关于滑弧稳定分析方法的改进

关于滑弧稳定分析方法的改进

1这两种创新理念人们将科技创新分为两类：跟踪创新和原始创新。两种创新的思维方式有很大的不同，可以比作鸟类育种和蜜蜂育种。1.1鸟的应用技术这一思维方式专注于别人成果中的不足之处，提出修正完善意见，好像啄木鸟专门盯着树木中的空洞一样。这类成果从论文题目中就会反映出来，例如“xx方法的改进”，“xx模型的改进”等。这类创新成果中也不乏少量优秀成果，但多数比较一般，个别甚至有错误。这类研究成果可以分为下列4类。(1）．条间作用力以边坡滑弧稳定分析方法为例，这一问题的专注点是条间作用力。Felleneous法不考虑条间作用力，Krey-Bishop法考虑了水平作用力，Morgenstern-Price法对条间力作了比较全面的考虑，这些都是重大的改进。(2）在枝节上的改进如果说遗传算法的引入在寻找最危滑弧方面是一个重大的改进，那么再在遗传算法实施细节上作一些改进，只能算作枝节上的改进了。另如砂土液化分析中，从一维有效应力分析到二维有效应力分析似属重大改进，但在振动孔隙压力经验公式上对Seed公式作一些修改，则只能算作枝节上的改进了。可以说，大多数跟踪性创新成果都属于这一类。(3）在条间作用假定这类成果从形式上看似有创新，但并未改变问题的实质。例如挡土墙上的土压力分布，可以直接假定某一分布曲线的形状，也可以间接假定滑动面上法向反力分布曲线的形状，再就是把滑楔分条，对条间力作假定，使之成为静定问题。三种假设本质上是一样的。简接假定往往比直接假定麻烦，不值得提倡。著名的例子是剑桥模型中Roscoe提出的能量假设，由此推出屈服面的形状。后来人们都采用直接假定屈服面形状的办法，不再自找麻烦，先去做一个能量假设。另一个例子是孔径分布，传统的办法是把测试结果用经验曲线拟合，例如用幂曲线。现在有人引入分形几何，把测试结果绘在双对数纸上，得出了分维数。这样做除了把幂次改换成分维数外，似乎没有带来什么实质性的变化。(4）改进misa准则个别名为“改进”的论文实际上却是“改退”，例如考虑渗透力的滑弧稳定分析法与传统的考虑孔隙压力的分析方法相比，只能算是改退。又如，有人认为Duncan模型中没有考虑中主应力影响，需要改进，于是在模型计算公式中用平均应力代替小主应力。大家知道，Duncan模型中应用Mohr-Coulomb准则，用平均应力代替后则改成了Mises准则。对岩土材料，前者优于后者，这已是共识，因此，这样的“改进”恐怕也只能算是“改退”。跟踪创新可以采用下列3种方法：(1)外延法，即增加所考虑的因素。例如前面所举的条分法中考虑条间力和把一维问题推广到二维问题。(2)内敛法，即忽略一些因素，进行适当简化。例如砂井理论把三维问题简化为轴对称问题，裘布依假设把地下水计算由三维问题简化为二维问题，更是著名的例子。本人最近建议的非饱和土简化固结理论也可以算一例。一些归一化方法和等效算法（如砂井地基的等效砂墙）也可以归入这类方法。(3)替代法，即用更好的和更省的办法替代原有的办法。如前面所说的，用遗传算法替代通常的寻优方法。需要注意的是，运用外延法时要避免“画蛇添足”，即把不需要考虑的因素也考虑进去，应用替代法时，要避免“改退”，或是“改头换面”式的没有实际意义的改进。当然，应用内敛法时，对于被忽略的因素能否忽略，需要充分论证。由以上分析和实例可见，啄木鸟方式研究的不可缺少的工具是显微镜，用它来寻找前人成果中的缺点。1.2采花粉的利用原始创新旨在创建自己的成果，前人成果只是作为素材加以利用，如象蜜蜂采花粉是为了酿出自己的蜜一样。这类成果一般冠以新XX的名称，例如新理论、新方法、新模型等，并可以按意义的大小区分为以下3类。(1）全球意义以某一学科分支为标准，对其创建和发展有重大影响的成果，例如土力学中的Terzaghi固结理论和有效应力原理。(2）砂井加固方法对学科分支的某一方面有影响的，例如Duncan模型，砂井加固方法等。当然，这样的划分只是相对的。如果只就地基处理技术而言，砂井固技术就有全局意义。