巖石力學(xué)的研究方法.doc

巖石力學(xué)的研究內(nèi)容水利水電建設(shè)1、壩基及壩肩穩(wěn)定性，防滲加固理論和技術(shù)；2、有壓和無壓引水隧道設(shè)計、施工及加固理論技術(shù)；3、大跨度高邊墻地下廠房的圍巖穩(wěn)定及加固技術(shù)；4、高速水流沖刷的巖石力學(xué)問題；5、水庫誘發(fā)地震的預(yù)報問題；6、庫岸穩(wěn)定及加固方法采礦工程1、露天采礦邊坡設(shè)計及穩(wěn)定加固技術(shù)；2、井下開采中巷道和采場圍巖穩(wěn)定性問題；3、礦柱穩(wěn)定性及采場結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計問題；4、軟巖巷道和深部開采技術(shù)問題；5、礦井突水預(yù)測、預(yù)報及預(yù)處理理論和技術(shù)；6、煤與瓦斯突出預(yù)測及處理理論和技術(shù)；7、巖爆、巖爆預(yù)報及預(yù)處理理論和技術(shù)；8、采空區(qū)處理及地面沉降問題；9、巖石破碎問題鐵道建設(shè)工程1、線路邊坡穩(wěn)定性分析；2、隧道設(shè)計和施工技術(shù)；3、隧道施工中的地質(zhì)超前預(yù)報及處理；4、高地應(yīng)力的巖爆理論及處理；5、隧道人口施工技術(shù)及洞臉邊坡角確定和加固措施其他研究領(lǐng)域1、核電站建設(shè)中核廢料處理技術(shù)2、石油開采中井損防治及采空區(qū)地面變形問題3、山城及高層建筑的地基問題4、地層熱能資源開發(fā)技術(shù)問題5、地震預(yù)報中的巖石力學(xué)問題巖石力學(xué)發(fā)展展望從事物的必然性出發(fā)，根據(jù)試驗建立模型，處理本構(gòu)關(guān)系，在特定的有限的條件下求解-正向思維將巖體也視為一個不確定系統(tǒng)，用系統(tǒng)思維、反饋思維、全方位思維(包括逆向思維、非邏輯思維、發(fā)散思維甚至直覺思維)對工程巖體的行為進行研究-逆向思維理論分析、數(shù)值模擬、參數(shù)測定-確定性方法將工程巖體看成為“人地系統(tǒng)”。用“系統(tǒng)”概念來表征“巖體”可使巖體的“復(fù)雜性”得到全面科學(xué)的表達。巖石或巖石工程系統(tǒng)不僅是因為多因子、多層次組合而具有“復(fù)雜性”，而且還在于他們大多具有很強的“不確定性”，即模糊性和隨機性-非確定性系統(tǒng)分析方法土、巖石與巖體的力學(xué)性質(zhì) 彈塑性本構(gòu)模型理論 地應(yīng)力及其測量 巖石與土的流變性質(zhì) 巖土工程數(shù)值分析方法 巖土工程反分析方法 巖土工程隨機分析及可靠度設(shè)計巖石力學(xué)的研究方法1、地 質(zhì) 研 究 方 法著重研究與巖石的力學(xué)性質(zhì)和力學(xué)行為有關(guān)的巖體巖石巖相巖層特征的研究 如軟弱成份，可溶鹽類，化成份以及原生結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)研究軟弱面的起伏度，結(jié)構(gòu)面的充填物等等環(huán)境因素研究如地應(yīng)力成因和展布，地下水性態(tài)，水平地質(zhì)條件等等2、物 理 測 試 方 法 利用物探技術(shù)探查巖體的力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)探測 采用地球物理方法和技術(shù)來探查各種結(jié)構(gòu)面的力學(xué)行為環(huán)境物理量測如地應(yīng)力機制，滲透水系量測等等巖石物理力學(xué)性質(zhì)測試如室內(nèi)巖塊的物理性質(zhì)，力學(xué)性質(zhì)，原位巖體的力學(xué)性質(zhì)，鉆孔測試，變形監(jiān)測以及位移反分析確定巖體和巖性參數(shù)等等3、力 學(xué) 分 析 方 法 力學(xué)模型、數(shù)值分析、模擬分析力學(xué)模型研究 包括彈塑性模型，流變模型、斷裂模型、損傷力學(xué)模型、滲透網(wǎng)絡(luò)模型、拓撲模型等等數(shù)值分析方法如有限元法，邊界元法，離散元法，系統(tǒng)分析法和設(shè)計施工風險決策的人工智能專家系統(tǒng)等等模擬分析如光彈應(yīng)力分析，相似材料模型試驗，離心模型試驗4、整 體 綜 合 分 析 方 法 綜合多種分析手段進行系統(tǒng)分析 巖石力學(xué)的誕生是以解決巖石工程穩(wěn)定性問題和研究巖石的破碎條件為目的而誕生的。