岩土体演化行为的非线性研究进展与前景 岩体变形演化过程中耗散结构形成的条件
跨国公司全球战略转变及其对发展中国家的影响
在世界经济全球化、一体化的趋势下，企业间的竞争已越来越多地超越了国家间的界限，什么是决定企业国际竞争的成败更成了战略研究的基本问题之一(Rumelt，Schendel&Teece，1994)。近20年以来，在新一轮全球化浪潮和新技术革命的推动下，跨国公司作为国际竞争的重要力量，无论是在数量、规模上，还是对新技术的掌握程度上都得到了空前的提高。作为全球资本、知识和全球价值体系流动的重要载体，跨国公司在整个世界经济发展格局中发挥着举足轻重的作用，尤其是在发展中国家融入全球经济体系、促进自身发展的进程中扮演了极其重要的角色。
尽管跨国公司战略转变对于发展中国家的影响问题在近年来一直是国际商务政策研究的重点问题，但是专注于研究发展中国家自身制度、经济环境的变革对跨国公司战略选择的影响，以及在这一动态过程中发展中国家如何认识和把握跨国公司战略转变本质及其特征，无论是对于中国今后外资政策的制定，还是对于我国企业参与国际竞争、确立自身竞争优势都有着十分重要的意义。
经济全球化、跨国公司与发展中国家之间的关系实质上构成了一种相互作用、相互影响的共生演进过程。本文的目的正是基于共生演进的理论视角出发，深入探讨在经济全球化背景下跨国公司的战略选择与发展中国家之间的动态演进过程。
一、跨国公司全球战略共生演进机制的提出
长期以来，围绕环境选择和组织适应这一研究主题主要存在两种代表性的观点：一种观点认为组织并不仅仅是环境影响的被动接受者，而是有机会和力量去重新塑造环境，这种观点主要是以战略选择理论为代表。而另一种观点认为，组织的生存和发展是环境选择的结果，外部环境的特点以及特定的制度安排决定了最优的组织形式。在综合多种理论视角的基础上，Lewin和Volberda(1999)进一步提出了共生演进(Co-evolution)的观点，认为组织的企业战略转变以及新组织形式的产生是由组织间直接的互动关系和系统内其他组织的反馈造成的，反映了一种递归关系而并不一定是组织适应或环境选择的直接结果，具有多层次、嵌入性、多向因果性、非线性、正向反馈以及路径、历史依赖等特点。
从本质上看，跨国公司全球战略的转变及其影响作为多种因素共同作用的结果，是随着全球化进程、发展中国家不同发展阶段不断调整、适应的动态过程，同时也是推动全球化进程与发展中国家当地制度、经济和社会环境不断演进发展的诱因。全球化、跨国公司和发展中国家之间的这种互为因果、多层次影响的关系共同构成了一种基于“共生演进”的演化机制(见图1)，这也是本研究的基本命题之一。
首先，在国际竞争日趋激烈的大背景下，跨国公司如何在全球范围内挖掘战略机会并实现资源的整合，已成为决定其竞争优势的重要因素，这种变化在不断促进资本、技术和知识全球范围内流动的同时，极大地加速了全球化的进程，更为重要的是其直接造成了发展中国家区位优势和产业形态构成要素的改变。
其次，随着经济全球化程度的不断提高，发展中国家更为深入和广泛地参与到全球经济运行的总体框架下，以WTO、IMF等为代表的国际规则体系在发展中国家自身的产业环境和制度体系的演进过程发挥着越来越显著的作用。同时，自20世纪80年代以来，发展中国家所普遍进行的市场经济改革和开放政策极大促进了这些国家的经济转轨进程。
第三，在全球经营战略的总体框架下，跨国公司在发展中国家的相关营运活动被进一步地纳入到其全球化经营网络之中，发展中国家的产业发展也进一步地嵌入到跨国公司的全球价值链体系中。在这一过程中，跨国公司战略目标与发展中国家政府的发展目标之间、跨国公司内部文化与发展中国家当地文化和价值观念之间的对立与统一，以及双方议价能力的对比变化直接影响到跨国公司的战略选择和发展中国家的制度演进过程。
二、全球化与全球战略——基于战略性资产的演化机制
全球化被认为是通过贸易、资金流动、技术涌现、信息网络和文化交流，世界范围的经济高速融合(IMF，1997)。尽管在全球经济发展和竞争形态演变的不同阶段，“全球战略”的概念有着不同的含义，但始终与经济全球化的进程有着密切的联系。
