine）高效破巖領(lǐng)域的國際知名專家。TBM即隧道掘進(jìn)機(jī)是利用機(jī)械刀具開挖巖石進(jìn)行掘進(jìn)，形成整個(gè)隧道斷面的一種新型、先進(jìn)的隧道施工機(jī)械。TBM代替了人力，消除了人工地下施工的危險(xiǎn)，而且集鉆、掘進(jìn)、支護(hù)于一體，使用電子、信息、遙測(cè)、遙控等高新技術(shù)對(duì)全部作業(yè)進(jìn)行制導(dǎo)和監(jiān)控，使掘進(jìn)過程始終處于最佳狀態(tài)，因此得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在很多地鐵及隧道工程都使用TBM來開挖。對(duì)TBM高效破巖方面的學(xué)習(xí)對(duì)劉曉麗的水利工程工作無疑是錦上添花。

1年后，劉曉麗回清華大學(xué)進(jìn)行博士答辯。隨后，他得到了兩個(gè)工作機(jī)會(huì)：中石油勘探開發(fā)研究院和清華大學(xué)水利系。去哪兒？他面臨抉擇。中石油勘探開發(fā)研究院，“既要挖地下工程，還要把油氣資源拿上來，是和我專業(yè)特別相關(guān)”，一直在高校接受理論化知識(shí)的劉曉麗深感自己真正接觸工程的經(jīng)驗(yàn)少之又少。他想腳踏實(shí)地做點(diǎn)實(shí)際的事情，但企業(yè)始終有它的局限性――需要服從領(lǐng)導(dǎo)分配，沒有自。再三考慮，劉曉麗最終選擇研究氛圍好，同樣有機(jī)會(huì)做工程的清華大學(xué)，成為了一名講師。

收獲巖土力學(xué)的科研碩果

4年后，在崗位上兢兢業(yè)業(yè)的劉曉麗升為副教授，博士生導(dǎo)師，他教師從業(yè)的職業(yè)生涯又邁上了一個(gè)臺(tái)階。期間，獲包括國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（第8）等獎(jiǎng)項(xiàng)4項(xiàng)；發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，其中國際期刊論文20余篇，應(yīng)邀出版專著1部。2015年，劉曉麗還得到國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目――“巖土力學(xué)與巖土工程”。在他看來，優(yōu)青項(xiàng)目是一次“對(duì)前期工作的總結(jié)，對(duì)日后工作的展望”。

日前，我國國家戰(zhàn)略提出需建立支撐可持續(xù)發(fā)展的能源資源環(huán)境技術(shù)體系，加強(qiáng)南水北調(diào)、三峽等重大水利工程建設(shè)與安全保障技術(shù)研發(fā)，這些重大工程則需要工程安全控制及評(píng)價(jià)技術(shù)、非常規(guī)水資源利用關(guān)鍵技術(shù)、煤礦地下水庫技術(shù)等的發(fā)展。基于此，劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)提煉出“水巖作用及其多尺度效應(yīng)的研究”這一方向，他認(rèn)為開展這項(xiàng)基礎(chǔ)理論研究十分必要，也十分緊要。

針對(duì)巖石材料的連續(xù)和非連續(xù)狀態(tài)、多尺度特性，現(xiàn)有的理論并不完善，計(jì)算分析誤差也很大，劉曉麗希望圍繞“復(fù)雜條件下多尺度水巖系統(tǒng)模型”和“水巖系統(tǒng)的過程演化與耦合機(jī)制”這兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，提出“水巖作用系統(tǒng)”概念。在此基礎(chǔ)上，他已開展了三個(gè)層面的研究-多尺度水巖耦合系統(tǒng)的過程演化研究、開挖擾動(dòng)條件水巖耦合作用機(jī)制研究和水巖耦合作用巖土介質(zhì)破壞過程研究。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，90%以上的巖體邊坡破壞、60%礦井事故、30%？40%的水利水電工程大壩失事都與水巖耦合作用有關(guān)，即地質(zhì)體系統(tǒng)（應(yīng)力場(chǎng)）與地下流體系統(tǒng)（滲流場(chǎng)）相互聯(lián)系、相互作用。劉曉麗自2001年攻讀碩士學(xué)位以來就開始了水巖耦合機(jī)理及分析方法的研究工作，但由于地下巖土中各種過程的任意性和不確定性，使得水巖耦合問題的研究得復(fù)雜和極具挑戰(zhàn)性。通過物理模型試驗(yàn)、理論分析以及數(shù)值模擬相結(jié)合等途徑，他針對(duì)巖土介質(zhì)的非均質(zhì)和各向異性等特點(diǎn)，圍繞水巖耦合及其多尺度特性開展了深入而細(xì)致的研究，并取得了一系列創(chuàng)新性研究成果。

