突围范式Paradigm，走岩土力学与工程强国之路

岳中琦

前天，在湖北省宜昌市召开的《第八届全国地面岩石工程学术会议》上，做了一场特邀报告（图1）。报告题目为“经典土力学和岩石力学理论的适用范围和扩大化使用与后果”。在这次报告中，论述了一条能让我们如何突围范式，走入岩土力学世界强国的道路。

多年来，钱七虎院士常常告诫我们，中国在岩土力学与工程上已经是世界大国。但是，我们还不是世界强国！因此，如何做才能使得我们尽快成为岩土力学与工程世界强国，就成了我时常思考的问题了。

何谓岩土力学与工程世界强国呢？

岩土力学与工程最为主要的内涵是它们的基础理论。多年来，在学习、研究和应用岩土力学理论时，我们常常提到的经典是胡克（1635-1703）定律、牛顿（1642-1727）定律、摩尔（1835-1918）-库仑（1736-1806）岩土破坏准则、达西（1803-1858）定律、朗肯（1820-1872）土压力理论、布辛奈斯克（1842-1929）解、太沙基（1883-1963）固结理论和有效应力原理、比奥（1905-1985）固结理论、等等。因此，岩土力学与工程世界强国应该体现在一个个国产的具体、实在和有用的基础理论、定律和原理之中。

由于我们科学研究起步晚，而且一直向、跟他人学习，因此，经典土力学和岩石力学理论中鲜有中国人的名字。这也就造成我们自觉或不自觉地进入他人建立的范式、在其中思考和研究任何岩土力学问题了。在这条道路上行走、在已有范式或框架内思考，我们只能证明、验证和体会他人的理论正确或有效性。我们将无法突围，建立自己的基础理论、定律和原理，无法走入岩土力学与工程的强国之路。

那么，我们如何做、如何思考，才能够突围经典范式、走入岩土力学与工程的强国之道路呢？

一个最为人们熟悉的例子就是，爱因斯坦的相对论。牛顿，在1687年，建立了牛顿经典力学理论。之后，这个经典物理力学理论一直强盛。直到1900年代初期，爱因斯坦质疑和规划了，牛顿经典力学理论的适用性范围。即，物质速度远比光速低。进而，他提出和建立了适用于光速的相对论。从而，改变了人们对物理力学理论和体系的认识，突围了原有的思维范式，颠覆了牛顿的绝对时空观，进入了一个新的物理科学强盛时代。

因此，在学习、研究和应用岩土力学时，我们也要深入思考经典岩土力学理论的基本假设，质疑和规划它们的适用范围。从而，可以突围经典岩土力学理论范式，进入和建立适用性更加宽广的理论、定律和原理。

在报告中，我提出、论证了，经典土力学理论的最基本假设是土体完全受压剪。即

                                               （1）

其中， 分别是土体内任何一点的三个正交主应力面上的主正应力（或有效主正应力）。

因此，经典土力学理论应该仅适用于完全压剪应力工况，是压剪土力学理论。但是，在研究和应用经典土力学理论时，人们忽略了这个最基本假设和适用范围。将这个压剪土力学理论广泛地应用到了所用的土体应力状态或工况。最为重要的是，这个扩大化使用是“颠覆性错误”，导致了现在岩土工程事故和灾难不断发生！（图2）

在报告中，我也提出、论证了，经典岩石力学理论的最基本假设是完整岩石完全是固体。完整岩石内部是不含有任何带有微细封闭液气包裹体！因此，经典岩石力学理论仅适用于完全固体岩石，是固体岩石力学理论。但是，在研究和应用经典岩石力学理论时，人们忽略了这个最基本假设和适用范围。将这个固体岩石力学理论广泛地应用到了所用的地质体岩石和工况。完整岩石本质是地质体，其内部一定含有流体包裹体（图3）。这个微细流体包裹体时有压强、拥有体积膨胀力和能（图4）。将固体岩石力学理论应用到地质岩石，没有考虑它们的包裹流体体积膨胀力和能（图5）。从而，这个扩大化使用是“颠覆性错误”，导致了现在岩石工程事故和灾难不断发生！（图6）

因此，我们可以突围经典土力学和岩石力学理论范式和框架，建立新的适用于地质岩土体的土力学和岩石力学理论、定律和原理（图7）。我们将会大大减低岩土工程事故和灾难，从而，进入一条岩土力学和工程强国的道路。

参考文献

[1]   岳中琦. 全球岩土工程领域共同挑战性问题的经典土力学理论根源，2014年10月27日博文http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-838492.html。   

[2]   岳中琦. 经典土力学理论的根本局限性和灾难性后果，2014年10月18日博文http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=240687&do=blog&id=836715。

[3]   岳中琦，徐前. 现今斜坡工程安全设计理论的根本缺陷与灾难后果，《岩土工程学报》，第36 卷第9期，2014 年9 月:1601-1906。

[4]   岳中琦. 深部工程岩爆、冲击地压、矿震、洞壁劈裂、围岩分区破裂和巷道大变形的一个可能共同力源和能源---岩石微量密封气体膨胀能（简述），《岩石力学与工程动态》，2012年第一期（总第97期）：83-89。

[5]   岳中琦. 奠基岩石“封闭应力”假说的气体包裹体和膨胀能力，《工程地质学报》，第22 卷第4 期，2014年8 月: 739-756。

2014年12月15日13:00写成于香港大学黄克兢楼办公室