跨国公司发展的初期阶段，全球战略往往仅局限于那些处于“全球化产业”的企业。在这些产业中，企业在一国市场中的竞争地位往往会受到其在其他国家市场竞争的显著影响，而企业全球战略的着眼点在于企业如何通过在不同国家市场中的竞争布局来实现范围经济，以及成本和资源共享所带来的协同效应，从而确立其竞争优势。然而，随着全球化的发展及对“全球战略”讨论的不断深化，“全球战略”实际上早已突破了个别产业的界限而越来越成为跨国企业在全球范围内寻求竞争优势的主动选择。同时，“全球战略”的内涵也从单纯的跨国经营，转向如何在世界范围内构建和管理企业全球价值增值体系内人员、资本和技术的全球流动。Porter(1986)曾指出，所谓全球战略不但是指企业经营活动的跨越国界，而且还包括如何将这些国外各子公司的经营活动有机的结合起来，寻求各种机遇，从全球范围构造企业的整体优势。Ghoshal(1987)从跨国公司战略目标和竞争优势来源两个纬度提出了全球战略的解释框架，认为跨国公司全球战略目标主要分为：实现效率(如降低成本、分担投资)、管理风险(如分散地区风险)以及创新学习和适应(如组织内部不同经验和知识的交流)，全球战略目标的不同直接导致其竞争优势的来源和实现途径的差异。
从全球竞争环境的现状看，以新技术革命为主要推动力的技术创新全球化、以贸易自由化和市场化改革为主要推动力的经济全球化成为新一轮全球化浪潮的主要动因。跨国企业间的竞争形态也从基于成本、规模的竞争逐渐转向基于知识的竞争。与此同时，全球化与跨国公司全球战略之间的演化过程形成了一种自我强化、相互影响的正向反馈机制，这一演化过程极大地改变了全球竞争环境和企业竞争优势的形成。
进入21世纪以来，跨国公司活动的内容和特点都发生了显著的变化，全球化极大地影响了跨国公司核心竞争力的构成和性质，使其更具有流动性、知识密集性和地理上分散性的特点，而各种创造性资产(created Assets)，如各种知识资本、组织资本和制度资本对跨国公司所有权专有优势的影响也在不断增强。跨国公司全球战略的目标逐渐从效率成本转向创新和学习能力的实现，其战略重点逐渐从传统的市场寻求、资源寻求和效率寻求转向战略性资产寻求。所谓战略性资产主要是指为企业带来竞争优势的一组难以交易、难以模仿、稀缺的特定资源和能力的组合。跨国企业战略性资产寻求战略正是在企业现有资产组合的基础上，为强化企业竞争优势而获取新资产和能力的一种战略选择。
据统计，世界上最大的866家跨国公司国外总产值有60%集中在先进技术部门。为确保技术的国际领先地位，跨国公司每年投入的研发费用占到世界科研经费总数的30%左右;西方发达国家的500家最大跨国公司集中控制着这些国家90%的技术和75%的技术贸易。如何在现有能力和资产组合的基础上迅速获取和整合各种新的互补性资源，则成为决定跨国企业竞争优势的关键因素。
在全球化和新技术革命的推动下，跨国企业间的竞争已经从一般性竞争转向超强竞争，跨国公司全球战略也不再局限于一般性的资源或市场份额，而是更多地着眼于全球范围内识别和利用互补性和协同性的战略资源，并有效的实现全球性资源在跨国公司内部的流动和整合。Kuemmerle(1996)通过对制药产业和电子行业的研究发现，越来越多的跨国公司在海外设立研发机构的主要目的在于利用当地资源帮助跨国公司获得新的知识和技术，而不是开发其已有的存量知识。并且以直接投资为手段在世界范围内获得研发上的竞争能力，例如设址于主要的创新中心，或直接对当地拥有研发实力的公司进行收购等(Kuemmerle，1999)。
从中国的情况看，目前外商投资的热点正逐渐从劳动密集型、资本密集型产业转向技术密集型产业，其战略动机从一般的成本、市场寻求转向当地高端人力资本和知识资本的挖掘利用，其竞争形态从一般的成本竞争、市场竞争转向对知识产权的争夺和技术标准的竞争(如跨国公司在中国3G产业标准上的竞争)。目前，中国的高科技产业已成为外资占主导地位的领域。2001年，中国整个出口商品中，高新技术产品已经占到1/4。而整个中国高新技术产业产值的64%是外商投资企业提供的;出口的84%是外商投资企业提供的;高新技术产品的发明专利2/3是外商在中国注册的;利润70%—80%流向了外资企业。从本质上看，种种变革趋势实际上正是跨国公司在全球范围内寻求区域专有性资产的一种表现。
三、跨国公司全球战略与发展中国家产业环境演变
正如上述所言，全球化使得跨国公司所有权优势和东道国的区位优势变得更加依赖于知识密集型资产。随着经济市场化、自由化和开放程度的加深，技术、资本和产品的跨国流动变得更为便捷和频繁，以至于Porter(1988)指出：任何通过距离上的移动或获取的(优势)已不再成为竞争优势，今天真正的竞争优势是那些具有粘性，即不易移动的事物。
首先，随着发展中国家经济市场化和自由化改革的普遍进行，跨国公司的区域选择更加自由并更具流动性。而在吸引跨国投资的竞争中，发展中国家所普遍采取的激励和优惠政策的成本变得越来越高，效果却在逐渐减弱。
