| 词条 | 岩体力学 |
| 释义 | § 学课简介 岩体力学（Rockmass Mechanics）是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。国际上往往把岩体力学称为岩石力学。它是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，属于应用型基础学科。主要研究经过变形和破坏的岩体在地应力条件改变时产生再变形和再破坏的力学规律的学科。是力学、地质学与工程学之间的一门边缘学科。岩体力学的研究目的是运用岩体的力学规律合理地利用岩体，预测、预报岩体工程中出现或可能出现的灾害，并拟定防治措施。 [1] § 形成与发展 岩体力学的形成和发展，是与岩体工程建设的发展和岩体工程事故分不开的。岩块物理力学性质的试验，地下洞室受天然水平应力作用的研究，可以追溯到19世纪的下半叶。20世纪初，出现了岩块三轴试验，课题内容主要集中在地下工程的围岩压力和支护方面。1920年，瑞士联合铁路公司采用水压洞室法，在阿尔卑斯山区的阿姆斯特格隧道中，进行原位岩体力学试验，首次证明岩体具有弹性变形性质。不久，弹性力学被引入岩体力学的研究，并成为解决岩体工程问题的重要理论基础。岩体力学的工作程序 1950～1960年，岩体力学扩大了应用范围，得到了比较全面的发展。这一时期除了地下洞室围岩稳定性研究以外，还有岩质边坡和地基岩体稳定性研究等；开始利用深孔应力解除法，实测岩体中的天然应力；岩体的空隙性，特别是岩体的裂隙空隙性、岩体中的不连续面，以及岩体力学性质的各向异性和不连续性的研究，被提到重要地位；逐渐发展了原位岩体性质的各项测试技术和试验研究；在预测和评价岩体稳定性方面，发展了图解分析法，以及块体极限平衡理论分析法；在加固和稳定岩体措施方面，提出了效果良好的锚喷法。这一时期形成了著名的奥地利学派，他们认为岩体力学属不连续介质力学，岩体的强度和变形特性，主要受岩体结构内部单元岩块之间的联结力以及岩块之间的相对位移所控制。他们的研究成果，促进了岩体力学的发展。 1957年，法国的J.塔洛布尔（曾译J.塔罗勃）著《岩石力学》，从岩体概念出发，较全面系统地介绍了岩体力学的理论和试验研究方法及其在水电工程上的应用。至50年代末期，岩体力学形成了一门独立的学科。60年代以来，岩体力学的发展进入了一个新的历史时期，研究内容和应用范围不断扩大，对不连续面力学效应和岩体性能进行了研究，取得了成果和发展；有限元法、边界元法、离散元法先后被引入，岩体中天然应力量测的加强与其分布规律不断被揭示。 在中国，系统地研究岩体力学始于50年代初期。1952年出版了《矿内地压与顶板管理论文专集》。1956年开始开展了原位岩体力学性质的试验研究。1965年明确提出了岩体结构概念，并逐渐形成了岩体力学性质和岩体稳定性主要受岩体结构控制的“岩体结构控制论”，为岩体力学的发展作出了贡献。 形成历史 发展前沿 1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成了独具一格的奥地利学派。 ¬同年，国际大坝会议设立了岩石力学分会。 ¬1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。 ¬1957年，第一本《岩石力学》专著出版。 ¬1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩体力学工作者的关注和研究。 ¬1962年，成立国际岩石力学学会(ISRM)。 ¬1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯本召开。 岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学机理问题 裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题 岩体与工程结构的相互作用与稳定性评价问题 软岩的力学特性及其岩体力学问题 水-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题 高地应力岩体力学问题 岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术 岩体动力学、水力学与热力学问题 岩体流变与长期强度问题 岩体工程计算机辅助设计与图像自动生成处理。 § 主要阶段 岩体力学的发展可分为两个阶段：连续介质力学阶段。把岩体视为一种完整的连续介质材料，将连续介质力学的理论和方法，特别是把土力学理论移植过来，用于解决在工程建设中遇到的岩体力学问题。这是岩体力学发展的早期阶段； 碎裂岩体力学阶段。在20世纪50年代末和60年代初，国际上发生了几次大型水坝工程事故。在对这些重大事故研究过程中，逐渐注意到岩体并不是完整一块，而是由节理、断裂等切割成的碎裂岩体。