關(guān)于滑弧穩(wěn)定分析方法的改進(jìn)

關(guān)于滑弧穩(wěn)定分析方法的改進(jìn)

1這兩種創(chuàng)新理念人們將科技創(chuàng)新分為兩類：跟蹤創(chuàng)新和原始創(chuàng)新。兩種創(chuàng)新的思維方式有很大的不同，可以比作鳥類育種和蜜蜂育種。1.1鳥的應(yīng)用技術(shù)這一思維方式專注于別人成果中的不足之處，提出修正完善意見，好像啄木鳥專門盯著樹木中的空洞一樣。這類成果從論文題目中就會(huì)反映出來，例如“xx方法的改進(jìn)”，“xx模型的改進(jìn)”等。這類創(chuàng)新成果中也不乏少量?jī)?yōu)秀成果，但多數(shù)比較一般，個(gè)別甚至有錯(cuò)誤。這類研究成果可以分為下列4類。(1）．條間作用力以邊坡滑弧穩(wěn)定分析方法為例，這一問題的專注點(diǎn)是條間作用力。Felleneous法不考慮條間作用力，Krey-Bishop法考慮了水平作用力，Morgenstern-Price法對(duì)條間力作了比較全面的考慮，這些都是重大的改進(jìn)。(2）在枝節(jié)上的改進(jìn)如果說遺傳算法的引入在尋找最?；》矫媸且粋€(gè)重大的改進(jìn)，那么再在遺傳算法實(shí)施細(xì)節(jié)上作一些改進(jìn)，只能算作枝節(jié)上的改進(jìn)了。另如砂土液化分析中，從一維有效應(yīng)力分析到二維有效應(yīng)力分析似屬重大改進(jìn)，但在振動(dòng)孔隙壓力經(jīng)驗(yàn)公式上對(duì)Seed公式作一些修改，則只能算作枝節(jié)上的改進(jìn)了?？梢哉f，大多數(shù)跟蹤性創(chuàng)新成果都屬于這一類。(3）在條間作用假定這類成果從形式上看似有創(chuàng)新，但并未改變問題的實(shí)質(zhì)。例如擋土墻上的土壓力分布，可以直接假定某一分布曲線的形狀，也可以間接假定滑動(dòng)面上法向反力分布曲線的形狀，再就是把滑楔分條，對(duì)條間力作假定，使之成為靜定問題。三種假設(shè)本質(zhì)上是一樣的。簡(jiǎn)接假定往往比直接假定麻煩，不值得提倡。著名的例子是劍橋模型中Roscoe提出的能量假設(shè)，由此推出屈服面的形狀。后來人們都采用直接假定屈服面形狀的辦法，不再自找麻煩，先去做一個(gè)能量假設(shè)。另一個(gè)例子是孔徑分布，傳統(tǒng)的辦法是把測(cè)試結(jié)果用經(jīng)驗(yàn)曲線擬合，例如用冪曲線。現(xiàn)在有人引入分形幾何，把測(cè)試結(jié)果繪在雙對(duì)數(shù)紙上，得出了分維數(shù)。這樣做除了把冪次改換成分維數(shù)外，似乎沒有帶來什么實(shí)質(zhì)性的變化。(4）改進(jìn)misa準(zhǔn)則個(gè)別名為“改進(jìn)”的論文實(shí)際上卻是“改退”，例如考慮滲透力的滑弧穩(wěn)定分析法與傳統(tǒng)的考慮孔隙壓力的分析方法相比，只能算是改退。又如，有人認(rèn)為Duncan模型中沒有考慮中主應(yīng)力影響，需要改進(jìn)，于是在模型計(jì)算公式中用平均應(yīng)力代替小主應(yīng)力。大家知道，Duncan模型中應(yīng)用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，用平均應(yīng)力代替后則改成了Mises準(zhǔn)則。對(duì)巖土材料，前者優(yōu)于后者，這已是共識(shí)，因此，這樣的“改進(jìn)”恐怕也只能算是“改退”。跟蹤創(chuàng)新可以采用下列3種方法：(1)外延法，即增加所考慮的因素。例如前面所舉的條分法中考慮條間力和把一維問題推廣到二維問題。(2)內(nèi)斂法，即忽略一些因素，進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。