其次，在技术全球化和知识经济发展的强力推动下，成本和自然资源等传统区域优势在跨国公司核心竞争力的构成中所发挥的作用逐渐减弱，而人力资本和知识资本的区域积聚则在跨国公司全球战略布局中发挥着日益重要的作用。同时，跨国公司所有权优势与发展中国家区域优势之间变得更加互相彼此依赖，并呈现出相互影响、路径依赖的演化特点，也就是说企业在时间t+1的所有权优势取决于其在时点t的资产的地域组合，而东道国在t+l的区位优势取决于其在在时点t吸引公司所有权优势的能力。
(一)区位竞争优势的演变
跨国公司全球战略基本内核的变化直接影响到了各国的外资策略，跨国公司的竞争或所有权专有优势的变化进一步影响了发展中国家。以往在区位优势相近的情况下，那些对外资采用更多财政激励和补贴的国家或地区往往成为跨国公司的流向地，但是这种策略更多的是对资源寻求性FDI产生影响。进入20世纪90年代以后，全球企业间的竞争已超越技术、成本和管理等专业领域的单项角逐，这种竞争变成是各全球供应链优劣高下的综合竞争(TanK.C.A，2001)。跨国公司一方面不断实施供应链的本地化;另一方面，又使之完全融入全球供应链的大格局中。Altenburg(2000)认为，跨国公司与本土企业之间的议价能力(Bargaining Power)是不平衡的，如果本土供应企业拥有更多专有技术或范围经济，则会拥有一定程度的自主权和议价能力;而如果本土企业更多地依赖于廉价的劳动力成本，则会降低其还价能力和自主性。同时，由于发展中国家的本土企业往往面对信息的不对称和沉淀成本的投入，在参与跨国公司的全球供应链中往往会面临更大的风险。
基于跨国公司全球战略导向的变化，对于发展中国家而言，其吸引外资策略的重点应逐步从资源寻求型转向市场寻求型、效率寻求型和战略性资产寻求型战略为主导的跨国公司，以达到通过外资带动技术产业升级的目的。提升国家专有区位优势(Country Specific Location Advantage)以及某种程度的非移动性创造资产(immobile created as-sets)已成为吸引这类跨国投资的关键因素之一。针对这方面的变化，集群效应作为吸引跨国公司进入的区位优势则更加凸现出来。薛求知等(2005)认为集群效应所带来的区位优势为跨国公司提供了与东道国进行无形知识、思想和学习交流的机会。随着跨国公司经营战略的调整，跨国公司在集群中的参与程度普遍提高。任胜刚(2005)等通过对苏州工业园区的实证分析认为，这些区域内大量跨国公司投资的集聚促进了集群的生成，并有效地推动了区内经济的发展，提高了区域产业竞争力，同时也增强了区内与区外经济的联系，通过要素的集聚、整合转换成经济能量并向周边地区辐射，并带动周边地区的发展。
(二)吸收能力的演变
跨国公司研发本土化是其全球范围内整合战略性资产的重要表现。目前，理论上较为一致观点认为，通过跨国公司更高附加值的活动特别是本地化的研发活动能够对所在国产生潜在的知识溢出效应。但是针对发展中国家能否真正从这种研发的溢出效应中受益的问题，却仍存在着不同的看法。如Fein-berg和Majumdar(2001)基于对印度的研究发现，不同跨国公司的附属机构间能够从互相的研发活动中受益，但是对于本地公司却不存在这种溢出效应，同时也未能观察到跨国公司在开发本地公司研发能力上的反向收益(reverse benefit)。显然是否能够从这种溢出效应中获益，发展中国家企业自身的吸收能力则变得尤为关键。
Lane和Lubatkin(1998)针对跨国公司间和战略联盟内部的知识转移背景下的吸收能力进行了研究。针对发展中国家的合资企业，Lyles和Salk(1996)以及Lane et.a1.(2001)发现，如果在组织柔性得到提升，组织内部的信息交换得到鼓励，员工在行为方式选择上具有更大自由等条件下，本地合资方能够提升他们学习的能力。从战略的角度看，吸收能力被更多地定义为一种动态演化能力，代表了一种“企业凭借获取、消化、转化以及运用知识以形成动态组织能力的一组组织常规和过程”(Cohen and Levinthal 1990)，其中不仅包括人力资本，而且包括组织重视、消化和商业化新知识的组织能力的结构性特点(Zahra & George，2002;Lane and Lubatkin，1998)。例如由于发展中国家的环境往往更具变动性(volatility)，战略和组织的柔性对于本土企业的吸收能力就显得格外重要。同时，企业所有权形式、公司治理安排以及人力资源管理(Minbaeva et.a1.，2003)，高层团队的百动(Uhlenhruck et.al.，2003)以及对知识转移和组织变革的机会识别(Newman，2000)等都对发展中国家本土企业吸收能力的形成发挥着十分重要的作用。
