巖土工程專業(yè)教育科研中創(chuàng)新習(xí)慣培養(yǎng)

林 杭

(中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083)

巖土工程專業(yè)教育科研中創(chuàng)新習(xí)慣培養(yǎng)

林 杭

(中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083)

研究生教育;科研;創(chuàng)新;習(xí)慣

知識(shí)創(chuàng)新是未來(lái)社會(huì)文化的基礎(chǔ)和核心，創(chuàng)新型人才是決定國(guó)家和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。研究生教育肩負(fù)著為我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)高層次創(chuàng)造型人才的重任，因此，培養(yǎng)和提升研究生的創(chuàng)新能力是提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。

全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)踐表明國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)力越來(lái)越體現(xiàn)在以自主創(chuàng)新為核心的科技實(shí)力上。隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來(lái)臨，知識(shí)創(chuàng)新將成為未來(lái)社會(huì)文化的基礎(chǔ)和核心，創(chuàng)新型人才將成為決定國(guó)家和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。研究生教育肩負(fù)著為我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)高層次創(chuàng)造型人才的重任，而創(chuàng)造型人才則是推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)快速發(fā)展的中堅(jiān)力量。所以，培養(yǎng)和提升研究生的創(chuàng)新能力、培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求和發(fā)展的創(chuàng)新型人才應(yīng)是提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力并不是一句口號(hào)，而是一種能夠?qū)嵺`的目標(biāo)，在研究生培養(yǎng)過(guò)程中需要得以足夠的重視。在這里需要明確一點(diǎn)，即在培養(yǎng)研究生發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點(diǎn)，并用科研工作來(lái)實(shí)現(xiàn)這些創(chuàng)新點(diǎn)的過(guò)程中，實(shí)際上是對(duì)于研究生創(chuàng)新思維的一種訓(xùn)練。比如對(duì)于一個(gè)本專業(yè)的問(wèn)題需要進(jìn)行研究，首先要找到研究的方向，然后，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行剖析，找出可以做的新的工作，也就是創(chuàng)新點(diǎn)，然后，實(shí)踐這個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程是一種習(xí)慣的培養(yǎng)，所找到的創(chuàng)新點(diǎn)也不是一個(gè)空洞的想法，而是能夠?qū)嵺`的，因此，這種科研創(chuàng)新習(xí)慣的培養(yǎng)過(guò)程對(duì)以后的生活和科研工作有較大幫助。本文以作者在博士生研究階段的邊坡強(qiáng)度折減法的研究為例［1］，闡述這個(gè)科研創(chuàng)新習(xí)慣的培養(yǎng)過(guò)程。

一、弄清大方向的目的和意義

在確定自己的研究方向時(shí)，首先要弄清研究的目的和意義，這樣才能夠保證所研究工作的真實(shí)性和可實(shí)踐性，而不是自己憑空想出來(lái)的問(wèn)題。以下簡(jiǎn)述邊坡穩(wěn)定性的研究意義。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能源開發(fā)等工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，邊坡的失穩(wěn)(滑坡)常常威脅生命財(cái)產(chǎn)安全并帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失，如滑坡可導(dǎo)致交通中斷，河道堵塞，城鎮(zhèn)被掩埋，工程建設(shè)受阻等。歷史上一些規(guī)模較大的滑坡，如意大利的瓦依昂滑坡，死亡人數(shù)達(dá)幾千人;中國(guó)寧夏海源個(gè)別特大滑坡災(zāi)害的傷亡人數(shù)均以萬(wàn)計(jì)。另外由于滑坡堵塞河道，形成天然水庫(kù)，而這些水庫(kù)又沒(méi)有溢洪道，通常會(huì)在短期內(nèi)潰決，形成特大洪水，由此導(dǎo)致更大災(zāi)害。

