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突围范式Paradigm,走岩土力学与工程强国之路

已有 3338 次阅读 2014-12-15 13:23 |系统分类:观点评述

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。

                                               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,20141027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,20141018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》,36 卷第9期,2014 9 :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,20148 : 739-756

2014121513:00写成于香港大学黄克兢楼办公室



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