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岩坛六弊 李广信 (清华大学水利水电工程系,北京 100084) 1 引 言 近来各行各业各祭一坛,早有名气的如文坛;另 有画坛、书坛、歌坛、影坛、体坛等;就连最不争气的中 国足球的足坛,也是新闻不断,煞是热闹。为岩土工 程立坛,也就名正言顺。本文主要涉及土力学的研究 和论文方面的问题,似应叫“土坛”为宜,但一查字典, 所谓“坛”者乃是土堆的台,故“土坛”有犯复之嫌,故 称岩坛六弊。岩石可能无弊,但“城门失火,殃及池 鱼”,与土为邻,难免受到牵连。是为岩坛。 本人担任《土木工程学报》副主编之职,每月初 审几十篇岩土工程方面的论文,加上多家期刊送审 的投稿论文、各校的学位论文,基金项目评审,职称 评定的学术水平评审,学科建设评审等,对于岩土工 程的研究成果和科技论文所见甚多。这些研究硕果 累累,自不必说,但是也存在一些不良倾向,有所感, 经归纳总结,是为六弊。 无米之炊 L. A. Zadeh讲过:“当系统的复杂性日益增加时, 我们做出系统特点的精确而有意义的描述的能力将 相应降低”。对于岩土工程这一极其复杂的系统,精 确可能是一个奢望。因而不确定性理论方法应当是 强有力的工具与武器。笔者在上个世纪的80～90年 代曾经对于不确定性的理论方法给予很大的热情和 期望[ 1 ] ,可惜后来的发展令人颇为失望。 所谓不确定性理论有多种,有些是很古老和经 典的。由于计算机技术的发展,不确定性理论近年 得到极快的发展,也使实际应用成为可能。因果关 系破缺的问题可以采用统计、概率、优化、可靠度等 理论;互补率破缺的问题,亦即无法准确判别彼此的 问题有灰色、模糊、混沌、分形等理论与手段;而在各 种仿生学基础上,提出了神经网络、遗传进化、专家 系统等理论方法。值得注意的是这些只是解决岩土 工程问题的有力手段和方法,而其基础还是资料、案 例、经验和岩土工程的概念等。以《建筑地基基础 规范》(GBJ 7 - 89)对于地基承载力的标准值确定 为例[ 2 ] ,其回归修正系数为: ψf = 1 - ( 2. 884 n + 7. 918 n2 )δ (1) 这类统计意义上的方法,其最为重要的是样本 数n。没有足够大的样本数,统计与概率的方法就 毫无意义,不会得到有意义的标准值。另以模糊数 学为例,其关键是模糊判断中的权重,一个复杂的岩 土工程问题,各个因素的权的合理判断,只能来源于 对大量的实测资料的合理分析;实践中积累的丰富 工程经验;不同条件下的信息集成;对于岩土问题基 本概念的深刻理解及对于各因素的耦合的正确认 识,否则只能是数学游戏。 目前,各类可靠度分析与神经网络文章充斥各 类期刊及学位论文中,且投稿还在源源不断地涌进。 一些人将可靠度、神经网络、模糊数学的标签,贴到 一切见得到的岩土工程问题。在这类文章中, 5个 试验就号称“大量的试验资料”;从三个压桩试验, 学习了十万次,就得到了“重要的成果”;少的可怜 的资料成了点缀和标签。无米而炊,用几个米粒熬 出一锅高度稀薄的粥。 由于资料和经验的匮乏,这类数学游戏败坏了 不确定性理论方法的名声。这就难怪一些在工程实 践中工作的老总们,对于这些“成果”与“论文”持完 全否定的态度。 先箭后靶 “文革”中有一句口号是“毛主席指向哪里,我 们就打到哪里”。一些研究者似乎反其道而行之, 那就是“我们打到哪里,我们就指向哪里”。也就是 先射箭,后画靶,打到哪,指到哪。 其一是用不知从哪里来的有限元计算程序+不 知在哪里来的模型参数+不知从哪里来的实测(试 验)资料=天衣无缝、完美无缺预测结果; 其二是建立或者移植了一个理论模型+不知哪 里来得资料确定参数+不知哪里来的试验结果=预 20 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net岩土工程界 第9卷 第3期岩土论坛 测结果好得不得了! 在一些论文和报告中,可以见到预测与实测结 果完美符合到令人可疑程度的情况,如图1 所示。 