1 地下工程平衡稳定性概论
在人类实践活动中，需要利用大量自然形成的以及人工砌筑的土工结构来满足生产、生活需要。这类结构一般由沙石、土等非匀质材料构成，在外部作用下（外加荷载、外界干扰），极易在原始非连续界面形成逐步向周边扩展的裂缝以及在局部产生与外部作用不成比例增加的塑性变形，这些裂缝和变形将快速发展直至使部分或者整个结构丧失承载能力而发生失稳破坏。例如，隧道围岩在顶部土层压力以及侧向土压力作用下发生崩塌；深基坑在开挖过程中出现“踢脚”而引发倾覆破坏；土质边坡在强降雨以及地震作用下发生滑坡。结构由于丧失稳定而发生的破坏属于脆性破坏，其破坏过程在非常短暂的时间内完成，能量在瞬间得以释放，故破坏力巨大，往往造成生命财产的重大损失。为了避免破坏性事故的发生，人们在实践中总结出合适的施工方法和必要的支护措施，以提高地下工程安全度。为了检验这些方法和措施的有效性和适用性，需要探寻地下工程结构失稳破坏机理，探讨考虑不同工法及支护手段与结构相互作用的系统平衡稳定性分析方法，为地下工程设计与建造提供行之有效的理论分析手段。
哲学家用不同的方式解释复杂世界中的各种事物及其相互关系，工程师则善于针对具体问题。通过不断地改变某些事物及其关系而达到改变世界的目的。对于复杂的地下工程问题，科技工作人员既要有哲学家的思维方式，能够合理思考和解释地下工程和各种物质作用及其相互关系，更要有工程师的技术把握能力，科学地通过连续不断地改变某些物质作用及关系而达到地下工程全过程稳定平衡的目的。
新的科学理论创立或新的技术方法提出，应该回答两个问题：
（1）研究获得的新理论、新方法和新技术，其价值是什么？
（2）同等条件下与其他研究结果比较，其效果或优势在哪里？
【总体思路】地下工程结构存在三个关系：①力学稳定平衡；②力与变形关系；③变形协调。
在工程实践过程中具体表现为如下四个层面。
第一层面：关系①由牛顿力学、有限元等理论解决；关系②由虎克定律、本构关系等理论解决；对于简单问题，关系③认定解决或自然满足（对应类似“苹果落地点预测”等相对简单成熟工程问题）。
第二层面：关系①由牛顿力学、有限元等理论解决；关系②由虎克定律、本构关系等理论解决；对于复杂问题，关系③不满足或难于解决（对应类似“树叶落地点预测”等相对复杂新型工程问题）。
第三层面：构件之间或组合变形不协调问题可能会产生“力不能有效传递”的现象，从而出现在软弱不良地质环境下，地下工程全过程存在安全隐患甚至引起地下工程结构或构件破坏等结果。
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