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[摘要]岩土工程是各项工程建设中的重要组成部分，由于其中包含了太多的不确定性，在工程安全、可持续发展等方面存在许多重大的科技问题。所以要充分利用新理论、新技术、新方法，诸如计算机技术、"新奥法"、时间序列分析、聚类分析等。文章介绍了岩土工程的一些新领域及方法。
[关键词]岩土工程 计算机技术 数据分析
[中图分类号] P58 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-315-1
1总述
为了实现城市现代化与生态环境的和谐发展，特别是考虑到人口密度的不断增加和交通运输的需求，人们越来越多的对高空和地下空间进行开发和利用，岩土工程如边坡工程、地铁和隧道工程也得到了迅速发展，不但修建了大量的地铁、隧道等地下交通设施，同时在工程建设中也出现越来越多的深基坑工程。
岩土工程是涉及自然、经济、社会的复杂系统问题，所以要充分利用新理论、新技术、新方法，并结合实际情况与相关学科相互结合。由于地质环境的复杂性和多边形，岩土工程的设计和决策不能完全依赖理论分析和数值计算，更多地是依靠专家经验和工程类比。人工智能专家系统可以把专家经验、工程经验、理论分析、数值模拟、实验模拟、现场监测综合到一起，所以把人工智能专家系统应用于岩土工程是一种行之有效的办法，利用计算机、通信、数据系统及分析、自动控制等信息汇集处理技术对岩土工程技术进行改造和提高，使其更加科学、合理。
2智能岩土工程和岩土材料
智能岩土工程学是一门新兴的边缘学科，以传统岩土工程理论为基础，利用信息计算机技术和人工智能技术进行综合交叉研究，通过计算机的推理、优化和综合集成等功能实现岩土工程中发现、分析、解决问题过程的智能模拟。
岩土材料具有非线性、非连续、非均质和多相性等特点。由于其赋存的特殊性，天热岩体被各种地质结构（如节理、断层等）切割成半连续的状态，通常是一个从松散体到若免提再到连续体的序列，其所涉及的问题更是一个多场（温度场、渗流场、应力场等）、多相（固相、液相、气相）的复杂耦合问题，再加上施工和复杂的外部环境影响，更难以得到准确地力学参数和本构模型。
长期以来，隧道威严稳定性评价和隧道开挖后应力的重分布特征研究一直是工程地质学者们研究的重要课题，随着高速公路隧道的发展，迫切需要建立更加完善的围岩稳定性评价体系和分析系统。由于围岩构成的复杂而且受到的影响因素众多，对于地质构造发育的山区公路隧道而言，区域地质条件、地质构造则是与其围岩稳定性所在有着直接关系的重要工程地址问题，故而很难建立精确地本构模型，来分析围岩或者围岩村砌结构体的稳定性。所以，在复杂地质条件下对地下工程的围岩稳定性问题的研究，是一项非常紧迫、重要，并带有学科前沿性质的重要课题。
3引入新的方法论和认识论
随着岩体力学、地下工程、结构工程等学科的快速发展，国内外学者在荷载岩体力学、工程岩体破坏机制、深埋岩体热—力—水的相互作用、非线性科学及其他软科学理论方面取得了很大的成绩，然而隧道围岩破坏是一个复杂的非平衡、非线性演化过程，由于演示材料的非均匀性，在理论上很难对其构成特征作准确的描述，目前共夺得工作还停留在应力状态和破坏判据的研究上，对于隧道围岩破坏过程的理论研究工作并不多见，国内外虽然做过大量岩石（体）破裂的相关实验，但对隧道围岩破坏的相关机理仍然缺乏深入的认识，许多问题需要进一步深入研究。可见，对地下空间稳定性和可靠性进行研究是非常必要的。
目前，岩石力学界对“新奥法”的理论意义和实用价值存在着两种不同的认识。一种是肯定，即强调隧道工程的实际可能和需要；另一种倾向于否定，坚持力学概念的清晰性和数学求解的严密性，认为“新奥法”没有明确的理论支持。
在十余年的实践中，根据围岩变形量测的可靠资料进行的位移反分析的隧道工程所占的比例仍然很小，使得这一技术的应用受到了极大的挑战。数值分析专家们主张在岩石力学数值分析方面需要发展，但是绝不能力考力学原理与方法；而隧道工程师则认为数值计算的理论假设与实际岩体相去甚远，对围岩稳定性影响很大的施工在计算中难以反映，若进行大量原位测试以去的计算所需参数条件则难以满足计算误差的范围、可信度没有把握。研究者们希望能够研制出真正适合隧道工程具体条件的、能普及应用的、误差具有明确范围的围岩稳定分析的方法和程序。多年以来，单纯强调实验和定量表述的常规岩石力学分析方法在隧道工程中没有得到普及应用，我们应该从科学方法论的高度来审视这个问题。
