论工程地质勘探方法→ *

王昌益

（蓬莱国土资源局，山东蓬莱，265600）

摘要：传统理论存在很大缺陷，不能很好地指导人们从事工程地质勘探。因此，作用学被引入工程地质学，从而建立了新的工程地质勘探方法——作用学的工程地质勘探方法。这种方法方法很科学，其研究方向明确，目标清晰，方法简单实用，而且准确可靠。

关键词：工程地质勘探方法、作用学、很科学、简单实用

中图分类号：O31,O39,O59,TB3,TU4,P64 文献标识码：

By Engineering Geology Exploration Method

Wang Chang-yi

（Penglai City Land Resources Bureau, Penglai, Shandong, 265600）

Abstract: The traditional theory existence very big flaw, cannot instruct the people to be engaged in the engineering geology exploration well. Therefore, the function study is introduced the engineering geology, thus has established the new engineering geology exploration method - - function study engineering geology exploration method. This method method is very scientific, its research direction is clear, the goal is clear, method simple practical, moreover accurate reliable.

key word: The engineering geology exploration method, the function study, is very scientific, simple practical

自然灾害使人类遭遇的巨大灾难与痛苦的一半以上原因应归结为人类的科学失误，更具体一些来说，应归结为人类的懒惰。大多数人都有一种习惯，自己很懒惰、因循守旧、不愿意作突破性的思维与研究不要紧，而且对别人的突破性研究进行百般刁难与压制。因此，科学发展经常是非常缓慢的，在许多自然灾害面前人们经常是无能无力的。三百多年前牛顿建立的力学已经被作用学新理论证实是不科学的，然而，人们还是把那不科学的牛顿力学思想抱得死死的坚决不放，使作用学新理论难见天日。从地基勘探方法上我们就可以了解这一点。本文专题讨论工程地质勘探的力学方法和工程地质勘探的作用学方法，从而揭示力学的缺陷和作用学的科学性。

1.概念

在理论力学和应用力学指导下建立起来的工程地质勘探方法叫工程地质勘探的力学方法，而根据作用学原理建立的工程地质勘探方法叫工程地质勘探的作用学方法。力学是以力为研究核心的思想学说，作用学是以作用现象及其量与其它现象及其量和自然演化现象之间关系规律为研究核心的科学。工程地质勘探的主要任务是查明地基与拟建建筑物之间的作用和变化关系规律。

2.力学及其地基勘探理论的缺陷

工程地质勘探的力学方法建立的理论基础是理论力学和应用力学。理论力学的核心是牛顿定律，应用力学的核心是胡克定律（在胡克定律基础上进行力学实验、进而建立起来的应力-应变关系理论，其核心思想内容还是胡克定律）。牛顿定律受“力是物的本领”等思想限制，不认识作用的本质，更不认识作用与变形之间关系的本质规律，所以，牛顿力定律存在一定缺陷；在牛顿定律基础上产生的胡克定律确立了联结力与变形量之间关系的认为参数，叫胡克系数或弹性系数，记为k.这个胡克系数被认为是反映材料性质的常数，但是，k系数实际上是人为规定的、既不反应材料性质、也不是常数的人为参数。在1982年建立作用学基本理论时，根据作用学关于作用是现象的理论和作用与变形之间的关系理论进行推导，结果明确证明了胡克定律的不科学性：

根据作用现象理论，弹簧振子是在质量为m的弹簧振子所接受的实作用量作用量

A=∫₀^tFdt

和弹性阻力R的共同控制下振动的，其振动位移x与力F和阻力R、受作用和振动的时间t之间的关系式是

x=∫₀^t[∫₀^t(F+R)dt/m]dt；

如果弹簧的虚度（可变程度、软弱度、屈服系数等）是E，那么，

x=∫₀^t(∫₀^tEFdt/m)dt；

如果弹簧的实度（不可变程度、坚强程度、阻抗系数等）是T，那么，

x=∫₀^t[∫₀^t(1-T)Fdt/m]dt.

式中，E和T都是反映材料性质的参数。如果胡克定律是正确的，那么，胡克定律的数学表达式

x=-kF.

应与以上作用学关于弹性位移与其控制作用之间的关系式是相同的。即

x=-kF=x=∫₀^t[∫₀^t(F+R)dt/m]dt.

由此得到弹性系数

k=-∫₀^t[∫₀^t(F+R)dt/m]dt/F.