在岩体力学研究中重视了节理、断裂面等力学作用，提出了不连续性、不均匀性、各向异性是岩体的重要特征；注意到尺寸效应等现象。在力学分析上出现了块体分析的理论和方法。 连续介质力学理论仍具有支配作用。同时，正在注意研究碎裂介质岩体力学分析理论和方法；研究结构力学的理论和方法在岩体力学研究中的应用；研究运用岩体变形观测反分析与岩体改造措施相结合的实用岩体力学问题，不断地深入认识岩体，修改设计，补充岩体改造措施，使岩体工程设计逐步完善，并有了一套应用岩体力学的理论和方法。 岩体力学主要研究岩体上各种工程地基的变形、破坏；岩体边坡的变形、破坏；地下工程的围岩变形、破坏、开挖和支护；岩体改造方案及技术。必须研究的基本问题有：岩体结构，特别是结构面的地质规律；岩体中应力，包括地应力及工程建设引起的二次应力；岩体变形规律；岩体破坏机制及强度理论；岩体水力学理论。 岩体力学的基本理论主要有岩体地质研究 、岩体力学试验和实验、岩体的力学分析和；岩体改造方案及技术措施研究。这四部分研究工作与岩体工程研究的阶段相对应，逐步地开展和应用。 岩体力学的应用主要是与岩体工程阶段结合分为三类：岩体力学特性普查 、专门岩体力学问题研究和岩体变形观测监测及反分析。 § 研究内容 岩体力学研究的核心内容，是定量预测和评价岩体的稳定性，岩体的改造和加固措施。它除了要研究岩体结构、岩体的基本特性、岩体所处的地质环境等因素以外,还要充分考虑工程因素,如工程规模、爆破、开挖程序和加固措施等的影响。岩体力学研究可大致归纳为9个方面：岩体的结构型式岩体的地质特征,包括岩体的物质组成、岩体结构、岩体中的天然应力、岩体中水的状态以及岩体温度的研究； 岩体的物理与水理性质，包括空隙性、渗透性、膨胀性、崩解性以及溶蚀性的研究； 岩体的力学性质，包括岩体的变形和强度特性与测试方法，特别是不连续面力学效应和岩体结构力学效应的研究； 岩体的动力特性与测试方法的研究； 岩体的变形、破坏机制、本构关系与破坏判据的研究； 岩体的稳定性，包括地基、边坡与地下工程围岩变形、失稳的预测、评价的理论和技术途径的研究； 岩体性质改造和加固的研究； 模型模拟试验，包括室内模型模拟试验和原位岩体工程模拟试验技术、理论与应用的研究； 原型观测、施工监测、反分析，以及工程事故的分析与应用研究。 § 研究方法 岩体工程快速监测 岩体力学研究采用下列方法：工程地质研究法。指从工程观点出发，采用地质学的一些研究方法。如应用岩矿鉴定法，地史学、构造地质学、动力地质学等方法，研究岩体的地质特征，特别是那些与岩体力学性质和力学作用有关的问题。 试验法。包括岩块工程性质的室内试验、岩体工程性质的原位试验、岩体中天然应力的量测、模型模拟试验、原型观测以及施工监测等方法（见岩土试验、工程地质力学模拟）。试验法不仅可以获得岩体变形和稳定性分析中所必需的计算参数，而且有助于确定力学模型，研究岩体力学的理论问题。 力学分析法。在研究岩体地质特征和地质环境的基础上，根据岩体力学介质类型，分别采用不同的力学理论和不同的分析方法，对岩体的变形和稳定性进行力学分析。 综合分析法。利用不同的力学理论和不同的分析方法，分析岩体的变形和稳定性，最后通过分析对比和综合判断，获得比较符合实际的结论。 § 研究意义 岩体力学的相关书籍 在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。 岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。起初，由于岩体工程数量少，规模也小，人们多凭经验来解决工程中遇到的岩体力学问题。因此，岩体力学的形成和发展要比土力学晚得多。随着生产力水平及工程建筑事业的迅速发展，提出了大量的岩体力学问题。诸如高坝坝基岩体及拱坝拱座岩体的变形和稳定性；大型露天采坑边坡、库岸边坡及船闸、溢洪道等边坡的稳定性；地下洞室围岩变形及地表塌陷；高层建筑、重型厂房和核电站等地基岩体的变形和稳定性；以及岩体性质的改善与加固技术等等。对这些问题能否做出正确的分析和评价，将会对工程建设和生产的安全性与经济性产生显著的影响，甚至带来严重的后果。[2] § 学科分支 广义地讲，岩体力学包括如下分支： （1）工程岩体力学——为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。通常所讲的《岩体力学》就是指的《工程岩体力学》。 （2）构造岩体力学——为构造地质学、找矿及地震预报等服务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。 （3）破碎岩石力学——为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。[2] |
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