论文部分内容阅读
[摘 要]随着人们生产和发展的需要，我国岩土工程也得到了大力的发展，然而岩土工程设计作为岩土工程的重要组成部分，是当前我们所关注的问题。为了适应岩土工程的快速发展，我们提出概念设计，从思想上认识概念设计的必要性，进一步综合考虑岩土工程的复杂性、多样性。本文作者从岩土工程概念的形成与发展入手，分析岩土工程概念设计的必要性。
[关键词]岩土工程；概念设计；必要性
中图分类号：E951 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0380-01
引言
一项设计的优劣成败，设计思想最为重要，概念设计就是一种设计思想。岩土工程设计受诸多不确定因素的影响，单纯的计算一般是不可靠的。因此，虽然岩土力学理论取得了长足进展，计算方法和设计软件不断创新，但概念设计仍不可忽视。概念是一种思维方式，将认识过程中感受到事物的共同特征抽象出来，加以概括，就是概念。
1 岩土工程概念的形成与发展
概念是反映对象的本质属性的思维形式。科学认识的成果，都是通过各种概念来加以总结和概括的。概念不是永恒不变的，而是随着社会历史和人类认识的發展而变化的。岩土工程概念，是随着人们对岩土体性状的认识，以及工程地质学、水文学、岩土力学、支护形式与支护作用原理，工程设计理论与方法等新成就逐步形成与发展的。由于法规总是滞后于科学新成就，因而新旧概念，往往是长期交错、并存使用的。
2 概念设计
（一）概念设计的必要性
对岩土工程的概念设计，目前尚无统一的认识。狭义的概念设计可理解为框架设计；广义的概念设计，是指设计思想，设计主导理念。
一项设计的优劣成败，设计思想最为重要。岩土工程设计受诸多不确定因素的影响，单纯的计算一般是不可靠的。所以概念反映的不是事物的表面，不是事物的片面，而是事物的本质。
概念设计要从总体上，从本质上把握，对症下药，而不是单纯某一经验的应用，不是单纯的截面设计，承载力计算，变形计算之类，更不是简单的直观判断。概念设计时；必须对原理有深刻的理解，有丰富经验的总结，有灵活动作的能力，从主导理念上总揽全局，牢牢掌握影响工程成败的关键，关于实施效果有基本准确的估计，不犯概念性错误。概念创新设计则一定有总体上、本质上的创新。
（二）安全和功能要求
岩土工程设计必须保证工程在使用期间的安全和满足预定功能要求，一般包括下列方面：
（1）.在正常施工和正常使用条件下，能承受可能出现的各种作用。包括传至基础底面的结构荷载，边坡、基坑、地下工程的岩土压力，地下水的静水压力和动力压力，必要时还要考虑地震作用，风荷载、波浪作用等等。必须保证在各种作用发生时，工程具有足够的安全度。
（2）.在正常使用条件下具有良好的工作性能。例如：对于建筑物地基，变形（沉降、差异沉降、倾斜、局部倾斜）不得超过限值；对于基坑，变形不得危及邻近建筑物及市政设施的安全；对于基坑地下水的控制，应保证坑内适宜正常施工作业，确保相邻工程和周边环境不被破坏等等。
（3）.在正常维护条件下具有足够的耐久性。例如：对于长期缓慢沉降的地基，应考虑工程在整个使用年限内均能满足变形限制的要求；对于地下室的防水抗浮设计，应按使用期间可能出现的最高水位设计；对于垃圾填埋场，其防渗衬层的材料和结构，应保证使用年限内有效，不致老化、开裂、渗漏；对于基坑，如需渡过雨季、冬季，应保证雨季、冬季的安全；对于邻近有重要工程的永久性边坡，设计使用年限不应低于受影响的相邻工程的使用年限等等。
（4）.在偶然事件发生时或发生后，仍能保证必需的整体稳定性。例如：某些高边坡、围堰、垃圾填埋场等，在发生罕遇地震时，可能发生破坏，但不致因整体失稳而造成十分严重的后果（人的生命，重大经济损失和社会影响）。
（5）.在正常施工、使用和维护条件下，对环境的影响不超过限值；例如：施工噪音，强夯振动，挤土效应等对环境和邻近工程的影响；降低地下水位造成区域降落漏斗的影响；在已有建筑物侧旁开挖，使既有建筑物产生附加变形，甚至威胁其安全；垃圾填埋场污染物泄漏和运移造成环境污染等等。
（三）设计条件的概化
概化是将复杂的具体事物，通过科学方法，取其本质，形成模型。模型不是实物，是实物的典型化，是分析和设计的基础。以地基设计为例，传至基础底面的压力不应大于地基的承载能力（包括强度和变形限值）。如果荷载和地基性能指标都是确定性的，岩土是均匀的，问题就很简单。但实际工程往往很复杂，首先是荷载，有永久荷载、可变荷载和偶然荷载，各种不同的荷载组合—基本组合、标准组合、准永久组合等，设计时选取其中最合理的组合，就是对荷载的概化。其次是地基，严格地说，地基都是不均匀的，岩土性质具有时空变异性，需用数理统计方法求出它们的代表值，将地基条件概化为地质模型。再次是如何考虑安全度，有容许应力法和极限状态法，有定值