很显然，这个人为规定的弹性系数k并不是一个常数，而是一个变量，它并不反映弹簧的性质，不仅不科学，而且将人们的认识引入误区。这个系数不反映客观规律，直接体现了胡克定律不能反映作用与变形之间客观规律的事实。事实上正是如此，胡克定律和传统的作用与变形关系理论根本没有说明作用与变形之间究竟存在怎样一种关系，更不能指明变形与受作用物的性质、作用和变形时间等因素之间关系的客观规律。因此，胡克定律是不科学的。

力学根据胡克定律进行试验，结果得到以胡克定律的思想内容为核心的“应力-应变理论”。应力-应变理论的核心内容由应力σ与应变ε之间的关系式

ε=Eσ

构成，这种应力与应变关系式与胡克定律一样，其应力σ与应变ε之间的关系不是表达应力与应变之间天然关系的式子，联结应力与应变的不是应力与应变之间具有的天然函数规律，而是人为规定的所谓“弹性模量E”。很显然，这种应力应变关系理论根本没有给出作用与变形之间的关系规律，所以，在实际应用当中，这种理论根本没有任何知道价值。然而，应用力学却建立了一种让人们用来解决实际问题的应用理论。即，根据应力-应变理论，应用力学认为，产生极限变形时的作用应力就是材料的抗变强度，只要通过实验获得极限应力值就可以确定材料的抗变能力，就可以选择适合工程需要的材料。即，只要确保所用材料的抗变强度[σ]与拟建工程所受作用的实际应力σ之间的关系满足不等式

σ＞[σ]

的要求就满足工程要求。在工程地质的地基勘探中，只要确定地基的承载应力（也叫承载能力）[σ]远远大于建筑物的实际下压应力σ的值就满足工程要求。在此基础上，再结合经验进行勘探和施工工作。有趣的是，传统的地基勘探理论给出了指导人们从事地基勘探的具体力学数据，如30厘米的标贯击数对应着相应的承载能力大小（承载应力）。长期以来，人们就是在这样的工程地质勘探理论指导下工作的。根据作用学理论来看，力学根本没有给地基勘探确立正确的理论依据，如果人们在实践中应用有指导性理论和数据存在，那么，这种指导性的理论与数据要么是不正确的，要么是来自实践经验的。胡克定律不能揭示作用与变形之间的客观规律，以胡克定律为基础的应力应变理论同样也不能揭示作用与变形之间的客观规律。因此，说传统理论能够指导人们从事地基勘探并给出计算承载力的标准数据，那是十分荒唐的话。

工程地质的力学方法也就是在这种理论与应用力学基础上确立的。一直以来，人们从事工程地质勘探与研究就是在这种工程地质勘探的力学方法指导下进行的。在工程地质勘探中，根据地质学来确立地质与构造、水文地质特征、评价地基稳定性等工作是缺少不了的，在此不必进行过多讨论。就地基力学性质的勘探问题而言，目前，人们在力学理论指导下所进行的工程地质勘探工作方法与程序可简叙为：钻进—标贯实验（或静压试验等）—取土—室内实验研究—理论分析—编制工程地质报告—交验审查—修改—提交报告。其中，野外钻探、进行标贯试验和取土、室内进行实验研究是工程地质勘探力学研究的主要内容与程序。这几项研究的主要任务是研究地基的承载能力、确立持力地层，评价地基的稳定性、均匀性。根据力学和经验所确立的勘探规范和工程要求，勘探研究最终定量确立一个满足要求的地基持力地层，并指出适合要求的地基建筑材料、建筑结构和形式的定量指标。虽然这种勘探方法与程序并不违背科学，但是，由于力学存在缺陷，在勘探中人们所确立的参数根本就不是反映地基性质的需湿度参数，也没有正确计算地基承载力的理论方程，所以，对于在力学基础上所进行的工程地质力学研究是否科学的问题上，很难令人不提出疑问。根据作用学，工程地质力学研究至少存在如下缺陷：其野外实验与室内实验主要是确定力与变形量、承载力之间的关系，不研究作用与变形之间的关系，至少缺少作用、变形、时间之间的关系参数，不合客观规律，难以满足工程建设需要。

3.作用学对作用与变形关系规律的认识

作用学认为，力与变形之间的关系不等于作用与变形之间的关系。因为，作用现象叫作用，作用现象的量叫作用量，记为A；瞬间作用产生的作用量（或单位时间产生的作用量）叫做力，记为F。因此，作用量与力之间的关系是

A=Ft或F=A/t.

t表示作用时间。因此，作用与变形之间的关系式是

x=∫₀^t(v+A/m)dt=∫₀^t[(v+∫₀^tFdt/m)dt].

