ISLAND GONDAL

在杭州的地质实习正式开始前，我们除了例行公事般聆听了可敬的地质专家+登山健将董炳炎老师的开场白，还意外地收获了一场张×教授的讲座（名字我没听清）。张×教授是同济校友，在日本名古屋大学获得岩土工程博士学位并留校任教，目前已经是名古屋大学的正教授，他也是第一位在日本取得正教授资格的岩土力学领域的中国专家。

张×教授说，岩土力学经过了半个多世纪的发展，为什么至今仍是一门要依靠经验判断的科学？问题不在于理论的不成熟——事实上，我们已经拥有很精确的力学模型，问题在于参与计算的几个初始参数如何确定，即实验方法的改善——怎样保证试验机里的土壤样品和工程中的土基性质一样？

过去土力学实验的一大通病就是用扰动土取代原状土。因为取样的过程总会破坏土壤的原始形态，放到试验机里的不再是原状的土，而是被人工扰动降低了力学性能的土（呃？怎么听上去有点不确定性原理&实证主义的味道？），所以我们总是在低估土壤的潜力。为了尽可能减小扰动，日本采用的办法是在水中加入大量可溶性盐将其凝固点降至-15度制成冷冻液，将冷冻液灌入土中使土壤冻结，然后就可以像切冻豆腐一样切割土壤，此时土壤样品内部的结构可以在最大限度上保持原状，待装入试验机后再行解冻。

张×教授的新成果是一台大大精简了的取样机，其核心部分是内外两管，外管冻结，内管取样。此取样机“小巧”得可以装在一辆轻型卡车上运到取样地点，一次试 验的经费也大大降低（我听着还是像天文数字，可能是单位为日元之故），用这种方法测得的土壤参数代入相关模型进行计算，理论值与实测值符合得相当好。


取样机取得的土壤样品


试验后的样品


不同参数下计算结果与实测值的比较（没用闪光灯，照得有点抖，看不清楚），两幅图都是应力-应变曲线。其中左边的图是用不同的参数代入同一种土力学模型得到的理论值。可以看出，随着参数选择的不同，计算结果差异很明显。很多模型宣称自己和试验值符合得很好，那是在他们已知试验结果的前提下，选择合适的参数去迎合实测值。然而在实际运用中，实测值是未知的。限制数学模型准确性的仍然是初始参数的选择。

右边的图是实际代入扰动土和原状土的参数的计算结果的比较，应力小的曲线是扰动土，应力大且形状不规则的是原状土。


这张看得更清楚——绿色曲线是用原状土参数计算出的理论值，红色曲线是用扰动土参数计算出的理论值，圆点是用新的试验机做出来的实测值。