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巖土工程中的預(yù)測與預(yù)算
巖土材料是天然的地質(zhì)歷史的產(chǎn)物，它一般是碎散的、不連續(xù)或部分連續(xù)的介質(zhì)。材料性質(zhì)十分復(fù)雜；具有極大的時空變異性。在巖土工程中，其地基或者巖土環(huán)境幾乎不可能完全探知；邊界條件和操作過程也有很大的影響。因而巖土工程問題具有很強的不確定性。這種不確定性包括互補率的破缺，即非此非彼的情況，是屬于模糊判斷的課題。另一方面是因果率的破缺，亦即因果關(guān)系的不確定性，一因多果。是屬于概率、數(shù)理統(tǒng)計和混沌學(xué)的范疇。所以對于這樣一個復(fù)雜的對象和眾多的影響因素，準確的定量的預(yù)測和預(yù)算是相當(dāng)困難的。依靠純理論和技術(shù)技巧預(yù)測往往不成功，而經(jīng)驗的判斷是不可缺少的。土以碎散的顆粒為骨架，由固、液、氣三相物質(zhì)組成；在其由巖石風(fēng)化的生成、搬運和沉積過程中幾經(jīng)滄桑，形成了不同于其他材料的復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)，而不同時空條件下土的性狀也各不相同。所以盡管已提出的土的本構(gòu)關(guān)系理論數(shù)學(xué)模型不下百種，動用了傳統(tǒng)力學(xué)和現(xiàn)代力學(xué)的各種理論和手段，但是到目前為止，還沒有一種為人們所公認的，能夠準確、全面反映各種土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。是否存在這樣的模型也是值得懷疑的。
在計算機和計算技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以有限元為代表的數(shù)值計算是解決邊值問題的強有力的手段。當(dāng)用來計算彈性體時其精確程度令人嘆為觀止。其計算結(jié)果與光彈試驗結(jié)果毫厘不差，結(jié)果光彈試驗很快被廢止。土是碎散材料，而在一般數(shù)值計算中首先被假設(shè)為連續(xù)體，然后被離散化，假設(shè)各單元間的結(jié)點位移協(xié)調(diào)，計算土體的應(yīng)力變形關(guān)系。這常常不能反映土的變形的微觀機理。以DDA（Discontinuous Deformation Analysis）為代表的離散單元計算方法在計算某些農(nóng)產(chǎn)品（如谷類）和工業(yè)零件（如滾珠）時是相當(dāng)成功的。以至被稱為“數(shù)值試驗”可以精確地代替模型試驗。在定性地探索土的變形的微觀機理時，也是很有價值的。但是用以描述由不同尺寸、不同形狀、不同礦物成分的顆粒組成的土，反映不同三相成分及其物理、化學(xué)和力學(xué)的相互作用，即使是可能，恐怕也是相當(dāng)遙遠的事。
數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計算預(yù)測的另一個難點是土的參數(shù)的選取，它受到取樣(制樣)和試驗手段的限制。原狀土在取樣過程中不可避免地受到擾動和發(fā)生應(yīng)力釋放，會破壞其結(jié)構(gòu)性。即使是重塑土試樣，制樣的方式、器具和操作程序的差別也嚴重影響試驗的結(jié)果。另一方面，目前使用的土工試驗儀器也存在局限性。以真三軸儀為例，由于邊界之間的干擾，試樣的應(yīng)力和應(yīng)變的均勻是很難保證的。
在對地基和土工建筑物的探測方面，土層的時空變異及人類活動給勘探測試及其結(jié)果的判釋造成困難。除此以外，巖土工程中的復(fù)雜邊界條件和施工過程中的諸多因素也嚴重影響工程的實際結(jié)果。
在我國每年發(fā)表和撰寫了大量的論文和報告，提出了各種理論、模型、計算方法、計算程序和技術(shù)手段，常常伴以試驗或者實測數(shù)據(jù)的驗證，其結(jié)果也常常是“符合得很好”。自己的試驗或觀測證實了理論或者方法的完美，正是：“各夸自家顏色好，百花園中各稱王�！� 這種結(jié)果的可信性很值得懷疑。筆者在評閱一些論文和成果時，對于那些二者符合得完美到天衣無縫的圖與曲線，常常懷有很大的不信任感；而對于存在相當(dāng)差別，甚至坦率地承認預(yù)測的不成功的情況，則是完全理解的�？上Ш笳咻^少。
近年來，主要在國外進行了多次的“考試”或者“競賽”活動：首先委
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