在多尺度水巖耦合系統(tǒng)的過程演化研究中，他提出“多尺度巖體結(jié)構(gòu)數(shù)字化描述方法”，解決了地質(zhì)體結(jié)構(gòu)多尺度間的內(nèi)在聯(lián)系（即尺度關(guān)聯(lián)）難題，發(fā)表相關(guān)論文被SCI檢索收錄5篇，EI檢索8篇，獲1項(xiàng)軟件著作權(quán)、巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)和水力學(xué)會(huì)大禹獎(jiǎng)，并多次收到學(xué)術(shù)大會(huì)的特邀報(bào)告邀請(qǐng)；他提出的“數(shù)字巖體模型構(gòu)建方法及數(shù)值模擬技術(shù)”，解決了數(shù)據(jù)不完備的地質(zhì)系統(tǒng)與理論嚴(yán)密的精細(xì)力學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算方法之間的相互脫節(jié)問題。其次，他發(fā)展了宏細(xì)觀多尺度數(shù)字巖體模型及其工程特性評(píng)價(jià)方法，基于數(shù)字巖體模型，他首次提出了水巖作用分析的表征單元體概念，并應(yīng)用水巖作用模型，采用水巖表征單元體分析了大壩上抬現(xiàn)象。此外，他建立的多尺度水巖耦合系統(tǒng)的過程演化理論與數(shù)學(xué)模型完善了有效應(yīng)力原理，使物理意義更明晰，耦合機(jī)制更全面。

在開挖擾動(dòng)條件下水巖耦合作用機(jī)制研究中，他根據(jù)圍巖漸進(jìn)破壞過程與滲透空間結(jié)構(gòu)變異的關(guān)系建立了大型水巖耦合試驗(yàn)平臺(tái)。美國賓夕法尼亞州立立大學(xué)教授、美國工程院院士Derek Elsworth訪問清華期間參觀了這個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)，交流中他說：“這簡(jiǎn)直是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)，新平臺(tái)、新材料、新工藝、新開挖方式，我期待它表現(xiàn)卓越”。另外，劉曉麗還發(fā)現(xiàn)了裂隙巖體多流態(tài)地下水滲流變化特征，圍繞此研究發(fā)表的論文被SCI檢索收錄6篇，EI檢索5篇，申請(qǐng)專利4項(xiàng)，軟件著作權(quán)1項(xiàng)，并獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；不僅如此，他還揭示了水巖作用系統(tǒng)中裂隙自愈合的作用機(jī)制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明水巖系統(tǒng)具有自愈合能力，這一點(diǎn)對(duì)于理解開挖擾動(dòng)引起的損傷發(fā)展具有重要意義。

在水巖耦合作用下巖土介質(zhì)破壞過程研究中，他提出了水力驅(qū)動(dòng)裂紋萌生和擴(kuò)展的模式，獲中國地質(zhì)學(xué)會(huì)工程地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)谷德振青年科技獎(jiǎng)；此外，他建立了水力劈裂過程的連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值模型，提出的MCZM（Multiscal Conhesive Zone Model）和IPFEM（Immersed Particle FEM）方法有效地解決了強(qiáng)滲壓作用下強(qiáng)固結(jié)和弱固結(jié)介質(zhì)水力破壞過程難以表征的難題。

目前，劉曉麗的研究成果已在多個(gè)重大水利工程中得到應(yīng)用，為水庫蓄水過程大壩工程及庫區(qū)邊坡穩(wěn)定性分析提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

未來，他計(jì)劃圍繞“動(dòng)靜組合載荷下水巖系統(tǒng)超孔隙水壓力響應(yīng)及致裂機(jī)制”和“水力多尺度裂紋擴(kuò)展和多流態(tài)滲流評(píng)價(jià)與控制原理”這兩個(gè)巖土力學(xué)與巖土工程中的關(guān)鍵科學(xué)問題開展研究。

