什么叫做巖土工程巖土工程是土木工程的重要分支學科，專注于研究巖石與土壤的工程性質，并解決工程建設中與巖土體相關的技術問題。該學科綜合應用土力學、巖石力學、工程地質學、水文地質學等基礎理論，通過勘察、試驗、分析、設計、施工和監(jiān)測等系統性工作，確保各類建筑物地基穩(wěn)定、邊坡安全、地下空間開發(fā)利用合理以及環(huán)境保護有效。巖土工程貫穿建筑、交通、水利、礦山、能源等多個領域，是現代基礎設施建設不可或缺的技術支撐體系。一、巖土工程的基本概念與學科范疇巖土工程以地球表層巖石圈和土壤層為研究對象，核心任務是揭示巖土體的物理力學行為規(guī)律，并據此為工程建設提供科學依據與技術方案。從學科定位來看，巖土工程屬于應用基礎學科，既需要深厚的理論支撐，又強調實踐經驗的積累。它與結構工程、水利工程、交通工程等形成交叉融合關系，共同構成完整的工程建設技術體系。巖土工程的研究范圍涵蓋三個空間維度：地表以下至基巖面以上的土體層、各類巖石構成的巖體層以及賦存于其中的地下水系統。時間維度上，既包括工程建設期的短期穩(wěn)定性分析，也涉及建筑物全生命周期的長期性能演化。根據國家標準GB50021《巖土工程勘察規(guī)范》規(guī)定，巖土工程工作應貫穿于建設工程的全過程，從可行性研究、初步設計到施工圖設計、施工及運營維護各階段均需開展相應的巖土工程技術工作。二、巖土工程的研究對象與核心內容巖土工程的首要研究對象是土體。土體是由固體顆粒、液體和氣體組成的三相體系，其工程性質取決于顆粒級配、礦物成分、密度、含水量、結構構造等因素。黏性土的塑性指數、液性指數直接決定其承載能力與變形特性；砂土的密實度影響其抗液化性能；特殊土類如膨脹土、濕陷性黃土、凍土等具有獨特的工程病害機制。根據行業(yè)技術規(guī)范，土體分類需依據顆粒分析試驗、界限含水率試驗等標準方法，將土劃分為碎石土、砂土、粉土、黏性土四大類，每類又細分為若干亞類。巖石與巖體構成另一關鍵研究對象。巖石作為完整塊體，其單軸抗壓強度、彈性模量、泊松比等參數可通過室內試驗獲取。而巖體因包含各種結構面（斷層、節(jié)理、裂隙），其力學行為遠比巖石復雜。巖體質量分級采用BQ指標或RMR指標，綜合考慮巖石堅硬程度、巖體完整程度、結構面狀態(tài)、地下水條件等因素。根據工程巖體分級標準GB/T50218，巖體基本質量指標BQ值計算公式為BQ=90+3Rc+250Kv，其中Rc為巖石飽和單軸抗壓強度，Kv為巖體完整性系數。地下水是巖土工程中不可忽視的活躍因素?？紫端畨毫行Ы档蛶r土體抗剪強度，滲透力可能引發(fā)管涌、流土等滲透破壞。地下水的化學成分還會導致混凝土腐蝕、鋼筋銹蝕。巖土工程需查明場地水文地質條件，包括含水層分布、滲透系數、地下水位動態(tài)變化規(guī)律等關鍵參數。根據水利水電工程地質勘察規(guī)范GB50487，滲透系數測定可采用抽水試驗、注水試驗或壓水試驗，不同試驗方法適用于不同滲透性地層。三、巖土工程的基本原理與理論基礎土力學構成巖土工程的核心理論支柱。有效應力原理是土力學的基石，飽和土體中總應力等于有效應力與孔隙水壓力之和，只有有效應力才能引起土體變形和強度變化。這一原理解釋了地基沉降機理、邊坡穩(wěn)定分析方法。莫爾-庫侖強度理論描述了土體抗剪強度與法向應力的線性關系，表達式為τf=c+σtanφ，其中c為黏聚力，φ為內摩擦角，這兩個參數通過直剪試驗或三軸試驗測定。固結理論揭示飽和黏土在荷載作用下的排水變形過程。太沙基一維固結理論建立了固結度與時間因數的定量關系，固結系數Cv是控制固結速率的關鍵參數，其值越大，固結完成越快。實際工程中，軟土地基處理常采用堆載預壓法，通過延長預壓時間或設置排水板縮短固結周期，使地基在建筑物施工前完成大部分沉降。