法和概率法，有安全系数和分项系数表达。此外，必要时为了便于分析，又需要对基础和上部结构的刚度进行概化处理。将复杂的客观地质条件准确地概化为便于分析的地质模型，是岩土工程概念设计的重要步骤。最简单的地质模型，是一张带有各层岩土特性指标和地下水位的综合柱状图或综合地质剖面图。如果条件差别较大，则应充分建立地质模型。岩体内存在极为复杂多变的破裂面，想要具体描述这些破裂面的分析和性状是不可能的。于是有了结构面的产状和分类，结构体的分类，岩体完整性的分类，岩体基本质量的分级，各种围岩分级等等，都是某种概化的地质模型。
正确的概化应注意两方面：一是系统地占有原始数据，原始数据越丰富、越准确、越有代表性，概化效果越好，但付出的成本也越高。二是概化方法的科学性和实用性，要抓住事物的本质特性，针对影响工程安全和使用功能最关键的因素。
（四）设计原理的科学性
设计原理、计算方法、控制数据，是岩土工程设计的三大要素。其中，设计原理最为重要，也是概念设计的核心，必须牢牢掌握。掌握设计原理就是掌握科学概念。概念不是直观的感性认识，不是分散的具体经验，而是对事物属性的理性认识，是从分散的具体经验中抽象出来的科学真理。我们学习科学知识，最重要的就是学会掌握这些概念。解决工程问题时，概念不清，往往只见现象，不见本质，凭直观的局部经验处理问题。概念错了，可能犯原则性的错误。概念清楚的人，能透过现象，看到本质，举一反三，能自觉地运用理论和经验。对于岩土工程设计，力学原理、地质演化的科学规律，岩土性质的基本概念，地下水的渗流和运动规律，岩土与结构的共同作用等等，都是我们常用的科学原理，设计时必须牢记。
3 结语
通过本文的分析研究，我们对岩土工程概念设计有了更深层次的认识和了解，明确在设计过程中概念的重要性，利用概念设计的相关理论，以指导工程实践。所以，我们要树立概念设计目标，走概念设计综合技术路线，促进岩土工程向着更科学、更全面、更实际的方向发展。
参考文献
[1] 梁炯望：如何对待新奥法.隧道及地下工程，1985（2）.
[2] 中国金属学会召开喷锚支护学术会议.治金建筑，1982（2）.
[3] 梁炯攀：黄鼎成，邢念信，林选青.工程地质体控制论.岩石力学与工程，1992，2（2）.
[4] 课题负责人：梁炯鉴。地下工程系统的地质工程研究.国家自然科学基金项目总结，1991（3）.
[关键词]岩土工程；概念设计；必要性
中图分类号：E951 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0380-01
引言
一项设计的优劣成败，设计思想最为重要，概念设计就是一种设计思想。岩土工程设计受诸多不确定因素的影响，单纯的计算一般是不可靠的。因此，虽然岩土力学理论取得了长足进展，计算方法和设计软件不断创新，但概念设计仍不可忽视。概念是一种思维方式，将认识过程中感受到事物的共同特征抽象出来，加以概括，就是概念。
1 岩土工程概念的形成与发展
概念是反映对象的本质属性的思维形式。科学认识的成果，都是通过各种概念来加以总结和概括的。概念不是永恒不变的，而是随着社会历史和人类认识的發展而变化的。岩土工程概念，是随着人们对岩土体性状的认识，以及工程地质学、水文学、岩土力学、支护形式与支护作用原理，工程设计理论与方法等新成就逐步形成与发展的。由于法规总是滞后于科学新成就，因而新旧概念，往往是长期交错、并存使用的。
2 概念设计
（一）概念设计的必要性
对岩土工程的概念设计，目前尚无统一的认识。狭义的概念设计可理解为框架设计；广义的概念设计，是指设计思想，设计主导理念。
一项设计的优劣成败，设计思想最为重要。岩土工程设计受诸多不确定因素的影响，单纯的计算一般是不可靠的。所以概念反映的不是事物的表面，不是事物的片面，而是事物的本质。
概念设计要从总体上，从本质上把握，对症下药，而不是单纯某一经验的应用，不是单纯的截面设计，承载力计算，变形计算之类，更不是简单的直观判断。概念设计时；必须对原理有深刻的理解，有丰富经验的总结，有灵活动作的能力，从主导理念上总揽全局，牢牢掌握影响工程成败的关键，关于实施效果有基本准确的估计，不犯概念性错误。概念创新设计则一定有总体上、本质上的创新。
（二）安全和功能要求
岩土工程设计必须保证工程在使用期间的安全和满足预定功能要求，一般包括下列方面：