劉曉麗的研究涉及到水利水電工程建設(shè)、資源和能源的開采與開發(fā)、核廢料地質(zhì)處置的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面，一直以來也都是國際巖石力學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在傳統(tǒng)水巖耦合問題研究中，通常考慮靜力作用或擬靜力作用下應(yīng)力與滲流的相互作用，但在實(shí)際工程中，靜力載荷（巖石賦存環(huán)境，如地應(yīng)力等）和動(dòng)力載荷（外部擾動(dòng)載荷，如地震或爆破等）是共存的，只有研究動(dòng)靜組合載荷作用下水巖耦合作用機(jī)制才能真實(shí)反映實(shí)際工程中水巖耦合系統(tǒng)的工程行為。但是，相關(guān)研究工作還很匱乏。

劉曉麗希望，從動(dòng)靜組合載荷下水巖系統(tǒng)超孔隙水壓力響應(yīng)、超孔隙水壓力致裂機(jī)制研究、動(dòng)靜組合載荷下水力致裂控制理論3個(gè)方面開展動(dòng)靜組合載荷作用下水巖系統(tǒng)超孔隙水壓力響應(yīng)及致裂機(jī)制研究。他致力于揭示動(dòng)靜組合載荷下巖體超孔隙水壓力的產(chǎn)生機(jī)制，建立動(dòng)靜組合載荷下滲流流態(tài)識(shí)別和水力致裂分析方法，形成一套動(dòng)靜組合載荷下工程水巖耦合穩(wěn)定性分析測(cè)試手段和安全控制技術(shù)，拓展和豐富水巖作用過程演化的理論和內(nèi)容。這無疑對(duì)于豐富水巖多物理場(chǎng)理論、研發(fā)新型水巖系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)和設(shè)備、評(píng)價(jià)水巖系統(tǒng)相關(guān)的巖石或巖土工程穩(wěn)定性產(chǎn)生重要科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

尋求科研的世致用

采訪過程中，不斷有人敲響劉曉麗辦公室的門，他的確很忙。采訪之際，正值臺(tái)灣成功大學(xué)來京與清華大學(xué)開展學(xué)術(shù)交流，劉曉麗十分看重類似的交流機(jī)會(huì)，“只有通過學(xué)術(shù)交流才能知道別人在做什么，與別人的差距”。

交流總能碰撞出新的火花。在一次莫納什大學(xué)教授來華交流會(huì)上，與會(huì)的20位專家被分為4組進(jìn)行小組討論，討論的問題是“巖石力學(xué)未來研究方向”，劉曉麗也在其中。會(huì)議結(jié)束時(shí)，大家達(dá)成了共識(shí)――深部地下工程、地?zé)帷⒑藦U料處置3個(gè)問題將是巖石力學(xué)未來研究的主流問題，也是日后共同合作的方向。這個(gè)經(jīng)歷只是劉曉麗眾多交流中的一次，他熱衷于與同行們分享交流，已和澳大利亞莫納什大學(xué)、西澳大學(xué)、香港理工大學(xué)、美國賓夕法尼亞大學(xué)等高校建立了長(zhǎng)期合作關(guān)系。

身為老師，劉曉麗常常鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，“奇思妙想，不是天方夜譚”。他從不會(huì)給學(xué)生規(guī)定題目，而是讓他們自己想，他所做的就是評(píng)估方案的可行性和盡可能地為他們提供平臺(tái)和經(jīng)費(fèi)。

如今建樹頗多的劉曉麗在工作中游刃有余，殊不知，在剛?cè)胄械臅r(shí)候他也曾打過退堂鼓。地下的很多東西對(duì)于人類來說都是未知的，即使能探測(cè)但也受深度和精度的限制，“千里之提，潰于蟻穴”，即使是個(gè)很小的螞蟻洞，如果探測(cè)不到，就很有可能對(duì)工程造成巨大影響。他說：“很多東西提前很難知道，很隨機(jī)，這次成功不能保證下一次也成功，可能這次恰巧沒有不良地質(zhì)體，可能下次就會(huì)遇到”，這或許是每個(gè)剛?cè)胄腥说臒o奈。