人類與滑坡災(zāi)害作斗爭(zhēng)的努力始終沒(méi)有中斷過(guò)。這一努力表現(xiàn)在認(rèn)識(shí)滑坡機(jī)理、完善邊坡穩(wěn)定分析理論和方法、開發(fā)滑坡治理技術(shù)和滑坡預(yù)報(bào)等方面。對(duì)滑坡災(zāi)害認(rèn)識(shí)的不斷深化是建立在地理、地質(zhì)和巖石力學(xué)、土力學(xué)等一系列科學(xué)分支的形成、發(fā)展和完善的基礎(chǔ)上的。而滑坡預(yù)報(bào)和治理是圍繞著確保人身安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)順利開展這一中心進(jìn)行的。只有在諸多領(lǐng)域內(nèi)共同開展深入的研究，人類才有可能在防治滑坡方面取得重大進(jìn)展。邊坡穩(wěn)定性分析是判斷邊坡是否穩(wěn)定、是否需要加固及采取何種防護(hù)措施的主要依據(jù)，它是邊坡工程中最基本最重要的問(wèn)題，也是邊坡工程設(shè)計(jì)與施工中最難和最迫切需要解決的問(wèn)題之一。但是由于邊坡地形地質(zhì)條件復(fù)雜、巖土體力學(xué)性質(zhì)不確定和周邊環(huán)境模糊多變等因素影響，要想準(zhǔn)確地判斷邊坡的穩(wěn)定性實(shí)非易事。因此，如何合理地分析邊坡穩(wěn)定性，是一項(xiàng)具有重要理論和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值的研究工作。

二、所選擇研究目標(biāo)的基本概念

往往一個(gè)大的研究方向有很多研究的小方向，如對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的研究，包括了對(duì)于安全系數(shù)和滑動(dòng)面的研究，而安全系數(shù)的研究又可采用極限平衡法，也可采用強(qiáng)度折減數(shù)值分析方法;而滑動(dòng)面的研究包括了:滑動(dòng)面搜索算法的研究、滑動(dòng)面形狀的假設(shè)等等。本文以邊坡安全系數(shù)的強(qiáng)度折減數(shù)值分析方法為例，首先需要明確強(qiáng)度折減法的概念和計(jì)算原理。

一般認(rèn)為，邊坡體的破壞現(xiàn)象是指巖土體沿滑裂面發(fā)生快速滑落或坍塌的現(xiàn)象，其屬于破壞力學(xué)范疇。當(dāng)滑面上每點(diǎn)都達(dá)到極限應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，滑坡體進(jìn)入破壞，這就是破壞力學(xué)中的破壞準(zhǔn)則，如巖土材料中采用的Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則，當(dāng)前滑坡工程計(jì)算中，經(jīng)典極限平衡理論中常以此為破壞條件。如果滑面上的力不以每點(diǎn)的應(yīng)力表示，而以內(nèi)力表示，那么當(dāng)滑面上總的下滑力大于或等于抗滑力時(shí)，滑面就發(fā)生破壞。由此可見，破壞時(shí)整個(gè)滑面上都達(dá)到力的極限平衡狀態(tài)，此時(shí)滑面上每點(diǎn)的巖土強(qiáng)度也都得到充分發(fā)揮。各點(diǎn)的強(qiáng)度主要是指材料抵抗剪切的能力，對(duì)其進(jìn)行分析是邊坡穩(wěn)定性分析的理論基礎(chǔ)。

對(duì)于不同的工程要求，設(shè)計(jì)人員采用不同的安全系數(shù)定義形式，目前采用的安全系數(shù)主要有三種［2］:一是基于強(qiáng)度儲(chǔ)備的安全系數(shù)，即通過(guò)降低巖土體強(qiáng)度來(lái)體現(xiàn)安全系數(shù);二是超載儲(chǔ)備安全系數(shù)，即通過(guò)增大荷載來(lái)體現(xiàn)安全系數(shù);三是下滑力超載儲(chǔ)備安全系數(shù)，即通過(guò)增大下滑力但不增大抗滑力來(lái)計(jì)算滑坡推力設(shè)計(jì)值。