（1）.在正常施工和正常使用条件下，能承受可能出现的各种作用。包括传至基础底面的结构荷载，边坡、基坑、地下工程的岩土压力，地下水的静水压力和动力压力，必要时还要考虑地震作用，风荷载、波浪作用等等。必须保证在各种作用发生时，工程具有足够的安全度。
（2）.在正常使用条件下具有良好的工作性能。例如：对于建筑物地基，变形（沉降、差异沉降、倾斜、局部倾斜）不得超过限值；对于基坑，变形不得危及邻近建筑物及市政设施的安全；对于基坑地下水的控制，应保证坑内适宜正常施工作业，确保相邻工程和周边环境不被破坏等等。
（3）.在正常维护条件下具有足够的耐久性。例如：对于长期缓慢沉降的地基，应考虑工程在整个使用年限内均能满足变形限制的要求；对于地下室的防水抗浮设计，应按使用期间可能出现的最高水位设计；对于垃圾填埋场，其防渗衬层的材料和结构，应保证使用年限内有效，不致老化、开裂、渗漏；对于基坑，如需渡过雨季、冬季，应保证雨季、冬季的安全；对于邻近有重要工程的永久性边坡，设计使用年限不应低于受影响的相邻工程的使用年限等等。
（4）.在偶然事件发生时或发生后，仍能保证必需的整体稳定性。例如：某些高边坡、围堰、垃圾填埋场等，在发生罕遇地震时，可能发生破坏，但不致因整体失稳而造成十分严重的后果（人的生命，重大经济损失和社会影响）。
（5）.在正常施工、使用和维护条件下，对环境的影响不超过限值；例如：施工噪音，强夯振动，挤土效应等对环境和邻近工程的影响；降低地下水位造成区域降落漏斗的影响；在已有建筑物侧旁开挖，使既有建筑物产生附加变形，甚至威胁其安全；垃圾填埋场污染物泄漏和运移造成环境污染等等。
（三）设计条件的概化
概化是将复杂的具体事物，通过科学方法，取其本质，形成模型。模型不是实物，是实物的典型化，是分析和设计的基础。以地基设计为例，传至基础底面的压力不应大于地基的承载能力（包括强度和变形限值）。如果荷载和地基性能指标都是确定性的，岩土是均匀的，问题就很简单。但实际工程往往很复杂，首先是荷载，有永久荷载、可变荷载和偶然荷载，各种不同的荷载组合—基本组合、标准组合、准永久组合等，设计时选取其中最合理的组合，就是对荷载的概化。其次是地基，严格地说，地基都是不均匀的，岩土性质具有时空变异性，需用数理统计方法求出它们的代表值，将地基条件概化为地质模型。再次是如何考虑安全度，有容许应力法和极限状态法，有定值
法和概率法，有安全系数和分项系数表达。此外，必要时为了便于分析，又需要对基础和上部结构的刚度进行概化处理。将复杂的客观地质条件准确地概化为便于分析的地质模型，是岩土工程概念设计的重要步骤。最简单的地质模型，是一张带有各层岩土特性指标和地下水位的综合柱状图或综合地质剖面图。如果条件差别较大，则应充分建立地质模型。岩体内存在极为复杂多变的破裂面，想要具体描述这些破裂面的分析和性状是不可能的。于是有了结构面的产状和分类，结构体的分类，岩体完整性的分类，岩体基本质量的分级，各种围岩分级等等，都是某种概化的地质模型。
正确的概化应注意两方面：一是系统地占有原始数据，原始数据越丰富、越准确、越有代表性，概化效果越好，但付出的成本也越高。二是概化方法的科学性和实用性，要抓住事物的本质特性，针对影响工程安全和使用功能最关键的因素。
（四）设计原理的科学性
设计原理、计算方法、控制数据，是岩土工程设计的三大要素。其中，设计原理最为重要，也是概念设计的核心，必须牢牢掌握。掌握设计原理就是掌握科学概念。概念不是直观的感性认识，不是分散的具体经验，而是对事物属性的理性认识，是从分散的具体经验中抽象出来的科学真理。我们学习科学知识，最重要的就是学会掌握这些概念。解决工程问题时，概念不清，往往只见现象，不见本质，凭直观的局部经验处理问题。概念错了，可能犯原则性的错误。概念清楚的人，能透过现象，看到本质，举一反三，能自觉地运用理论和经验。对于岩土工程设计，力学原理、地质演化的科学规律，岩土性质的基本概念，地下水的渗流和运动规律，岩土与结构的共同作用等等，都是我们常用的科学原理，设计时必须牢记。
3 结语
通过本文的分析研究，我们对岩土工程概念设计有了更深层次的认识和了解，明确在设计过程中概念的重要性，利用概念设计的相关理论，以指导工程实践。所以，我们要树立概念设计目标，走概念设计综合技术路线，促进岩土工程向着更科学、更全面、更实际的方向发展。
参考文献
[1] 梁炯望：如何对待新奥法.隧道及地下工程，1985（2）.
[2] 中国金属学会召开喷锚支护学术会议.治金建筑，1982（2）.
[3] 梁炯攀：黄鼎成，邢念信，林选青.工程地质体控制论.岩石力学与工程，1992，2（2）.
[4] 课题负责人：梁炯鉴。地下工程系统的地质工程研究.国家自然科学基金项目总结，1991（3）.