根據建筑地基處理技術規(guī)范JGJ79，預壓荷載通常取設計荷載的1.2-1.5倍，預壓時間不少于3個月。巖石力學針對巖體的非連續(xù)、非均質、各向異性特征，發(fā)展出獨特分析方法。結構控制論認為巖體強度與變形主要受結構面控制，而非巖石材料本身。塊體理論、離散元法等數值方法能夠模擬巖塊間的錯動、滑移、轉動行為。對于深部巖體，還需考慮高地應力環(huán)境下的巖爆、大變形問題。巖體變形模量現場測定常采用承壓板法或狹縫法，根據工程巖體試驗方法標準GB/T50266，承壓板直徑不宜小于30厘米，試驗分級加載，每級荷載穩(wěn)定后方可施加下級荷載。四、巖土工程的主要分支與應用領域地基基礎工程是巖土工程最傳統的應用領域。天然地基承載力不足時，可采用樁基礎、筏板基礎、箱形基礎等深基礎形式，或將軟弱土層挖除換填砂石、灰土等材料。復合地基技術通過在地基中設置樁體（CFG樁、水泥土攪拌樁、碎石樁等），與樁間土共同承擔荷載，顯著提高地基承載力并減小沉降。根據建筑樁基技術規(guī)范JGJ94，樁基設計需計算單樁豎向承載力、群樁效應、樁身強度與裂縫寬度，并進行沉降驗算。邊坡工程涉及天然斜坡與人工邊坡的穩(wěn)定性分析與加固設計。邊坡破壞模式包括圓弧滑動、平面滑動、楔形體滑動等，穩(wěn)定性分析采用極限平衡法，計算安全系數需滿足規(guī)范要求。對于重要邊坡，還應采用有限元法進行應力變形分析。加固措施主要有削坡減載、坡腳壓載、抗滑樁、錨桿（索）、擋土墻等。根據建筑邊坡工程技術規(guī)范GB50330，一級邊坡穩(wěn)定安全系數不應小于1.35，二級邊坡不應小于1.30，三級邊坡不應小于1.25。地下工程涵蓋隧道、地鐵、地下商場、人防工程等。地下洞室開挖引起圍巖應力重分布，需評價圍巖自穩(wěn)能力并進行支護設計。新奧法施工理念強調充分發(fā)揮圍巖自承作用，采用噴射混凝土、錨桿、鋼拱架等柔性支護，允許圍巖適度變形以釋放應力。盾構法適用于軟土地層隧道施工，通過盾構機切削土體并同步拼裝管片襯砌。根據地鐵設計規(guī)范GB50157，隧道襯砌結構應按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行設計，考慮水土壓力、地面超載、地震作用等荷載組合。環(huán)境巖土工程是新興分支，研究工程建設與地質環(huán)境的相互作用。垃圾填埋場防滲系統采用高密度聚乙烯膜（HDPE），滲透系數需小于10-12米每秒，下部設置地下水導排層與滲漏檢測層。污染場地修復技術包括固化穩(wěn)定化、化學氧化、生物修復等，需根據污染物類型與土層性質選擇方案。地面沉降防治通過限制地下水開采量、實施人工回灌等措施，控制沉降速率在每年10毫米以內。五、巖土工程的實施流程與技術方法巖土工程勘察是首要環(huán)節(jié)，通過工程地質測繪、鉆探、坑探、物探等手段查明場地條件?？辈禳c布置間距根據地基復雜程度確定，初步勘察階段間距為50-100米，詳細勘察階段為15-30米。鉆探深度應穿透主要受力層，對于高層建筑樁基，控制性鉆孔深度應達到預計樁長以下3-5米。原位測試包括標準貫入試驗、靜力觸探、十字板剪切試驗等，可快速獲取土層力學參數。室內試驗項目有含水率、密度、液塑限、壓縮、直剪、三軸等，試驗數量需滿足統計要求，每層土有效試驗數據不少于6組。巖土工程設計建立在勘察數據基礎上，遵循"先計算分析，后工程措施"原則。地基承載力確定可采用載荷試驗、理論公式計算或原位測試數據換算。沉降計算采用分層總和法，將地基土劃分為若干薄層，計算各層壓縮量后累加。對于樁基礎，需計算單樁承載力與群樁沉降，考慮樁土共同作用。邊坡設計先進行穩(wěn)定性分析，確定潛在滑面位置與形狀，計算所需加固力，再設計抗滑樁截面與錨固深度。所有設計成果需編制成勘察設計文件，滿足編制深度規(guī)定要求。