(一)強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)Fs1

1952年，Bishop提出了著名的適用于圓弧滑動(dòng)面的“簡(jiǎn)化Bishop法”。在這一方法中，邊坡沿著某一滑裂面滑動(dòng)的安全系數(shù)Fs1定義為，將土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低Fs1倍(c0/Fs1和tanφ0/Fs1)后，則巖土體沿著此滑裂面處處處于極限平衡狀態(tài)，即，

式中，τ，σ為滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力;ccr=c0/Fs1;tanφcr=tanφ0/Fs1;c0，φ0為邊坡原始狀態(tài)下的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角;ccr，φcr為邊坡臨界平衡狀態(tài)下的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角。

上述將強(qiáng)度指標(biāo)的儲(chǔ)備作為安全系數(shù)定義的方法有明確的物理意義，安全系數(shù)的定義根據(jù)滑動(dòng)面的抗滑力(矩)與下滑力(矩)之比得到，該定義經(jīng)過(guò)多年來(lái)的實(shí)踐被國(guó)際工程界廣泛承認(rèn)，這種安全系數(shù)只是降低抗滑力，而不改變下滑力。同時(shí)，用強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)定義也比較符合工程實(shí)際情況，許多邊(滑)坡的發(fā)生常常是由于外界因素引起巖土體強(qiáng)度降低而導(dǎo)致巖土體滑坡。

(二)強(qiáng)度折減法的概念與原理

強(qiáng)度折減法將安全系數(shù)定義為使邊坡剛好達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時(shí)，對(duì)其強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行折減的程度。若邊坡采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則描述，影響其穩(wěn)定性的強(qiáng)度參數(shù)是粘結(jié)力c和內(nèi)摩擦角φ，將坡體原始粘結(jié)力c0和內(nèi)摩擦角φ0同時(shí)除以一折減系數(shù)K，然后進(jìn)行數(shù)值分析。通過(guò)不斷增大K，反復(fù)分析直至邊坡達(dá)到臨界破壞狀態(tài)。假設(shè)此時(shí)粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角為ccr和φcr，由于邊坡處于臨界狀態(tài)，所對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)Kcr=1，可得原始邊坡對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)為:

由強(qiáng)度折減法的基本原理可見，其對(duì)安全系數(shù)的定義類似強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)的定義方式，但也存在不同:強(qiáng)度折減法是對(duì)整個(gè)邊坡巖土體的折減，而Bishop法只是對(duì)滑動(dòng)面上的巖土參數(shù)進(jìn)行折減。強(qiáng)度折減法認(rèn)為邊坡達(dá)到臨界失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的折減系數(shù)為安全系數(shù)，對(duì)應(yīng)的臨界滑動(dòng)面為邊坡的真實(shí)滑動(dòng)面，其無(wú)須事先假定滑動(dòng)面位置;Bishop法須事先假定滑動(dòng)面，通過(guò)不斷搜索，找到最小安全系數(shù)對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面，從而得到邊坡的安全系數(shù)和真實(shí)滑動(dòng)面。從這一點(diǎn)看，強(qiáng)度折減法優(yōu)于極限平衡法。但兩者計(jì)算得到的滑動(dòng)面和安全系數(shù)應(yīng)是相同的，這是因?yàn)锽ishop法計(jì)算得到的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面為邊坡原始狀態(tài)的潛在滑面，此面是所有滑面中抗滑能力最小的;而當(dāng)整個(gè)邊坡的參數(shù)同時(shí)折減的時(shí)候，潛在滑面的抗滑能力在整個(gè)邊坡中仍是最小的，因此，兩種方法得到的滑動(dòng)面是相同的。

三、國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的閱讀及創(chuàng)新點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)