(三)企业家能力的演变
企业家无疑是发展中国家经济发展的重要力量，也是创新的重要来源。通过从国外合作方获取的知识与本地知识相结合，往往促成新知识的产生。因此，跨国公司对本土企业成长的影响也日益引起研究者的广泛注意。有观点认为，跨国公司实际上挤占了本土企业的创新与发展空间。但另一方面，跨国公司又起着推动创新的作用(A1-tenburg，2000;Katz，1987)。许多对本土成功企业的研究也发现，相当数量的企业家或经理在以往的经历中都与跨国公司有联系。例如Katz(1987)的研究发现，很多拉美本地公司的经理都曾在跨国公司分支机构供职。Ahenburg(2000)的研究则证实了许多脱离于原跨国公司，并成为独立的供应商和分包商的企业，却与跨国公司有着紧密的联系。
四、发展中国家制度环境演化与跨国公司全球战略
North(1990)指出，制度是“社会中的游戏规则，或者说是人为设置的人类行为限制因素”。相应地，Davis and NoAh(1971)将“制度框架(Institutional frame—work)”界定为“一系列基本的政治、社会和法制规则，塑造了生产、交换和分配的基础”。制度框架由正式和非正式制约构成。正式制约包括政治规则、司法系统和经济合同;非正式制约包括社会性的行为规范，它嵌入文化和意识形态(scott，1995)。尽管众多发展中国家初步建立了以市场为基础的经济体系，其发展潜力和市场机会也吸引了大量跨国公司的进入，但是其基础性的市场支持制度仍很不成熟，主要表现在：缺乏知识产权的保护以及完善的法律体系;缺乏政治的稳定性和明确性;战略要素市场(如劳动力市场、金融市场)发展不健全(Peng&Health，1996)。在这种环境中，本地企业往往依赖于其基于社会网络的整合机制来克服各种形式的市场失效(Peng，2000)，但是对于跨国公司而言，应如何面对这种制度上的异质性?
20世纪90年代以来，各发展中国家纷纷调整相关政策制度以吸引跨国公司的进入，例如广泛削减和取消贸易壁垒、放松国内市场管制、实行私有化与投资流动的自由化。同时，旨在促进投资保护以及投资自由化的多边投资协定框架得到了越来越多的发展中国家的接受和参与，规范跨国公司和各主权国家行为的制度与法律规则日臻完善。例如，在1998年由60个国家做出的有关对外直接投资的总共1452项管制变动中，有94%是为外国直接投资创造更有利的条件。双边投资协定的数目从1980年年底181项增加到1999年年底的1856项，其中在发展中国家之间缔结的此类协定也日益增加。避免双重征税的协定也由1980年年底的719项增加到1999年年底的1982项。应当看到，这种政策改变本质上是经济全球化背景下，随着跨国公司影响力不断加大，发展中国家主动调整的结果，但同时也是随着跨国公司议价能力不断提升，对本地政府进行游说或直接谈判的结果，一些跨国公司有着展开近乎主权国行为的私外交能力。
制度环境的变化还直接影响到了跨国公司的进入模式选择。跨国公司早期进入中国市场的时候主要以合资方式为主，这是受到当时特定环境的影响。一方面，跨国公司的进入模式受到法律政策等正式制度的约束;另一方面，在市场机制并不健全的情况下，企业间的交易与联系更加依赖于彼此间非正式的关系网络，跨国公司在政策限制以及市场经验等多种因素的影响下，往往会选择通过合资合作的形式利用本地合作者建立起与本地市场、企业和制度间的广泛联系。而近年来随着中国经济市场机制的完善以及经济开放程度的提升，跨国公司在华投资逐渐呈现出独资化的趋势。中国外商投资报告(2005)显示，世界500强中国投资的120个项目中，约有40%通过增资扩股，实现了控股。这种趋势从一个侧面反映出随着环境不确定性的降低，跨国公司正逐渐摆脱当地网络关系的依赖而转向以市场能力为基础的竞争。跨国公司竞争模式与本地环境之间正构成了一种共生演进的选择与适应关系。
五、结论
在全球化进程不断深入、新技术变革不断加速的背景下，跨国公司的经营环境和条件都发生了巨大的改变，这直接导致了跨国公司对其全球战略的调整，而这种调整的影响则是多方面的，并且随着时间的不断推移会得到更加充分的表现。对于不同的发展中国家，以及同一国家的不同发展阶段，跨国公司的影响也不尽相同。对于广大的发展中国家而言，跨国公司全球战略的调整将广泛地影响到其区位优势的构成和对外贸易政策。在目前的很多情况下，不同地区间往往为引入外国直接投资而纷纷制订各种优惠政策以及激励措施，但是在当今跨国公司的全球战略布局中，其战略目标正在从传统的效率和成本引导、市场引导转向以创新能力等为主要内容的核心能力架构上。在这种情况之下，我们应当认识到单纯的激励政策作用正变得十分有限，而基于创新和知识性资源的区位优势在跨国公司的区位选择中正发挥着日益重要的影响。因此，促进区域内促进创新和知识资本开发的基础环境建设则变得尤为重要，如教育等人力资本的开发、产业集群的培育等。跨国公司全球战略的转变是全球化进程中多种因素共同作用的结果，而其影响也是多方位的，我们只有从动态的、全面的观点去审视这种转变的实质才能够准确定位自身发展的优势所在和发展路径，从而进一步促进自身的产业发展和国际竞争力。
