1、1智能岩土工程的特点初探摘要：通过对岩土工程发展现状和现代信息科学的简单讨论，提出了岩土工程未来发展的新方向智能岩土工程论述了智能岩土工程的主要研究内容以及信息计算机及人工智能技术在岩土工程中的应用现状。 关键词：智能岩土工程；信息系统；仿真系统 中图分类号：U412.22+1 文献标识码：A 文章编号： 岩土工程的研究对象可归类为岩土材料的物理力学性质、岩土力学的基本理论及岩土工程设计施工的理论与方法智能岩土工程是利用计算机的推理、优化、综合集成等功能实现岩土工程发现、分析、解决问题过程中的智能模拟，它是以传统的岩土工程理论及研究方法为基础，运用信息计算机技术及人工智能模拟技术进行综合交叉研
2、究的边缘学科，其目的和意义就是要在岩土工程理论方法与信息计算机技术和人工智能模拟技术之间找到一个合适的生长点，促进岩土工程学科的发展和提高学科的整体研究水平 1 智能岩土工程的主要研究内容 就目前的认识来讲，智能岩土工程研究应主要包括以下几个方面的内容 11 信息系统研究 智能岩土工程中的信息主要指工程场地的工程水文地质条件及区域2地质条件等背景资料、岩土介质的物理力学性质、设计参数与模型、施工工艺参数以及施工过程中的量测信息如位移、应力等信息系统主要由信息获取与传输系统、信息识别系统、信息分析系统、决策系统等组成信息的获取可以通过键盘输入，或由计算机实时系统在线采集，也可通过全球信息网中的各
3、种数据库获得；信息的传输则是将信息通过各种数据网络汇集到计算机终端在岩土工程施工中，信息的获取与传输构成了一个复杂的监控系统，这个监控系统要能将施工过程中的各种信息及时连续地输送至计算机终端的信息识别与分析系统；信息识别与分析系统是整个研究体系的中枢神经，识别系统的主要功能是对所得到的信息及时进行鉴别研究，识别所研究的问题类型；而分析系统的主要功能是对所获取的信息进行一系列的分析研究，为决策系统提供依据信息分析系统包括以下几个方面，即：正分析；反演分析；预测分析；灾害分析通过这些分析，旨在对所研究的问题从机理和发展过程等方面都有一个深入全面的了解；决策系统是运用专家系统对所得到的各种信息、计算
4、结果进行综合分析、优化、判断和工程类比，发现问题并提出解决方案 12 仿真系统研究 仿真系统研究是指将可视化技术与三维动画图形图像显示相结合，使之能生动、直观而又逼真地展现岩土工程各个施工阶段的三维动态场景进行此项研究一个极为重要的目的就是建立全面而高效的工程管理系统，对工程进行总体模拟，进而在宏观上加强对整体工程的综合评价与控制 313 专家系统研究 专家系统实质为一系列智能数据库，它具有识别、判断、分析和学习的功能由于工程地质勘察资料存在一定的局限性和不完备性，尤其是土工试验结果由于取样扰动和试验仪器误差会呈现一定程度的不稳定性，再加上岩土介质本身的物理力学性质极为复杂，这些都使得现有的岩
5、土工程设计计算理论不得不建立在大量简化与假设的基础上，从而使岩土工程问题普遍存在不同程度的随机性、模糊性与不确定性因此到目前为止，岩土工程仍是一门实践性经验性均很强的学科，确定性的研究方法存在很大的局限，许多问题的处理解决同岩土工程师的经验密切相关专家系统就是在大量工程实际数据库和专家知识的基础上，运用工程类比、模糊评判等方法将专家经验知识可操作化，实现专家知识的共享，以解决实际问题 在实际的研究应用中，上述三个系统是互相交叉、相互联系的信息系统以数值分析方法为主要手段，同时也是智能岩土 J 二程研究的基础与核心内容，它主要对岩土工程问题的产生机理与发展过程从量上进行描述，以便在设计阶段对设计