地质学家告诫我们:无瑕的美玉是人造的;最近又听 说,无瑕的美女也是人造的,那么对于性质极其复杂 的岩土材料,这些无瑕的曲线是天造的吗? 在岩土 工程中,数学模型及其计算程序中的关键是参数的 获得,如果参数是一个(些)可以任意打扮(整容)的 小姑娘,应当说“预测”可以是相当完美的;如果连 需要验证的试验(观测)资料也是可以任意打扮(整 容)的,那基本上是无胜而不往,百中而百发了。 图1 计算与实测结果的比较 在20世纪80年代以前,土的本构关系模型蓬 勃发展时,这种自己提出模型,自己验证的情况很 多,总是“符合得很好”。自己种瓜,自己品尝,无不 夸瓜好。后来欧美岩土界组织了多次对于土工试 验、本构模型和数值计算的“竞赛”,或者“考试”。 亦即公布土的基本试验以供参赛者确定模型参数, 也公布目标试验的应力路径及其他条件;然后在全 球征集参赛者,十八般武器各显神通;按期上交预测 结果;最后公布目标试验的结果。记得一个会议的 主席总结道“尚不能给任何一个模型戴上王冠”[ 3 ] 。 这种闭卷考试体现了其客观性、权威性和公正性,也 考验了射手们真正的箭法。 稀释克隆 某些研究者或者研究团体在一个狭窄的领域取 得了一些理论、解析半解析算法或数值计算方面的 成果,于是寻找一切可以贴上其标记、能戴上其帽子 的题目:不同土层的排列;不同荷载、边界条件和计 算方法的组合;不同坐标系的变换,生产出大量相似 的研究成果、学位论文和期刊投稿。似曾相识的文 章散见于各个期刊,常常无法识别其差别。《西游 记》中写孙行者与妖怪斗法,一会儿变成者行孙,一 会儿变成了行者孙,最后拔下一把毫毛,变成千万个 大圣。可见克隆技术是中国人最早提出的,目前该 技术在我国的岩土工程界中得到了应用和发扬。导 师克隆徒弟,师兄克隆师弟,克隆出一代一代的“大 圣”,近亲繁殖,遗传缺陷,使成果的学术水平递减, 研究的实际意义萎缩。 另一种情况是,将成果高度稀释分割,改头换面 (有时甚至不换面) ,投出和发表出双胞胎与多胞胎 的文章。有的文章笔者先后在不同场合见过5次。 翻炒冷饭 这是一种从经典土力学中找题目,从土力学教 材的夹缝里找课题的情况。例如:考虑自重的地基 承载力公式; 考虑粘聚力的库仑土压力公式; 非线 性的强度准则下的朗肯土压力;考虑三维效应的地 基沉降计算;考虑竖向渗流的土压力等。这些经典 的土力学问题几十年来已经被人们广泛地关注与研 究,基本没有得到创新性成果的可能。有的此前已 经有了相同或者类似的成果;有的是基本没有实际 意义;有的是在计算机和计算技术高度发达的今天, 已经没有研究的必要。例如考虑三维效应的地基沉 降计算, 20世纪中期以前就提出了不下十种计算方 法[ 4 ] ,目前还是方法简单、富有经验的单向压缩分 层总和法在广泛应用,而如果希望考虑三维和非线 性的影响,各种有限元法已经使上述的计算方法基 本没有必要。 小题大做 将其他学科和新的的理论方法引进岩土工程研 究中,是我们提倡的技术路线,也是岩土工程取得原 创性成果可能的途径。但这是一条充满荆棘的艰苦 探索之路,而非捷径。应以严肃和科学的态度,有实 事求是之心,无投机取巧,哗众取宠之意。 例1:有人用数学上的凸集理论证明:在平面上 三个顶点与中心等距的非凹的屈服轨迹的上限是圆 周,下限是等边三角形。如图2所示。 图2 平面上的屈服轨迹上、下限 从直观上看,如果不想使曲线出现下凹的部 分,确实向外不能超过圆周,向内也不能超过等边三 角形。但是它更像一个中学的几何问题,用凸集理 论证明似乎大材小用了。 21 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net岩土论坛GEO TECHN ICAL ENG INEER ING WORLD VOL. 9 No. 3 图3 一维压缩是稳定体系 例2:用系统论证明土的一维压缩是一个稳定 的体系(如图3所示) 。从感觉上和用试验都会发 现,土的侧限压缩不会使土体剪切破坏。