隨著城市基礎設施建設日益向地下空間延伸，因地下巖土層擾動造成地表建筑開裂變形的問題越來越突出。目前許多城市尤其地下空間利用充分的大城市，類似地鐵、地下隧道等地下工程往往需要穿越繁華的主城區(qū)，這造成地表上的連片的房屋建筑不得不面臨因地基擾動造成的墻體開裂和變形等質量問題。不過，并不是所有的因為地下軌道交通工程施工導致材料開裂變形的都需要修復，實際上這也無法完成的工作，因此我們需要對開裂變形的房屋建筑材料進行合理精確的分析評估以判斷是否存在質量風險，是否需要進行修復。
   地表建筑開裂和變形是地下巖土層強力擾動的結果，這涉及到巖石力學概念。巖石力學概念認為，房屋建筑材料在開裂后，其受力變形情況會進入峰后區(qū)間(post-failure),而對開裂評估監(jiān)測就是建基于對峰后力學的研究。在工程力學界，Willam和Warnke合作提出了反應脆性材料開裂的W-W本構關系，這是一大突破，隨后美國的Desai開創(chuàng)了擾動狀態(tài)概念（disturbed state concept），也即是DSC，由此拉開了峰后材料力學研究的大幕。在此基礎上，我國學者也就DSC模型進行了細致化研究分析，使基于DSC模型對地表房屋開裂的評估和監(jiān)測技術應用日漸成熟，并在許多大型工程中得到驗證。
一、DSC本構模型工作原理介紹
   由于地面建筑材料存在不穩(wěn)定現(xiàn)象而導致出現(xiàn)復雜的應力應變，這是房屋開裂的實質，但傳統(tǒng)力學理論無法精準地描述出力學行為，自然也無法解決這一問題，而DSC模型則由于很好地組合了材料相對穩(wěn)定狀態(tài)和完全調整狀態(tài)，從而精準地描述出了峰后力學行為，為房屋開裂研究打開了口子。在（機械類、熱力）擾動中，房屋材料內部的微觀結構從原初的相對完整狀態(tài)逐漸過渡到完全調整狀態(tài)，在這一轉換過程中存在一個擾動函數(shù)，函數(shù)核心參數(shù)值擾動因子D是材料破壞程度的一個度量指標，經(jīng)過函數(shù)計算得出的D值存在多個區(qū)間，而這些區(qū)間對應的是國家頒布的《危險房屋鑒定標準》（式一）：
     (0.8  1.0) D級，危房
 D   (0.5  0.8) C級，房屋結構受損、開裂等
     (0.2  0.5) B級，房屋局部開裂
(0.0  0.2)  A級，房屋安全
由于擾動函數(shù)很好地解決了觀測響應、初始響應和臨界響應之間的動態(tài)關系，并以宏觀測量的視角來對擾動演化進行描述，因此確保了相對完整的初始狀態(tài)和完全調整狀態(tài)下互相作用的兩部分材料就是被觀測的材料，這一材料的真實響應直接關系著擾動因子D起耦合和內插作用。
二、房屋開裂的定量評估
（一）DSC模型特征分析
DSC模型在經(jīng)過模型標定、驗證和參數(shù)影響分析之后，基本上得出了以下幾個顯著特征：一是峰前應力應變關系主要由初始參考狀態(tài)決定，峰后關系則由初始參考狀態(tài)(R1)和完全調整狀態(tài)(FA)耦合構成，而二者之間的相互作用則有擾動函數(shù)來決定；二是R1在取非線性彈性模型時，可使DSC模型對脆弱跌落計算誤差影響較大，由此說明DSC模型具有彈性-塑性硬化-塑性軟化的明顯特征，而當R1和FA狀態(tài)均處于理想彈塑性時，DSC則為彈塑性軟化模型；三是房屋材料開裂、軟化等問題的解決需要事先經(jīng)過應變空間轉化來進行處理，而DSC模型組合R1和FA狀態(tài)后，則可以實現(xiàn)在應力空間下描述材料的峰后力學行為，也即DSC可以利用穩(wěn)定材料模型來描述不穩(wěn)定材料的力學響應。而且需要指出的是，R1和FA狀態(tài)的適應范圍大，數(shù)值穩(wěn)定性、聚斂性和延展性都容易控制，從而使DSC模型具備了強大的延展能力和廣泛的適用范圍。
(二)基于DSC模型的房屋開裂評估
基于DSC本構模型研究房屋開裂問題由于充分利用了DSC模型具備的超強的峰后描述能力、廣泛的本構關系選取、明確物理意義的擾動函數(shù)以及穩(wěn)定性、健壯性和收斂性極佳的函數(shù)數(shù)值而使得研究的優(yōu)勢十分明顯。如在廈門機場路梧村山隧道上方房屋變形開裂安全控制中，研究人員選取某一座實驗樓應用DSC模型對房屋進行計算分析，分別求出了RI和FA狀態(tài)下相關參數(shù)，經(jīng)過擾動函數(shù)計算得出的數(shù)值對比到（式一）區(qū)間值，發(fā)見實驗樓房屋局部點開裂程度嚴重（D＞0.8），于是將該實驗樓的開裂評估級別為定為C級，由此可以斷定隧道施工對地面建筑物產(chǎn)生了極為負面的影響，急需進行停止施工以作維護。
三、結語
    經(jīng)過引入一系列函數(shù)值點和應用精確的函數(shù)計算，再加上諸多成功的實踐案例，證明了DSC模型從房屋應力受力、峰前峰后力學描述來對房屋的開裂程度和過程進行評估監(jiān)測，具有一定的科學性和可行性。由于DSC模型涉及到的擾動因素物理意義明確，數(shù)值穩(wěn)定，從而確保了計算上的便利，避免了計算過程的繁瑣，因此其也具有很強的實用性。
參考文獻：
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