弹性位移x值由外作用量A和弹性恢复作用量A_R两个作用量产生.而弹性恢复作用量等于弹性恢复作用力对作用时间的积分。即，

A_R=∫₀^tRdt.

因此，弹性恢复变形位移量x与作用量A和阻碍作用量A_R之间的关系式是

x=∫₀^t(A+∫₀^tRdt)dt/m.

根据作用学关于作用的对立统一规律，弹性阻碍作用量A_R与作用量A之间的关系式是

A_R=TA=(1-E)A.

式中，T叫受作用物的实度，E叫受作用物的虚度。实度是指受作用物体内的密实度，不可侵犯程度，不可变程度，抵抗外作用的抗变程度等状态特征；虚度是指受作用物体内的松散程度，软弱程度，可变程度，对外作用的无力抵抗程度等状态特征。虚度和实度都是表示物体状态的自然参数。虚度与实度之和等于1.即，

T+E=1.

根据物体变形与其受作用和其虚实度性质之间的关系规律，还可以进一步得

x=∫₀^t(A+∫₀^tRdt)dt/m

=∫₀^t(1-T)Adt/m

=∫₀^tEAdt/m.

因此，作用学认为，工程地质勘探的关键任务是确立地层的虚度或实度参数。

根据作用学，地基承载力不仅决定于地基地层本身的性质，还与作用在其上的建筑物性质有关。要使拟建工程建筑物稳定，一般要求地基的实度T等于建筑物的实度[T].这就要求建筑物对地基受作用面形成的作用量等于地基对建筑物形成的反作用量。即，要求

A=-A_R=Mgt.

因此，在实践中，人们可以通过调整地基受作用面积的方法来调整建筑物与地基地层间的相对虚实度的当量关系。例如，当建筑物对地基产生的作用量等于Mgt，地基持力层对建筑物的阻碍作用量是0.65Mgt，作用面积是s，持力层的实度是T时，地基不稳定，为使建筑物稳定，将建筑物与地基持力层的接触面积增大为S,并确保不等式

0.65MgtS/s≥Mgt或0.65S≥s

恒成立。只要在勘探基础上设计的地基基础面积为S≥s/0.65即能确保地基稳定。这就提出一个问题：怎样通过勘探方法来确定地基持力层的实度与建筑物的作用实度之间的当量关系呢？

4.作用学的工程地质勘探方法

根据作用学，地基受作用时产生反作用力（或阻力）的大小决定于地基地层的实度（或虚度）性质。因此，在地基勘探中必须通过对地基地层进行作用来确定其实度（或虚度）值。即，根据作用学关于地层的实度等于地层对静压或动压钻具的阻碍作用量与其作用量之间的比值，我们可以直接测试确定地层相对于钻具的实度值。即

T₁′=A_R/A.

由于钻具与建筑物的实度有所不同，所以，地层相对于钻具的实度并不等于地层相对于建筑物的实度。因此，取得地层相对于钻具的实度后还必须将其换算为地层相对于建筑物的实度。

根据地基地层的物质密度ρ、钻具的作用物质密度ρ₁、建筑物对地基作用的物质密度ρ₂、地基地层相对于钻具的实度T₁′、地基地层相对于建筑物的实度T₂′五者之间的关系规律，可以直接换算建筑物相对于地基地层的相对实度值。其换算关系：地基地层相对于钻具的实度是

T₁′=ρ/ρ₁=A_R/A；

地基地层相对于建筑物的的实度是

T₂′=ρ/ρ₂.

所以，

T₂′=ρ/ρ₂=ρ₁T₁′/ρ₂.

如果通过勘探发现地基持力层相对于建筑物的实度值[T]=[T₂′]＜1,那么，我们就必须增大地基与建筑物之间的接触面积，或增大地基的埋藏深度。

总之，作用学的地基勘探与分析方法比较简单。其方法与步骤可归结如下：

一、测定地基地层相对于测定工具的相对实度；

二、换算地基地层相对于拟建建筑物的相对实度；

三、换算拟建建筑物与地基持力层之间的接触面积大小；

四、为建筑设计与施工提出合理化建议。

5.结论

综上所述，传统的工程地质研究方法不科学，其研究方向不清，目的不明，理论方法不可靠；工程地质的作用方法很科学，其研究方向明确，目标清晰，方法简单，而且准确可靠。

参考文献：无

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