巖土工程施工是實現設計意圖的關鍵過程，需嚴格控制質量。地基處理施工前必須進行工藝性試驗，確定施工參數。強夯法施工需監(jiān)測夯擊沉降量、孔隙水壓力變化，確保有效加固深度達到設計要求。樁基施工應控制垂直度偏差小于1%，混凝土灌注應連續(xù)進行，防止斷樁、縮頸?；娱_挖遵循"分層、分段、對稱、限時"原則，嚴禁超挖，及時支護。施工過程中開展監(jiān)測工作，包括地表沉降、深層水平位移、地下水位、支護結構內力等，監(jiān)測頻率根據施工階段調整，開挖初期每天1次，穩(wěn)定后每3天1次。六、巖土工程的關鍵技術參數與標準體系巖土工程涉及大量技術參數，必須準確測定與合理選用。土的物理性質指標包括天然密度（1.6-2.0克每立方厘米）、含水率（10%-40%）、孔隙比（0.5-1.2）、液限（25%-80%）、塑限（15%-30%）。力學性質指標中，壓縮模量反映土體壓縮性，軟土為2-4兆帕，中等壓縮性土為7-15兆帕，低壓縮性土大于20兆帕。抗剪強度指標c、φ值通過試驗測定，黏性土c值一般為10-50千帕，φ值為10-20度；砂土c值接近0，φ值為28-40度。巖石力學參數中，單軸抗壓強度是基本指標，堅硬巖大于60兆帕，較硬巖30-60兆帕，較軟巖15-30兆帕，軟巖5-15兆帕，極軟巖小于5兆帕。巖體變形模量現場測定值通常為巖石室內試驗值的1/10-1/3，取決于巖體完整程度。結構面抗剪強度顯著低于巖石，泥化夾層c值可低至5千帕，φ值小于10度。我國巖土工程標準體系由國家標準、行業(yè)標準、地方標準和企業(yè)標準構成。核心國家標準包括GB50007《建筑地基基礎設計規(guī)范》、GB50021《巖土工程勘察規(guī)范》、GB50330《建筑邊坡工程技術規(guī)范》、GB50218《工程巖體分級標準》等。行業(yè)標準涵蓋公路、鐵路、水利、電力等特定領域，如JTGD30《公路路基設計規(guī)范》、SL274《水利水電工程地質勘察規(guī)范》。標準對勘察深度、設計安全系數、施工允許偏差、監(jiān)測預警值等作出明確規(guī)定，是工程質量的法定技術依據。七、巖土工程面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展方向復雜地質條件給巖土工程帶來持續(xù)挑戰(zhàn)。深厚軟土地區(qū)，地基沉降持續(xù)時間長，工后沉降控制困難，需采用真空聯合堆載預壓、樁網復合地基等綜合處理方案。巖溶發(fā)育區(qū)，地下溶洞、溶隙分布隨機，地基穩(wěn)定性評價難度大，需進行跨孔CT、地質雷達等精細勘察。高地震烈度區(qū)，飽和砂土液化、邊坡失穩(wěn)風險高，抗震設計需采用樁基穿過液化層、邊坡柔性支護等措施。凍土區(qū)，凍融循環(huán)導致地基不均勻沉降，需采用保溫隔熱、通風散熱等特殊設計。城市化進程推動巖土工程向地下空間深層發(fā)展。超深基坑工程深度超過30米，支護結構受力復雜，需采用地下連續(xù)墻加多道內支撐體系，并實施全生命周期監(jiān)測。地鐵隧道穿越既有建筑物時，需嚴格控制地表沉降在10毫米以內，采用盾構施工參數優(yōu)化、注漿加固等微擾動技術。地下空間綜合開發(fā)涉及多層地下室、地下道路、地下商城，巖土工程設計需統籌考慮不同功能區(qū)的荷載差異與變形協調。數字化與智能化成為巖土工程轉型升級方向。BIM技術實現勘察、設計、施工信息集成，三維地質模型可直觀展示地層分布與工程性質。數值模擬技術從二維向三維、從靜力向動力、從單一場向多場耦合發(fā)展，能夠模擬復雜施工過程與長期性能演化。物聯網監(jiān)測技術實現數據自動采集、實時傳輸、智能分析，當監(jiān)測值超過預警閾值時自動報警。人工智能算法用于巖土參數反演、破壞模式識別