(3）第二，吸收并验证了原始创新活动的成果这类成果就是一般所谓的钻牛角尖、玩数学游戏之类的成果。它们的确是前人没有搞过的，推导的过程也是正确的，因而也是一种创新成果。但它们中有的不符合实际情况，有的只抓住次要因素，忽略主要因素，从而没有实用价值。例如有人用突变论分析边坡稳定，但只考虑凝聚力，不考虑摩擦力，显然没有多大实用价值。原始创新活动中，紧盯的不是别人的缺点而是别人的优点，也就是说，要吸收迄今为止前人所获得的优秀成果，在此基础上，创造出自己的东西来。达到原始创新的方法有以下3种：(1)给新理论指导与应用生物杂交法从父本和母本中吸取优点，培育出新品种来。碾压混凝土坝筑坝技术汲取了混凝土坝的优点和土石坝的优点，可以说是杂交法应用的典型。本人早年把苏联学者的静力分析理论和美国学者的运动分析理论结合起来，提出土体极限平衡理论，也可以算作一例。引进新理论、新技术取得成功，也可以算作这一类创新，例如谢和平把分形理论引入岩石力学中。但把这一类方法另外称嫁接法或移植法可能更恰当一些。(2)元素周期表的发现这一方法是把迄今为止本领域内所有前人研究成果排列对比，找出规律性。著名的例子是元素周期表的发现。俞茂宏提出的双剪强度理论也是运用这一方法。因为在此以前已经有单剪（Tresca）准则和三剪（Mises）准则。又如某一观测方法中已经有光法、电法、热法、声波法，尚缺磁法，就不妨去试一试。(3)新理论、非饱和土固结和新兴产学的实践和模型新理论的产生可以用化学反应来比拟。当原材料，反应环境和催化剂具备以后，就会产生新的化合物。本领域内数据和资料就是原材料，相邻学科的发展水平就是环境条件，而科研人员的卓越素质则是催化剂。相对论和量子力学的提出如此，Terzaghi固结理论的提出也是如此。下面以剑桥模型的提出为例作一说明。上世纪50年代就重塑软土进行了大量试验，积累了丰富的试验资料，特别是对土的剪胀性逐渐有了认识。与此同时，塑性力学也有了长足的发展。因此，60年代Roscoe提出剑桥模型正是水到渠成之事。新理论的提出往往不是一个人的功劳，但是某人可能在其中起关键性作用。例如1958年Drucker已经与剑桥学派合作提出了帽子屈服面的概念，Rowe和魏汝龙也分别提出了自己的剪胀理论。胡海昌—鹫津一般变分原理的提出更充分说明，当客观条件成熟时，你不提出新理论，别人就可能提出。非饱和土固结理论的提出更是一个突出的例子，1990—1995期间，先后有6～7名学者发表了类似的理论，光中国学者就有3名（李锡夔、杨代泉、陈正汉）。显然，他们都是独立完成的，而不是抄袭的。但是能够独具慧眼，率先完成理论上的飞跃，则是值得推崇的。与跟踪创新只需要显微镜不同，原始创新既需要显微镜，更需要望远镜和透视镜。显微镜用于看清症结所在，找到解决具体问题的方法，而望远镜用于看准前进的方向，找到突破口。透视镜指的是透过现象看到本质，这方面最成功的例子是哥白尼提出的“日心说”。2跟踪创新是正确要做好原始创新，必须具备两个条件，即一要立志，二要打好基础。诚然，原始创新并不是每人都能做到，但如果不立志去做原始创新，恐怕连跟踪创新也做不好。正像拿破仑所说，一个不想当将军的士兵，不是一个好士兵。一个不想做原始创新的人，他的思维定势就有问题，因为他往往习惯于从别人论文的夹缝中寻找研究题目，只拿着显微镜仔细去找，而不会用望远镜和透视镜。如果你能时刻记得，我要搞自己的东西，不能老是跟在别人后面走，你就能逐渐学会用望远镜。到时候，即使你做出的成果仍然是跟踪性的，也一定比别人做得好。打好基础要做到下列3点。(1)有个别人的创新科学方法包括归纳法、演绎法、比拟法等，一般通过研究生阶段的实践活动都能够掌握。好像母语的语法一样，并不需要专门去学习。但也有个别人没有掌握好，如果他们也去创新，就可能是“乱创新”。一些民间科学家声称证明了歌德巴赫猜想就是一例。其实，专业领域内也会有这样的人，他们的思维方法与常人不一样，甚至使用的名词术语也很怪，无法与同行交流。(2)叠加基本原理土力学中最基本的概念莫过于有效应力原理，但是要真的掌握它，并非易事。其他一些重要概念，例如叠加原理只适用于线性问题；高阶