例如砂井理論把三維問題簡(jiǎn)化為軸對(duì)稱問題，裘布依假設(shè)把地下水計(jì)算由三維問題簡(jiǎn)化為二維問題，更是著名的例子。本人最近建議的非飽和土簡(jiǎn)化固結(jié)理論也可以算一例。一些歸一化方法和等效算法（如砂井地基的等效砂墻）也可以歸入這類方法。(3)替代法，即用更好的和更省的辦法替代原有的辦法。如前面所說的，用遺傳算法替代通常的尋優(yōu)方法。需要注意的是，運(yùn)用外延法時(shí)要避免“畫蛇添足”，即把不需要考慮的因素也考慮進(jìn)去，應(yīng)用替代法時(shí)，要避免“改退”，或是“改頭換面”式的沒有實(shí)際意義的改進(jìn)。當(dāng)然，應(yīng)用內(nèi)斂法時(shí)，對(duì)于被忽略的因素能否忽略，需要充分論證。由以上分析和實(shí)例可見，啄木鳥方式研究的不可缺少的工具是顯微鏡，用它來尋找前人成果中的缺點(diǎn)。1.2采花粉的利用原始創(chuàng)新旨在創(chuàng)建自己的成果，前人成果只是作為素材加以利用，如象蜜蜂采花粉是為了釀出自己的蜜一樣。這類成果一般冠以新XX的名稱，例如新理論、新方法、新模型等，并可以按意義的大小區(qū)分為以下3類。(1）全球意義以某一學(xué)科分支為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其創(chuàng)建和發(fā)展有重大影響的成果，例如土力學(xué)中的Terzaghi固結(jié)理論和有效應(yīng)力原理。(2）砂井加固方法對(duì)學(xué)科分支的某一方面有影響的，例如Duncan模型，砂井加固方法等。當(dāng)然，這樣的劃分只是相對(duì)的。如果只就地基處理技術(shù)而言，砂井固技術(shù)就有全局意義。(3）第二，吸收并驗(yàn)證了原始創(chuàng)新活動(dòng)的成果這類成果就是一般所謂的鉆牛角尖、玩數(shù)學(xué)游戲之類的成果。它們的確是前人沒有搞過的，推導(dǎo)的過程也是正確的，因而也是一種創(chuàng)新成果。但它們中有的不符合實(shí)際情況，有的只抓住次要因素，忽略主要因素，從而沒有實(shí)用價(jià)值。例如有人用突變論分析邊坡穩(wěn)定，但只考慮凝聚力，不考慮摩擦力，顯然沒有多大實(shí)用價(jià)值。原始創(chuàng)新活動(dòng)中，緊盯的不是別人的缺點(diǎn)而是別人的優(yōu)點(diǎn)，也就是說，要吸收迄今為止前人所獲得的優(yōu)秀成果，在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)造出自己的東西來。達(dá)到原始創(chuàng)新的方法有以下3種：(1)給新理論指導(dǎo)與應(yīng)用生物雜交法從父本和母本中吸取優(yōu)點(diǎn)，培育出新品種來。碾壓混凝土壩筑壩技術(shù)汲取了混凝土壩的優(yōu)點(diǎn)和土石壩的優(yōu)點(diǎn)，可以說是雜交法應(yīng)用的典型。本人早年把蘇聯(lián)學(xué)者的靜力分析理論和美國學(xué)者的運(yùn)動(dòng)分析理論結(jié)合起來，提出土體極限平衡理論，也可以算作一例。引進(jìn)新理論、新技術(shù)取得成功，也可以算作這一類創(chuàng)新，例如謝和平把分形理論引入巖石力學(xué)中。但把這一類方法另外稱嫁接法或移植法可能更恰當(dāng)一些。(2)元素周期表的發(fā)現(xiàn)這一方法是把迄今為止本領(lǐng)域內(nèi)所有前人研究成果排列對(duì)比，找出規(guī)律性。著名的例子是元素周期表的發(fā)現(xiàn)。俞茂宏提出的雙剪強(qiáng)度理論也是運(yùn)用這一方法。因?yàn)樵诖艘郧耙呀?jīng)有單剪（Tresca）準(zhǔn)則和三剪（Mises）準(zhǔn)則。又如某一觀測(cè)方法中已經(jīng)有光法、電法、熱法、聲波法，尚缺磁法，就不妨去試一試。