6、施工方案进行最大限度的优化，在施工阶段通过对监测信息的分析随时发现问题并调整设计施工方案；仿真系统是在信息系统研究的基础上，实现信息系统研究结果的可视化，以在设计阶段模拟、预演岩土工程施工的全过程，在施工阶段根据已有的监测信息及调整后的设计施工方案模拟后继施工过程，动态直观地显示各个施工阶段可能出现的问题；专家系统是对信息系统、仿真系统的分析结果进行综合评判从而作出决策的工具，它贯穿于信息系统与仿真系统4的研究过程另外，信息系统与仿真系统的研究成果同时亦可拓展扩充专家系统的功能由此可见，信息系统、仿真系统与专家系统一起构成了智能岩土工程的有机整体，从不同侧面服务于岩土工程发现、分析及解决问题的
7、全过程 在智能岩土工程研究中信息是基础，因此首先应在信息的获取与传输方面进行大量的研究开发工作，一方面扩充信息的来源渠道，另一方面开发信息实时采集传输的智能元件，其次还应编制一些对信息进行归纳整理的程序在此基础上，即可根据岩土工程理论，运用数值方法对所得到的信息进行识别分析，辨识岩土工程问题类型，进而通过正分析、反演分析、预测分析、灾害分析等方法，深入全面地对施工过程中可能出现的问题进行研究，为工程决策提供依据；仿真系统研究主要是进行信息系统与仿真系统的接口开发及仿真分析程序研制；专家系统研究主要是建立具有分析、判断、学习功能的系列智能数据库可见智能岩土工程的整体研究框架是以信息系统的研究为基
8、础进行机理分析，进而运用仿真系统直观地模拟施工过程，最后用专家系统决策，进行设计施工方案的优化调整，提出岩土工程问题的解决办法及发出有关预警等，这一研究思路应贯穿岩土工程设计施工全过程 2 信息计算机及人工智能技术在岩土工程中的应用现状 关于信息计算机技术及人工智能模拟技术在岩土工程中的应用目前已进行了一定的研究，这可以从以下几个方面进行介绍 21 信息系统的研究 目前关于信息系统的研究主要集中于信息的识别与分析系统上在5信息识别上一方面运用数理统计、模糊数学等方法构建了岩土工程模型辨识与参数估计的方法体系，另一方面在岩土体本构关系理论研究上也进行了大量的工作，如双剪理论、土体结构性的本构模型
9、、损伤模型、循环加载模型等的提出，为信息识别研究奠定了一定的理论基础在信息分析方面，近 30 年来随着有限元、边界元、离散元、快速拉格朗日分析法、流形元法、分形块体力学法、非连续变形分析法等数值分析方法的飞速发展，岩土工程正分析、反分析、预测分析及灾害分析的理论方法不断丰富与完善，计算岩土体力学取得了丰硕的研究成果，可以有效解决岩土工程中的弹性、塑性、粘性、非线性、不连续性、各向异性、大变形及渗流耦合等静态、动态和与时间、空间效应有关的问题这些研究构成了现阶段信息分析系统的主要内容，同时为信息分析系统的进一步研究奠定了扎实的理论基础另外关于信息获取与传输的智能自动化，目前一定程度上还局限于在实
10、验室内进行数据信息的自动采集传输，在实际工程施工过程中尚未得到广泛的推广 22 仿真系统方面的研究 近年来仿真系统方面主要是进行数值仿真模拟研究，即将数值分析的结果用动画的方式显示，模拟施工过程中岩土体与构筑物位移、应力等的变化，在实际工程中也进行了一些应用，如三峡工程大江截流施工全过程的仿真模拟，三峡库区地质体实时滑坡仿真预报等 23 专家系统方面的研究 专家系统研究目前尚处于探索阶段，今后进行专家系统的研究时，一方面其数据库所涵盖的范围要尽可能广泛，另一方面应使其具有自动6判断、分析的功能，这需要长期的坚持不懈的努力 结语 我们以智能岩土工程的研究为载体，建立研究、开发、应用为一体的良眭循环体系，极大程度地提高学科的整体研究水平，为经济建设服务。 参考文献： 1俞茂宏双剪理论及其应用M北京：科学出版社，1998 2俞茂宏岩土类材料的统一强度理论及其应用J岩土工程学报，1994，16(2)：19 3沈珠江软土工程特性与软土地基设计J岩土工程学报，1998，20(1)：1130 一 111