在弄清了強(qiáng)度折減法的概念和原理后，我們會(huì)有一些自己的想法和一些疑問(wèn)，如公式(2)傳達(dá)給我們的信息包括了:粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角對(duì)于邊坡安全系數(shù)的影響是一致的，但實(shí)際上是不是一致的?對(duì)于Mohr-Coulomb準(zhǔn)則中，強(qiáng)度參數(shù)是粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，而在其他準(zhǔn)則中，強(qiáng)度參數(shù)不是這些，那強(qiáng)度折減法是怎么實(shí)施的?強(qiáng)度折減的定義說(shuō)明，需要對(duì)邊坡進(jìn)行折減直到邊坡達(dá)到臨界失穩(wěn)狀態(tài)，那什么時(shí)候才是邊坡臨界失穩(wěn)狀態(tài)，有沒(méi)有統(tǒng)一的判別標(biāo)準(zhǔn)?等等。有了這些疑問(wèn)后，我們就會(huì)想辦法去尋找答案，而這也正是創(chuàng)新點(diǎn)尋找的一個(gè)有效方法，帶著問(wèn)題興趣去發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新?？墒?，也許這些想法在之前有學(xué)者進(jìn)行了研究，并且把這些問(wèn)題解決了，因此，為了弄清自己的這些想法是否是可以實(shí)踐的創(chuàng)新點(diǎn)，我們還需要進(jìn)行查新，也就是對(duì)于大量文獻(xiàn)的閱讀，以尋找材料的支撐。以下是對(duì)于強(qiáng)度折減法的一些文獻(xiàn)綜述和分析。

(一)強(qiáng)度折減法計(jì)算安全系數(shù)的文獻(xiàn)綜述

1975年，Zienkiewicz等在研究土力學(xué)中的相關(guān)性流動(dòng)法則與非相關(guān)性流動(dòng)法則的文章中［3］，在算例部分里用有限元法分析了一個(gè)均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性。他們把粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ正切值同時(shí)除以一強(qiáng)度折減系數(shù)SRF，使邊坡剛好達(dá)到破壞狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)的強(qiáng)度折減系數(shù)與極限平衡法計(jì)算的安全系數(shù)非常接近。Zienkiewicz等計(jì)算邊坡安全系數(shù)的原理與極限平衡法相同，均采用對(duì)邊坡材料強(qiáng)度進(jìn)行同比折減，使滑動(dòng)面上點(diǎn)達(dá)到Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則。但是，兩種方法主要的區(qū)別是，極限平衡法采用條分法進(jìn)行受力分析，而Zienkiewicz等則采用力學(xué)分析能力較強(qiáng)的有限元法進(jìn)行受力分析，使受力分析結(jié)果更為準(zhǔn)確，進(jìn)而可獲得更準(zhǔn)確的邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果。由于受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的限制，計(jì)算量很大的有限元法難以得到廣泛應(yīng)用，因此在隨著的十多年中，該基于有限元法的邊坡穩(wěn)定性分析方法沒(méi)有引起很大的關(guān)注。

1992 年，Matsui等［4］采用 Zienkiewicz等的方法分析多個(gè)邊坡的穩(wěn)定性，并把該方法正式命名為“強(qiáng)度折減技術(shù)(Shear strength reduction technique)"。他們從物理意義出發(fā)，討論了臨界強(qiáng)度折減系數(shù)與傳統(tǒng)邊坡穩(wěn)定分析方法的安全系數(shù)的關(guān)系。因此，從一定意義上講，Matsui等極大推動(dòng)了強(qiáng)度折減的有限元邊坡穩(wěn)定分析方法的發(fā)展。從而引發(fā)一系列相關(guān)研究，如 Duncan［5］等，Griffiths 等［6］詳細(xì)論述了如何把強(qiáng)度折減技術(shù)與理想彈塑性(Mohr-Coulomb)有限單元法相結(jié)合分析邊坡的穩(wěn)定性，并從多角度對(duì)不同邊坡進(jìn)行了細(xì)致分析，其中包括均質(zhì)土坡、含薄軟夾層的邊坡、不同軟硬程度地基上的邊坡、不同水位高度的邊坡和雙側(cè)穩(wěn)定分析的堤壩。通過(guò)大量算例分析及與極限平衡法結(jié)果比較，說(shuō)明有限元強(qiáng)度折減法分析邊坡穩(wěn)定性的有效性。Han［7］對(duì)比了采用極限平衡法和強(qiáng)度折減法分析了邊坡在不同工況下安全系數(shù)和滑動(dòng)面的情況，得到兩者之間的滑動(dòng)面存在一定差別，但安全系數(shù)的差別很小;Dawson等［8］將強(qiáng)度折減法得到的結(jié)果與上限極限分析方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，表明強(qiáng)度折減法得到的結(jié)果略大于極限方法得到的結(jié)果，并探討了關(guān)聯(lián)和非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則情況下的強(qiáng)度折減法。