一、岩体变形系统的非线性特征与能量耗散
1.岩石与岩体的非线性
唐春安［16］指出，对地表岩石结构而言（即可以不考虑温度影响），岩石本身的性质主要是弹脆性的，形成材料宏观非线性的主要原因并不是微观介质的非线性，而是微观介质参数的不均匀性，这种不均匀性使得岩石在承载过程中不断经历单元体的破坏，细观单元体的连续破坏便造成宏观介质的不断损伤，从而形成宏观的非线性变形现象。因此，在一个统一的变形场中，微破裂不断产生的原因除了荷载不均、形态不够光滑等结构因素形成应力集中之外，更主要的是单元体强度的不均匀性。例如，微观介质强度分布较为均匀的材料，其宏观表现一定是以线性性质为主的材料；反之则一定表现出明显的非线性行为。
对岩体而言，结构面与岩块的非线性耦合作用，使得其在演化过程中的非线性行为更加复杂。
从岩体前兆变形物理量随时间变化表现出的非单值、单点的不确定现象及滑坡位移加速蠕变过程等，都表明了非线性的存在（图4-2和4-3）。岩石力学试验、理论研究成果都表明，岩体的本构方程及岩体的宏观应力应变属性都是非线性的，有时为了简化分析采用线性假设，只是在一定应力范围内而采用的一种近似手段。
若岩体变形系统内部各部分相互作用仅仅是线性的，则只能造成系统的衰亡，因为此时事物只能是无限增长或衰减的极端均匀状态。事物相互依存的非线性表现在相互约束、相互反馈上，有了非线性才有形态的多样性：定态、周期状态、非周期状态、局部的复杂结构等。由现代非线性科学理论得知，非线性是复杂性之源，所以人们常说“地质体太复杂了”。
图4-2 洒勒山新滑坡位移不连续现象［17］
图4-3 洒勒山滑坡裂缝变形过程［18］
2.岩石与岩体变形过程中的能量耗散机制
首先把岩石的微观变形机制划分为两种类型：第一种类型是在一定的边界条件下，岩石的微观变形使岩石变形受到阻止作用；第二种类型是在一定的边界条件下，某些变形机制消除前者的阻止作用使变形继续下去。前者称应变硬化作用，后者称应变软化作用。
应变硬化作用和应变软化作用，将外部传递给变形体系的能量转变为岩石的内部应变能，或将岩石内部的高应变能转变为热能，即将利用率高的能量转变为利用率较低的能量，这个过程是能量的耗散过程［19］。
上述两大类变形机制在岩石变形过程中有三种相互作用形式：①应变硬化作用中各种微观变形机制越活跃，则提供越多的应变能给应变软化作用中各种微观变形机制，有利于后者活化；同样，后者越活跃消耗的应变能越多，使前者的作用增强，即不易产生大量的应变能积累。②当外界传递给变形岩石体系的能量速率一定时，应变硬化作用中各种变形机制都消耗外界的能量。如果各种变形机制中的某一种机制增强，它就消耗更多的外界传递给体系的能量，因而就抑制了其他变形机制的作用，当体系的温度、压力变化不大时，某种作用不能无限地增强，又因为其他作用没有达到“饱和”，就要阻止前者的增强。同理，应变恢复作用中的各种变形机制都共同消耗应变能，存在着与上述相似的竞争。③各种微观变形机制在变形岩石系统中的自身竞争。当体系的温度、应力变化不显著时，由于能量源一定，不可能使某一变形机制无限制地增强。以上说明了岩石变形过程中存在着非线性关系。
岩体显然是一个开放系统，通过水的循环、热的交换、风化、剥蚀及卸荷等作用与外界进行物质和能量交换。如水的作用，不仅会使水渗入岩体介质，而且在流出过程中又会带走某些物质；又如在高地应力区，河谷临空面附近的应力集中，往往使周围岩体（特别是坡脚和谷底处）内的应力超过其强度，于是岩体发生破裂变形，形成各类表生结构面。而表层岩体内的应力又因释放而降低，围绕河谷临空面形成一个应力降低带。应力集中产生的能量积累和应力释放导致的能量耗散，表明所研究的岩体系统和外界（卸荷作用等）进行着能量交换。
二、岩石失稳时的状态——远离平衡态