由确定性转向非确定性。现在，岩土力学正从确定性研究转向非确定性方法研究。兴起于20世纪90年代的开挖系统控制论主张“岩土工程不是人为现象工程（虽然它也人工开挖的），而是屬于自然现象工程，它主要受到地质环境的控制，工程与地质是一个不可分割的系统”。地下工程是一个高度复杂的系统工程，岩土体的“记忆”性和施工过程是对这一复杂系统的控制过程，是这一新兴理论的主要观点。它是建立在系统论、信息论、控制论基础上的新的思维方式，使我们的研究有了更大、更广阔的空间。
很多研究者们都提出了“地下工程问题是一个非确定性的问题”，从认识论的角度揭示了以往诸多预测围岩稳定性的方法难于获得普及与理论上的突破的原因，即我们对这一问题的认识与方法的局限性的问题。对此，值得我们认真思考，以尽可能使我们有一个明确的方向和正确的方法。
4时间序列分析和聚类分析
实际中我们很难去刻画一个复杂动力系统的特征，通常是通过分析和假设，建立一个数学模型来研究其演化规律。在我们对该系统的兴致缺乏了解的情况下很难去建立这样一个模型。一种有效的方法是对该系统差生的时间序列进行分析，因为它反映了这个系统的状态。
对时间序列进行分析方法就是数据挖掘，也就是从大量不完全的、有噪声的、随机的数据中，提出潜在的包含系统特征的有用信息和知识的过程。这些信息和知识可以反馈到应用领域，指导相应的工作。
聚类是数据挖掘中的一种重要技术，能够有效地通过分析数据发现有用的信息。聚类将数据分组成若干个类或族，使得同族的对象具有高度的相似度，而不同族的对象差别很大，由此，我们可以识别密集和稀疏的区域，从而发现全局的分布模式以及数据间的相互关系。时间序列的数据挖掘已成为该领域的热点问题，再利用时间序列建立模型并进行预测等方面，已有相当成熟的研究。
参考文献
[1]杨敏，任红林.智能岩土工程特点初探[J].同济大学学报（自然科学版），2000（12）：80-83.
[2]李华.谈新奥法在岩土工程中的应用[J].山西建筑，2013（4）：11-13.
[关键词]岩土工程 计算机技术 数据分析
[中图分类号] P58 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-315-1
1总述
为了实现城市现代化与生态环境的和谐发展，特别是考虑到人口密度的不断增加和交通运输的需求，人们越来越多的对高空和地下空间进行开发和利用，岩土工程如边坡工程、地铁和隧道工程也得到了迅速发展，不但修建了大量的地铁、隧道等地下交通设施，同时在工程建设中也出现越来越多的深基坑工程。
岩土工程是涉及自然、经济、社会的复杂系统问题，所以要充分利用新理论、新技术、新方法，并结合实际情况与相关学科相互结合。由于地质环境的复杂性和多边形，岩土工程的设计和决策不能完全依赖理论分析和数值计算，更多地是依靠专家经验和工程类比。人工智能专家系统可以把专家经验、工程经验、理论分析、数值模拟、实验模拟、现场监测综合到一起，所以把人工智能专家系统应用于岩土工程是一种行之有效的办法，利用计算机、通信、数据系统及分析、自动控制等信息汇集处理技术对岩土工程技术进行改造和提高，使其更加科学、合理。
2智能岩土工程和岩土材料
智能岩土工程学是一门新兴的边缘学科，以传统岩土工程理论为基础，利用信息计算机技术和人工智能技术进行综合交叉研究，通过计算机的推理、优化和综合集成等功能实现岩土工程中发现、分析、解决问题过程的智能模拟。
岩土材料具有非线性、非连续、非均质和多相性等特点。由于其赋存的特殊性，天热岩体被各种地质结构（如节理、断层等）切割成半连续的状态，通常是一个从松散体到若免提再到连续体的序列，其所涉及的问题更是一个多场（温度场、渗流场、应力场等）、多相（固相、液相、气相）的复杂耦合问题，再加上施工和复杂的外部环境影响，更难以得到准确地力学参数和本构模型。