近幾年，我國(guó)學(xué)者也對(duì)有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行了研究，較早的有宋二祥［9］定義了土工結(jié)構(gòu)安全系數(shù)為其極限承載力與所需承載力之比，給出了按此定義計(jì)算土工結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的有限元法。在計(jì)算中討論了弧長(zhǎng)控制法的應(yīng)用。作為算例，首先計(jì)算了一座土壩的安全系數(shù)，并與Bishop方法的計(jì)算結(jié)果相比較，二者相當(dāng)吻合。此外，還計(jì)算了用土工織物加強(qiáng)路基的安全系數(shù)，進(jìn)一步說(shuō)明了此法的可靠性及適用性。連鎮(zhèn)營(yíng)等［10］用強(qiáng)度折減有限元方法對(duì)開挖邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了較為全面的研究。分析結(jié)果表明:當(dāng)折減系數(shù)達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，邊坡內(nèi)一定幅值的廣義剪應(yīng)變自坡底向坡頂貫通，認(rèn)為邊坡破壞，定義此前的折減系數(shù)為安全系數(shù);和強(qiáng)度指標(biāo)相比，彈性模量、泊松比、剪脹角和側(cè)壓力系數(shù)對(duì)邊坡的安全系數(shù)影響不大;開挖邊坡和天然邊坡具有相似的破壞形式，表明強(qiáng)度折減有限元方法適用于開挖邊坡的穩(wěn)定性分析;最后指出，強(qiáng)度折減有限元法具有廣泛的適用性和良好的應(yīng)用前景。鄭宏［11］分析了目前在利用彈塑性有限元法求解安全系數(shù)時(shí)所存在的一些問(wèn)題，指出在對(duì)強(qiáng)度參數(shù)折扣的同時(shí)，必需滿足φ和μ(泊松比)不等式:sinφ1－2μ，才能使所求得的安全系數(shù)接近于經(jīng)典的極限平衡法;隨后，趙尚毅等、鄭穎人等的工作［12-22］掀起了國(guó)內(nèi)強(qiáng)度折減法研究的熱潮，使該方法成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，他們首先進(jìn)行了該法基本理論和提高計(jì)算精度的研究，隨著計(jì)算精度的提高，這種方法受到國(guó)內(nèi)巖土工程界和設(shè)計(jì)部門的廣泛關(guān)注。一方面擴(kuò)大了有限元極限分析法的應(yīng)用范圍，另一方面也開始被一些工程設(shè)計(jì)部門實(shí)際采用。然后，探討了有限元法中安全系數(shù)的定義，以及有限元法的優(yōu)越性;同時(shí)，將該方法的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)大，從均質(zhì)的土坡、土基擴(kuò)大到具有結(jié)構(gòu)面的巖坡與巖基;從二維擴(kuò)大到三維;還擴(kuò)展到尋找邊(滑)坡中多個(gè)潛在滑面;進(jìn)行巖土與結(jié)構(gòu)共同作用的支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);他們利用有限元強(qiáng)度折減法對(duì)幾種常用的屈服準(zhǔn)則進(jìn)行了比較，導(dǎo)出了各種準(zhǔn)則互相代換的關(guān)系，并采用莫爾一庫(kù)侖等面積圓屈服準(zhǔn)則代替莫爾一庫(kù)侖準(zhǔn)則，通過(guò)算例表明由此求得的邊坡安全系數(shù)與傳統(tǒng)方法的計(jì)算結(jié)果十分接近。