从伺服控制岩石单轴加载试验知道，岩石失稳都发生在峰值强度后应变软化区间的某一阶段（图4-4中的AB段）。过峰值强度后，即使停止加载亦不能保持稳定的平衡，因为岩石内部裂纹扩展、贯通、合并等是一个自发的动态过程，且试样承载力小于加载力，岩样加速变形，这是一种远离平衡态的情况。当系统演化至临界点A时，涨落（扰动）起关键作用，涨落不是被衰减反而会被放大，从而导致系统从不稳定态走向一个新的状态，产生新的稳定有序结构，即耗散结构。
图4-4 岩石变形本构曲线
三、岩体失稳过程中的降维、减熵与有序性
由岩石单轴拉张试验（图4-5）可看出：随着外荷载增加，首先是均匀的变形阶段，微破裂在空间均匀地分布，随着变形进入非线性阶段，特别是超过岩样的峰值荷载后，微破裂开始丛集，并逐渐向未来大断裂面附近集中，这种集中和丛集过程使微破裂的空间分布出现有序降维趋势。
图4-5 在岩石变形过程中微破裂的空间分布［20］
从微破裂的均匀、随机的空间分布（无序）到出现变形局部化，直至贯通断裂（有序），其根本原因在于系统离开了原有的平衡态，系统失稳之源也来自于无序结构的失稳和新的有序结构的形成。
在向失稳态演化过程中，岩体必然要产生一些变形破坏现象，此时系统有熵产生，它使系统进化。进化过程中，熵产生伴随着系统内部有序（不稳定性）和无序（稳定性）的存在与竞争。此时产生的熵必定为负熵，否则岩体系统的演化必将终止。由此可见，岩体失稳过程必伴随有减熵过程。图4-6示出了云南龙陵地震强震前的地震活动熵的时间进程，可看出强震前复杂孕震系统的减熵特征有普遍存在的特点。
图4-6 云南龙陵地震强震前地震活动熵的时间变化［21］
系统科学理论也已证明：降维、减熵、有序的内涵是一致的。降维和减熵过程的存在表明系统的动态特征是一个从无序到有序的发展过程，说明系统的约束变得越来越强，表现出某种临界行为。有序性往往意味着系统的不稳定性，即熵和分维值低，有序度大，系统的稳定性差。因此，系统在不稳定时，可能形成耗散结构。图4-7给出了在地震前分维值与时间的关系，可看出在向失稳态演化过程中，降维过程是客观存在的。
图4-7 云南普洱地震前分维随时间的变化［21］
岩土体演化行为的非线性研究主要集中在［1～5，31～51］以下方面：①边坡问题的非线性研究；②活断层稳定性评价；③岩样-压机系统失稳；④地下洞室失稳、岩爆与冲击地压；⑤非线性土压力研究；⑥岩石破裂中的分形问题；⑦砂土液化的非线性研究等。总体看来，非线性模型更多的是一种“披着定量化外衣的”定性模型。但由这些模型出发，可以得到一些既有趣、又有用，且发人深省的结论。
一、地下水对岩土体的非线性作用机制
过去一般认为，水对边坡的作用主要有：①水与岩土介质的相互作用，包括物理化学作用和力学效应，如冲刷与潜蚀作用、化学腐蚀效应、静水压力、动水压力及浮托力作用等；②水与岩土介质的相互作用存在着显著的时间效应；③水与岩土介质的相互作用导致岩土介质内部结构的破坏与力学参数的降低，即水对岩土介质具有损伤作用；④水与岩土介质的相互作用随着含水量的变化而变化，例如在微观上基质吸力的消失等。秦四清等［31～36］通过对边坡的突变分析认为：水还有一种更重要的作用，即增大滑面介质材料均匀性（脆性）和降低刚度比的作用。
地下水作用下的坡体，可以认为是打破了原有的平衡状态区域，而这个平衡态可以理解为物理上的力学平衡。假设在滑动面内部某平衡区域内有一单元体，它的内部可用字母“e”表示，它的周围是受其影响的平衡区，可用“R”表示（如图1-15 所示）。假定在某一时刻单元体发生势扰动，使得ΔE=Ee-ER＞0，即单元体内部的势高于单元体外部的势。单元体发生势扰动的同时，单元体内部的力学平衡也发生扰动，但力学扰动可以迅速地与周围单元达到力学平衡，而使得ΔP=Pe-PR=0，这是因为力学平衡进行速度很快，而势（能）扰动的平衡却较慢。
图1-15 势扰动示意图
若存在ΔE＞0，ΔP=0，则必然引起密度的扰动Δρ=ρe-ρR＜0，即单元体内的密度低于周围单元体的密度。由于单元体受到某一推动力-pΔρ的作用（p为推力系数），并在推动力作用下运动。当单元体因推动力作用运动了dr距离以后（dr为正值），单元内部密度与周围单元的密度差为
非线性岩土力学基础
式中，Δρ（r）＜0，dr＞0。因此，若
非线性岩土力学基础
因此，正是边坡中水的作用，增强了边坡滑动面内部材料的均匀性，使边坡从无序向有序（失稳）演化。
二、滑坡的非线性预报