(3)新理論、非飽和土固結(jié)和新興產(chǎn)學(xué)的實(shí)踐和模型新理論的產(chǎn)生可以用化學(xué)反應(yīng)來比擬。當(dāng)原材料，反應(yīng)環(huán)境和催化劑具備以后，就會(huì)產(chǎn)生新的化合物。本領(lǐng)域內(nèi)數(shù)據(jù)和資料就是原材料，相鄰學(xué)科的發(fā)展水平就是環(huán)境條件，而科研人員的卓越素質(zhì)則是催化劑。相對(duì)論和量子力學(xué)的提出如此，Terzaghi固結(jié)理論的提出也是如此。下面以劍橋模型的提出為例作一說明。上世紀(jì)50年代就重塑軟土進(jìn)行了大量試驗(yàn)，積累了豐富的試驗(yàn)資料，特別是對(duì)土的剪脹性逐漸有了認(rèn)識(shí)。與此同時(shí)，塑性力學(xué)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。因此，60年代Roscoe提出劍橋模型正是水到渠成之事。新理論的提出往往不是一個(gè)人的功勞，但是某人可能在其中起關(guān)鍵性作用。例如1958年Drucker已經(jīng)與劍橋?qū)W派合作提出了帽子屈服面的概念，Rowe和魏汝龍也分別提出了自己的剪脹理論。胡海昌—鷲津一般變分原理的提出更充分說明，當(dāng)客觀條件成熟時(shí)，你不提出新理論，別人就可能提出。非飽和土固結(jié)理論的提出更是一個(gè)突出的例子，1990—1995期間，先后有6～7名學(xué)者發(fā)表了類似的理論，光中國學(xué)者就有3名（李錫夔、楊代泉、陳正漢）。顯然，他們都是獨(dú)立完成的，而不是抄襲的。但是能夠獨(dú)具慧眼，率先完成理論上的飛躍，則是值得推崇的。與跟蹤創(chuàng)新只需要顯微鏡不同，原始創(chuàng)新既需要顯微鏡，更需要望遠(yuǎn)鏡和透視鏡。顯微鏡用于看清癥結(jié)所在，找到解決具體問題的方法，而望遠(yuǎn)鏡用于看準(zhǔn)前進(jìn)的方向，找到突破口。透視鏡指的是透過現(xiàn)象看到本質(zhì)，這方面最成功的例子是哥白尼提出的“日心說”。2跟蹤創(chuàng)新是正確要做好原始創(chuàng)新，必須具備兩個(gè)條件，即一要立志，二要打好基礎(chǔ)。誠然，原始創(chuàng)新并不是每人都能做到，但如果不立志去做原始創(chuàng)新，恐怕連跟蹤創(chuàng)新也做不好。正像拿破侖所說，一個(gè)不想當(dāng)將軍的士兵，不是一個(gè)好士兵。一個(gè)不想做原始創(chuàng)新的人，他的思維定勢(shì)就有問題，因?yàn)樗?xí)慣于從別人論文的夾縫中尋找研究題目，只拿著顯微鏡仔細(xì)去找，而不會(huì)用望遠(yuǎn)鏡和透視鏡。如果你能時(shí)刻記得，我要搞自己的東西，不能老是跟在別人后面走，你就能逐漸學(xué)會(huì)用望遠(yuǎn)鏡。到時(shí)候，即使你做出的成果仍然是跟蹤性的，也一定比別人做得好。打好基礎(chǔ)要做到下列3點(diǎn)。(1)有個(gè)別人的創(chuàng)新科學(xué)方法包括歸納法、演繹法、比擬法等，一般通過研究生階段的實(shí)踐活動(dòng)都能夠掌握。好像母語的語法一樣，并不需要專門去學(xué)習(xí)。但也有個(gè)別人沒有掌握好，如果他們也去創(chuàng)新，就可能是“亂創(chuàng)新”。一些民間科學(xué)家聲稱證明了歌德巴赫猜想就是一例。其實(shí)，專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)也會(huì)有這樣的人，他們的思維方法與常人不一樣，甚至使用的名詞術(shù)語也很怪，無法與同行交流。(2)疊加基本原理土力學(xué)中最基本的概念莫過于有效應(yīng)力原理，但是要真的掌握它，并非易事。其他一些重要概念，例如疊加原理只適用于線性問題；高階