目前，強(qiáng)度折減法計(jì)算邊坡安全系數(shù)方面的研究，雖然取得了不少成果，但還遠(yuǎn)未達(dá)到完善的程度。如(1)眾多學(xué)者在應(yīng)用強(qiáng)度折減法研究邊坡穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)算例采用強(qiáng)度折減法和極限平衡法計(jì)算邊坡的安全系數(shù)和潛在滑動(dòng)面時(shí)，存在一些差別，但是影響這些差別的原因，以及他們之間的關(guān)系尚不明確;(2)較少?gòu)奈⒂^角度分析邊坡失穩(wěn)本質(zhì)，探討粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角對(duì)穩(wěn)定性的影響程度，哪個(gè)參數(shù)先發(fā)揮作用，或者哪個(gè)參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)較大亦不清楚;(3)如何從數(shù)值計(jì)算結(jié)果判斷邊坡進(jìn)入臨界失穩(wěn)狀態(tài)，目前主要有塑性區(qū)貫通判據(jù)，計(jì)算不收斂判據(jù)和位移特征判據(jù)，但三種判據(jù)得到的安全系數(shù)是否一致，哪種判據(jù)的精度最高、實(shí)施過(guò)程最為簡(jiǎn)便合理尚不明確，從而導(dǎo)致至今仍未形成統(tǒng)一的失穩(wěn)判據(jù);(4)如何利用強(qiáng)度折減法的結(jié)果直接確定邊坡的臨界滑動(dòng)面，以及相應(yīng)影響因素有哪些，亦尚不明確;(5)強(qiáng)度折減法主要應(yīng)用于Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，但對(duì)于不同類型的邊坡，Mohr-Coulomb準(zhǔn)則并不完全適用，有必要采用其他非線性準(zhǔn)則描述邊坡的穩(wěn)定性響應(yīng)，因此，將強(qiáng)度折減法與這些準(zhǔn)則相結(jié)合顯得十分有意義。

通過(guò)這些分析就得到了上述的可以轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新點(diǎn)的問(wèn)題。

(二)強(qiáng)度折減法確定邊坡滑動(dòng)面的文獻(xiàn)綜述

確定臨界滑動(dòng)面位置是邊坡穩(wěn)定分析的重要內(nèi)容。一般的邊坡穩(wěn)定分析要求分析者計(jì)算前輸入滑動(dòng)面的位置，這對(duì)分析者的理論水平和工程經(jīng)驗(yàn)提出了較高的要求。但對(duì)比較復(fù)雜的邊坡，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的分析者也難以預(yù)先準(zhǔn)確指定臨界滑動(dòng)面的所在位置。因此，從20世紀(jì)70年代后期開始，很多學(xué)者致力于臨界滑動(dòng)面自動(dòng)搜索技術(shù)的研究，提出了多種確定邊坡圓弧或非圓弧臨界滑動(dòng)面的優(yōu)化搜索方法。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)值分析方法逐漸被運(yùn)用于邊坡穩(wěn)定性分析。一般可將數(shù)值方法分成兩種:強(qiáng)度折減法和與優(yōu)化搜索法結(jié)合的分析方法。其中，第二種方法將數(shù)值計(jì)算與臨界滑動(dòng)面搜索相結(jié)合，通過(guò)優(yōu)化理論指定一系列線段和圓弧的組合作為可能的滑移路徑，根據(jù)數(shù)值計(jì)算得到的應(yīng)力分布從中搜索出安全系數(shù)最小的滑移路徑作為潛在滑面。如Kim［23］根據(jù)有限元法計(jì)算的應(yīng)力場(chǎng)，通過(guò)一改進(jìn)搜索策略尋找邊坡的臨界滑動(dòng)面。Zou［24］，Yamagami［25］分別把有限元法與改進(jìn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和動(dòng)態(tài)規(guī)劃法相結(jié)合，對(duì)多個(gè)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。這些方法需要在計(jì)算的基礎(chǔ)上再采用其他優(yōu)化理論，只是間接使用了數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，但若能直接將數(shù)值方法得到的應(yīng)力或者位移應(yīng)用于滑動(dòng)面確定上，則可略去優(yōu)化方法的使用，使數(shù)值方法更為簡(jiǎn)便。