滑坡预测预报研究从20世纪60年代开始起步，现已成为滑坡研究中的一个热门课题。由于滑坡问题的复杂性，目前滑坡时间预报仍是一个世界性的科学难题。随着滑坡研究的深入发展，20世纪90年代以来人们认识到：对滑坡位移-时间曲线的拟合外推常常只能对滑坡近期行为趋势作出有限的预测，在众多因素作用下，要准确、可靠地预报滑坡的长期行为是困难的［39］。因此，不少学者提出了逐步追踪预报的思想。李天斌［53～54］、余宏明等［55］应用滑坡动态数据的时间序列分析法建模，提出了滑坡动态跟踪预测的观点。另一方面，由于系统科学和非线性科学的发展，人们认识到滑坡是一个开放系统。滑坡预报不仅仅是一个纯方法问题，要实现较为准确的预报，必须将斜坡变形破坏机制分析与定量预报相结合，运用系统综合集成、系统分析、系统模拟的方法对滑坡系统进行识别、模拟及预测预报。有些学者开始重视对滑坡宏观前兆和宏观判据的研究，并着重从物理现象和物理模型分析入手进行滑坡预报的探索。1993年，秦四清等［56］以非线性动力学理论为基础，提出滑坡孕育的非线性动力学模型，进而预报滑坡发生时间；1994年，廖小平［57］；1996年，徐峻龄等；1997年，桂立铭等依据弹塑性力学原理提出了滑坡预测的功率模型；1996年，文宝萍［60］提出了滑坡灾变预测及判据的数学模型；黄润秋［61］、许强［62］于1997年提出了蠕动边坡失稳预测模型。秦四清［32］认为，统计预报缺乏物理基础，不仅用于预报的参数或指标物理意义不明确，而且预报结果与选用不同蠕变阶段的数据有关，常带有很大的主观随意性，滑坡时间预报研究要取得重大进展，必须从统计或经验预报转向物理预报。
需要指出的是，研究边坡失稳预测预报问题，需要明确的一个问题是英语语境中的forecasting和prediction具有与汉语语境完全不同的含义。正如文献［40］所述，forecasting说的是something would happen（probably），而prediction说的是something will happen（defi-nitely）。不能单纯地认为forecasting和prediction都是可能或者都是不可能的，一般说来，forecasting还是可能的，但prediction非常困难。
三、岩土介质非线性研究的前沿问题
1.岩土工程的传统理论支撑
传统的岩土工程理论基础可初步归纳如下八点：
1）守恒定律：包括质量守恒与能量守恒，守恒定律的平衡关系既可表达成微分方程式，也可针对有限空间和时间来建立；
2）牛顿三大定律：描述和分析刚性岩土结构运动行为的基础；
3）叠加性和均匀性原理：线性系统输入与输出之间定量表述的基础；
4）“门槛”效应：针对岩土体失稳、破坏等现象，寻求其定量计算方法的基础，例如斜坡的稳定性系数；
5）统计综合：定量分析各种因果关系最初等的方法，直观、简单而常用；
6）随机独立性假设：分析岩土介质与结构参数对其稳定性影响的前提，也是使用统计试验法分析本构关系的前提，到目前为止的主流分析方式几乎都如此；
7）平稳性假设：利用岩土结构时间序列自身演变规律推测其未来变换的基础；
8）相似性假设：假设形成条件相似和几何相似，即演化过程相似，与此相对应的是工程地质类比法的提出。
在上述八点中，前两点属于基本物理学规律，表明了物理学对岩土工程学科的深刻影响。随着科学的发展，物理学必然会广泛而深刻地影响岩土工程学科的发展。后六点则属于对岩土结构本构关系以及求解手段的认识。从哲学观点看，以上这些理论几乎无一不是线性思维的产物。事实反复证明，它们只有在一定条件下才是正确的，而对于其他情况则是近似的，必须在理论与方法上有所突破才能使岩土工程的研究获得进一步发展。
2.关于岩土工程中非线性问题的思考
（1）关于非线性的含义［52］
科学发展到今天，非线性至少有三种含义：
1）数学上的含义。在代数学中称变量之间的直线函数关系为线性关系，对这种关系的偏离称为非线性。在数学物理方程中，未知变量及其导数为一次的而且系数与未知变量无关的微分方程为线性微分方程，否则为非线性微分方程。在概率论中，若随机变量之间相互独立，则表现为线性关系，否则，表现为非线性关系。
2）系统论中的含义。凡既满足均匀性又满足叠加性的系统称为线性系统，否则为非线性系统，其中不满足均匀性但满足叠加性的称为第一类非线性系统；两者均不满足的称为第二类非线性系统。
3）非线性科学中的含义。相互联系的事物之间相互影响、相互制约、相互依存，这就是非线性科学的实质。
岩土体存在非线性的根源之一是介质的非均匀性；根源之二是其内部的相互作用，包括发生在同一介质和不同介质中各种子系统的相互作用；根源之三是外部条件如地下水作用、地震作用、气候影响和人类活动等对岩土体的复杂影响。
（2）研究尺度
问题的实质是如何揭示不同尺度条件下，同一岩土体演化行为之间的相互关系。该问题主要包括：