似乎无需 系统论那么高深的学问,也可以证明如下:如果粘聚 力c = 0, σ1 = p (2) σ3 = KO p = (1 - sin<) p (3) σ1 -σ3 σ1 +σ3 = sin< 2 - sin< < sin< (4) 可见,在单向压缩情况下,土体不会达到莫尔- 库仑的极限状态,亦即总是稳定的。 这些“研究成果”在土力学中是为人所熟知和 不言而喻的,而从其他学科借来的法宝在那个学科 大概也属于基本的方法手段。这种对于土力学的发 展没有什么创见,对于所借鉴的学科也没有什么推动 的研究,是将简单的问题复杂化。似乎是在这个学科 忽悠我们,在那个学科忽悠他们。一般认为学科的交 叉可产生硕果,有时杂交也会产生怪胎和垃圾。 大胆综述 所谓综述,应当是综合与评述。综合的基本要 求是全面,基于纵横方向、时空领域、国内国外学科 前沿全面了解和资料的掌握,介绍全局性、整体性的 发展过程及研究现状;而评述则要求对于成果的准 确评价,成果在目前体系中的地位与意义。综述的 另一个要求是对于课题或者学科的过去- 现在- 未 来的把握,高屋建瓴的分析、对发展动向的展望。在 文字方面要求博采约发,井然有序,质先文后,繁简 得宜。这需要对于学科和课题的深入和全面的了 解,在这一领域中有相当的资历和研究成果,不是初 出茅庐的研究生所能胜任的。 可是目前常见的综述性文章,有的所知所述明 显不足;有的分析很弱,基本是的材料简单堆积;有 的讲一些大家熟知的成果和结论,缺乏有独特见解 的展望。基本是其硕士或者博士学位论文的第一章 部分。学位论文中的综述常常是一个课题入门者的 学习结果,在学术期刊中发表一般是不够的。高水 平的综述应当由学科的专家和大师们花一定的精力 才能完成。也有的论文中确有大师和院士署名,但 观其内容实属拉大旗作虎皮。 2 结 语 六弊反映了岩土工程中学风的浮躁,一些人不 愿作刻苦踏实的试验和实际工作,企图寻找一条不 费力气而事半功倍,投机取巧的捷径。 有的学校招收研究生过多,指导力量和试验条 件不足, 只能寻求最容易作的题目和路径对付答 辩;有的导师让研究生打工赚钱,临到毕业时就选一 个蒙人的题目(如模糊数学) ;有的为了职称和毕业 而追求论文的数量,稀释克隆在所难免;有的学校缺 少研究的基础和设备,研究工具只有书桌、书本和计 算器(机) ,就只能在土力学教材中找课题;也有人 只重视建立模型或者编制(改造)程序,而采用假设 参数,或者寻找国内外其他人的试验资料确定参数 和进行验证,结果总是符合很好。这些人应当更多 地接触和理解工程问题,在实践中确定课题。 由于土的力学性质的复杂性,土层分布的随机 性,土工问题中条件的多变性,土力学是一门充满了 感性的学科。解决土工问题最基本的手段是试验、 测试和经验的积累;是基本理论概念与工程实践的 结合。在土力学的研究中,在人才培养中,试验及测 试工作是不可缺少的环节。试验和观测是认识和揭 示土的力学规律与机理的基本途径;是理论模型和 数值计算中参数的确定的重要手段;是检验与验证 模型和计算结果的唯一标准;也是岩土工程反分析 和信息化设计施工的基础。 目前各院校研究生招生越来越多,学科划分越 来越择窄,硕士生的学制普遍缩为两年,研究生的培 养和学位论文的选题和研究工作的技术路线是值得 思考的问题。否则培养出的岩土工程硕士和博士可 能基本不懂岩土的基本性质,没有解决岩土工程问 题的基本能力,也达不到一个合格的岩土工程授课 教师的要求。 参考文献 [ 1 ] 李广信,关于土力学理论发展的一些问题,《岩土工程学报》, 13卷, 5期, 1991. [ 2 ] 《建筑地基基础规范》(GBJ 7 - 89) , 1990,北京:中国建筑工业 出版社. [ 3 ] Proceedings of TheWorkshop on Limit Equilibrium, Plasticity and Generalized Stress - strain in Geotechnical Engineering, MogillU2 niversity, 1980. [ 4 ] 李广信主编,《高等土力学》, 2004,北京:清华大学出版社.
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