长期以来，隧道威严稳定性评价和隧道开挖后应力的重分布特征研究一直是工程地质学者们研究的重要课题，随着高速公路隧道的发展，迫切需要建立更加完善的围岩稳定性评价体系和分析系统。由于围岩构成的复杂而且受到的影响因素众多，对于地质构造发育的山区公路隧道而言，区域地质条件、地质构造则是与其围岩稳定性所在有着直接关系的重要工程地址问题，故而很难建立精确地本构模型，来分析围岩或者围岩村砌结构体的稳定性。所以，在复杂地质条件下对地下工程的围岩稳定性问题的研究，是一项非常紧迫、重要，并带有学科前沿性质的重要课题。
3引入新的方法论和认识论
随着岩体力学、地下工程、结构工程等学科的快速发展，国内外学者在荷载岩体力学、工程岩体破坏机制、深埋岩体热—力—水的相互作用、非线性科学及其他软科学理论方面取得了很大的成绩，然而隧道围岩破坏是一个复杂的非平衡、非线性演化过程，由于演示材料的非均匀性，在理论上很难对其构成特征作准确的描述，目前共夺得工作还停留在应力状态和破坏判据的研究上，对于隧道围岩破坏过程的理论研究工作并不多见，国内外虽然做过大量岩石（体）破裂的相关实验，但对隧道围岩破坏的相关机理仍然缺乏深入的认识，许多问题需要进一步深入研究。可见，对地下空间稳定性和可靠性进行研究是非常必要的。
目前，岩石力学界对“新奥法”的理论意义和实用价值存在着两种不同的认识。一种是肯定，即强调隧道工程的实际可能和需要；另一种倾向于否定，坚持力学概念的清晰性和数学求解的严密性，认为“新奥法”没有明确的理论支持。
在十余年的实践中，根据围岩变形量测的可靠资料进行的位移反分析的隧道工程所占的比例仍然很小，使得这一技术的应用受到了极大的挑战。数值分析专家们主张在岩石力学数值分析方面需要发展，但是绝不能力考力学原理与方法；而隧道工程师则认为数值计算的理论假设与实际岩体相去甚远，对围岩稳定性影响很大的施工在计算中难以反映，若进行大量原位测试以去的计算所需参数条件则难以满足计算误差的范围、可信度没有把握。研究者们希望能够研制出真正适合隧道工程具体条件的、能普及应用的、误差具有明确范围的围岩稳定分析的方法和程序。多年以来，单纯强调实验和定量表述的常规岩石力学分析方法在隧道工程中没有得到普及应用，我们应该从科学方法论的高度来审视这个问题。
由确定性转向非确定性。现在，岩土力学正从确定性研究转向非确定性方法研究。兴起于20世纪90年代的开挖系统控制论主张“岩土工程不是人为现象工程（虽然它也人工开挖的），而是屬于自然现象工程，它主要受到地质环境的控制，工程与地质是一个不可分割的系统”。地下工程是一个高度复杂的系统工程，岩土体的“记忆”性和施工过程是对这一复杂系统的控制过程，是这一新兴理论的主要观点。它是建立在系统论、信息论、控制论基础上的新的思维方式，使我们的研究有了更大、更广阔的空间。
很多研究者们都提出了“地下工程问题是一个非确定性的问题”，从认识论的角度揭示了以往诸多预测围岩稳定性的方法难于获得普及与理论上的突破的原因，即我们对这一问题的认识与方法的局限性的问题。对此，值得我们认真思考，以尽可能使我们有一个明确的方向和正确的方法。
4时间序列分析和聚类分析
实际中我们很难去刻画一个复杂动力系统的特征，通常是通过分析和假设，建立一个数学模型来研究其演化规律。在我们对该系统的兴致缺乏了解的情况下很难去建立这样一个模型。一种有效的方法是对该系统差生的时间序列进行分析，因为它反映了这个系统的状态。
对时间序列进行分析方法就是数据挖掘，也就是从大量不完全的、有噪声的、随机的数据中，提出潜在的包含系统特征的有用信息和知识的过程。这些信息和知识可以反馈到应用领域，指导相应的工作。
聚类是数据挖掘中的一种重要技术，能够有效地通过分析数据发现有用的信息。聚类将数据分组成若干个类或族，使得同族的对象具有高度的相似度，而不同族的对象差别很大，由此，我们可以识别密集和稀疏的区域，从而发现全局的分布模式以及数据间的相互关系。时间序列的数据挖掘已成为该领域的热点问题，再利用时间序列建立模型并进行预测等方面，已有相当成熟的研究。
参考文献
[1]杨敏，任红林.智能岩土工程特点初探[J].同济大学学报（自然科学版），2000（12）：80-83.
[2]李华.谈新奥法在岩土工程中的应用[J].山西建筑，2013（4）：11-13.