1）岩土工程试验，尤其是室内试验能否真实地反映岩土体系统的物理及力学性质。大量事实说明，对同一研究对象采用不同的物理模拟尺度所得的结果也不一样。因此，在推求工程对象的力学条件和边界条件时，所遵循的基准（标准）的研究，是一个值得深入研究的关键问题。
2）在相同控制条件下，同一个岩土参数在不同尺度岩土体对象上的表现是否存在转换关系。例如：两个形状、岩性、孔隙率、含水率完全相同但尺度不相同的岩体，它们的力学参数和演化行为是否相同。如果不同，又存在怎样的关系，传统的方法在这个问题中的适用性如何。
（3）空间结构变异问题
岩土体物理力学参数的空间变异性通常表现为分区性、非分区性和空间随机性。分区性是指区域性或地带性，区域与区域或地带与地带之间的变化是不连续的。非分区性是指随空间位置呈连续变化的特征。空间随机性是指空间分布具有随机性。不同表现形式的空间变异性，应该使用不同的处理方法。
（4）确定性与随机性问题
在过去相当长的时期内，人们总是将确定性与随机性看作是对立的，统计力学的出现为解决其矛盾提供了新的途径。如通过物理实验得出的气体状态方程是一个确定性定律，统计力学则在考察气体分子的独立随机运动的基础上，借助于概率论中的大数定律等也导出了这一气体状态方程。这一事实说明了一个现象所表现出的确定性一面和随机性一面不是对立的，而是互补的。
研究表明，确定性与随机性的互补至少可以体现在下列几个方面：①从微观上考虑表现出随机性，但从宏观上考量却表现出确定性；②确定性现象也包含内在随机性，即具有“蝴蝶效应”的混沌性；③大量随机性之总和可表现出确定性，即大数定律。
随机微分方程理论、随机系统理论和贝叶斯理论的出现为人们处理确定性与随机性的互补关系，或者说统一处理一个事物在发展过程中所表现的确定性一面和随机性一面提供了有力的工具。
（5）时间序列长期演变规律问题
虽然人们20世纪90年代开始提出了大量的预报模型和理论，并且认识到岩土体的演化过程受内在结构控制和外部环境影响。由于这两个因素既受自然演化过程影响，又受人类活动影响，因此时间序列演变规律研究必须从探索其自然演化规律和人类活动影响两方面入手。
但到目前为止，仍未掌握时间序列的自然演化的驱动因子或其演化规律，就连人类自身引起的问题，也是因为其相当无序而无法确切地掌握。长期以来，人们试图用趋势性、周期性、随机性、模糊性、灰色性、混沌性，或者它们之间的某种组合来描述时间序列的规律，但都不能奏效。
（6）“异参同效”和预测模型问题
对于相同的模型结构和相同的模型输入，会有多个最优参数组合使模型输出具有相同的拟合精度。出现“异参同效”的原因至少有：目标函数是多极值的；模型中包含的参数之间存在相互补偿作用；模型参数具有随机性。
现行的岩土工程数值分析模型，由于对物理过程的描写与定量计算过于粗略和概化，实际上只具有模拟功能，属于“模拟模型”。这种模型容易做到模拟或复演过去已经发生过的现象，利用计算机的数据处理和运算优势，只要不断地调整模型的结构和参数，这是不难做到的。在科学上和应用中，最具有价值、能预测未来的“预测模型”和“分析模型”的构建是十分困难的，这只有在人们对岩土体演化过程的物理规律有了足够的认识才有可能实现。避免“异参同效”及构建“预测模型”或“分析模型”都必先加强对研究对象模型结构的物理机理研究，其次才是对模型参数率定技术的研究。
四、岩土体非线性行为的研究前景与意义
用非线性科学研究岩土体的演化行为，其研究意义可归纳为：
1）对于过去边坡研究中得不到满意解释的很多现象，用非线性科学理论可以做出合理的解释，如典型蠕变三阶段现象及滑坡长期预报的失效现象等。
2）对于传统边坡研究中观测到的，但用比较复杂的模型才能加以解释的一些现象，用边坡的非线性模型可以做出“另一种”更为简单的解释。这些现象包括地下水新作用机制的发现等。
3）非线性科学对过去定性的岩土力学模型给出了半定量和定量的表示方法，如边坡的非线性动力学演化过程等。
4）非线性科学改变了我们原来的一些基本观念，如从试图寻找有效的滑坡预测方法到思考滑坡预测可能性的转变，从统计预报向物理预报的转变。
目前的非线性岩土力学研究，存在着两个明显的问题。第一个问题是，我们目前的研究还处于一个“初级阶段”，主要是针对简单系统如何建立非线性模型及得到其数学表达式。事实上，从非线性模型的建立到用之于实践，还有许多工作要做，因此目前的研究在相当程度上还是“示意性”的。第二个问题是，我们对观测或监测资料的利用还很不够，很多工作仅仅局限于传统的数据叠加分析，还有待于突破。实际上，这里涉及两个“接口”，一个数学、力学与地质学之间的“接口”，一个是理论和实际之间的“接口”。只有把这两个“接口”处理好，我们的研究才会真正正常地“运转”起来。