四、創(chuàng)新點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)以上對(duì)于強(qiáng)度折減法概念和原理的分析，以及對(duì)相應(yīng)參考文獻(xiàn)的綜述與分析，從而得到了相應(yīng)的創(chuàng)新點(diǎn)，而接下來(lái)所需要做的，就在針對(duì)這些創(chuàng)新點(diǎn)，進(jìn)行研究，將所提煉的創(chuàng)新點(diǎn)一個(gè)一個(gè)實(shí)現(xiàn)出來(lái)，針對(duì)強(qiáng)度折減法，則可進(jìn)行如下工作。

1．在實(shí)際邊坡發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，并不是粘結(jié)力和摩擦力絕對(duì)一方充分發(fā)揮后，才由另一方發(fā)揮作用?；瑒?dòng)面上摩擦力與粘結(jié)力可能同時(shí)發(fā)揮作用，只是他們發(fā)揮程度不同而已，因此，可分析在不同坡角情況下，粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響程度，從巖土體微觀抗剪機(jī)理闡述了邊坡穩(wěn)定性的影響因素，這部分內(nèi)容作者在文獻(xiàn)［26］中得以實(shí)現(xiàn)。

2．對(duì)同一算例分別實(shí)施三種判據(jù):塑性區(qū)貫通判據(jù);計(jì)算不收斂判據(jù);位移突變判據(jù)。采用拉格朗日元法對(duì)邊坡進(jìn)行彈塑性穩(wěn)定分析，將三種判據(jù)得到的安全系數(shù)與Janbu法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，討論各種判據(jù)的合理性及實(shí)用性，這部分內(nèi)容作者在文獻(xiàn)［27，28］中得以實(shí)現(xiàn)。

3．采用強(qiáng)度折減法的計(jì)算結(jié)果直接確定邊坡滑動(dòng)面，并分析穩(wěn)定性影響因素，這部分內(nèi)容作者在文獻(xiàn)［29］中得以實(shí)現(xiàn)。

4．為了在Hoek-Brown準(zhǔn)則中實(shí)施強(qiáng)度折減法，并使其得到的結(jié)果與Mohr-Coulomb準(zhǔn)則中強(qiáng)度折減法得到的結(jié)果等效;通過(guò)理論推導(dǎo)確定Hoek-Brown準(zhǔn)則參數(shù)與Mohr-Coulomb準(zhǔn)則參數(shù)之間的關(guān)系;然后，進(jìn)一步得到在Hoek-Brown準(zhǔn)則中強(qiáng)度折減法的實(shí)施方法。這部分內(nèi)容作者在文獻(xiàn)［30-32］中得以實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)然，在強(qiáng)度折減法上還有很多可以研究的內(nèi)容，如邊坡破壞的微觀機(jī)理研究，非線性準(zhǔn)則下邊坡滑動(dòng)面的變化情況，等等。這些都將是作者繼續(xù)進(jìn)行的研究工作。

從作者的研究過(guò)程，可以看出，創(chuàng)新點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)，首先是要把握一個(gè)大的方向，然后，對(duì)基本概念和原理十分了解，從而出發(fā)，逐漸探索發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點(diǎn)的過(guò)程。

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Innovation Habit Cultivation in the Educationand Scientific Research of Geotechnical Engineering Major

LIN Hang
(School of Resources ＆ Safety Engineering，Central South University，Changsha Hunan 410083，China)

postgraduate education;scientific research;innovation;habit

Knowledge innovation is the foundation and the core in the future of social culture，innovation talents is decided to be the key factors in the competitiveness of national and enterprise．Postgraduate education shoulders for the modernization of our country and training high-level creative talents，therefore，cultivate and enhance the innovative ability of graduate students is the key problem to improve the cultivation quality of graduate students．Training graduate students＇innovation ability is not a slogan，but a practice target．Innovative research of graduate students cultivation process is to establish a habit of innovation，the paper takes the author’s doctoral study on the slope strength reduction method as example，to elaborate the cultivation process of the scientific research innovation habit．

G642．0

A

2095-2708(2012)04-0044-05

2012-05-03