其研究介質(zhì)不僅非常復(fù)雜，而且存在許多力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定性或不確定性因素，這就使得本學(xué)科獨立的、完善的、系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論難以建立、巖石力學(xué)的發(fā)展始終引用和發(fā)展固體力學(xué)、土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等學(xué)科的基本理論和研究成果，或者引用這些相關(guān)學(xué)科的研究成果來解決巖石工程中的問題，因此，偏重不同行業(yè)應(yīng)用的巖石力學(xué)往往有不同的定義，迄今巖石力學(xué)也沒有統(tǒng)一的定義。美國地質(zhì)協(xié)會巖石力學(xué)委員會與1964年提出的巖石力學(xué)定義為：巖石力學(xué)是研究巖石力學(xué)性狀的一門理論和應(yīng)用科學(xué)，是力學(xué)的一個分支，是研究巖石在不同物理環(huán)境的力場中產(chǎn)生各種力學(xué)效應(yīng)的學(xué)科。該定義概況了巖石破碎和穩(wěn)定兩方面的主題，也概括了巖石在不同物理環(huán)境中各種應(yīng)力狀態(tài)下的變形、破壞規(guī)律。這是一個較廣泛、較嚴密并得到廣泛認可的定義。巖石力學(xué)又稱為巖體力學(xué)。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，巖石與巖體已有嚴格的區(qū)分，因此有人認為應(yīng)將巖石力學(xué)改為巖體力學(xué)更切合本學(xué)科的研究主題。但是，巖石力學(xué)這一名詞沿用已久且使用普遍，所以巖石力學(xué)和巖體力學(xué)是同一學(xué)科。巖石力學(xué)的研究內(nèi)容（1）巖石的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征；（2）巖石和巖體的本構(gòu)關(guān)系（應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系）；（3）工程巖體的應(yīng)力、應(yīng)變和強度理論；（4）巖石（巖塊）室內(nèi)實驗；（5）巖體測試和工程穩(wěn)定監(jiān)測?；A(chǔ)理論主要研究：巖石應(yīng)力，包括巖體內(nèi)應(yīng)力的來源、初始應(yīng)力(構(gòu)造應(yīng)力、自重應(yīng)力等)、二次應(yīng)力、附加應(yīng)力等。初始應(yīng)力由現(xiàn)場量測決定，常用鉆孔應(yīng)力解除法和水壓致裂法，有時也用應(yīng)力恢復(fù)法。二次應(yīng)力和附加應(yīng)力的計算常用固體力學(xué)經(jīng)典公式，復(fù)雜情況下采用數(shù)值方法。巖石強度，包括抗壓、抗拉、抗剪（斷）強度及巖石破壞、斷裂的機理和強度準則。室內(nèi)用壓力機、直剪儀、扭轉(zhuǎn)儀及三軸儀，現(xiàn)場做直剪試驗和三軸試驗，以確定強度參數(shù)（粘聚力c和內(nèi)摩擦角）。強度準則大多采用庫倫納維準則。這個準則假定對破壞面起作用的正應(yīng)力會增加巖石的抗剪強度，其增加量與正（壓）應(yīng)力的大小成正比。其次采用莫爾準則，也可采用格里菲思準則和修正的格里菲思準則。巖石變形，包括單向和三向條件下的變形曲線特性、彈性和塑性變形、流變（應(yīng)力-應(yīng)變-時間關(guān)系）和擴容。巖石流變主要包括蠕變和松弛。在應(yīng)力不等時巖石的變形隨時間不斷增長的現(xiàn)象稱為蠕變。在應(yīng)變不變時巖石中的應(yīng)力隨時間減少的現(xiàn)象稱為松弛。巖石擴容是指在偏應(yīng)力作用下，當應(yīng)力達到某一定值時巖石的體積隨偏應(yīng)力的增大而增大的現(xiàn)象。研究巖石變形在室內(nèi)常用單軸或三軸壓縮方法、流變試驗和動力試驗等，多數(shù)試驗往往結(jié)合強度研究進行。為了測定巖石應(yīng)力達到峰值后的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系，必須應(yīng)用伺服控制剛性壓力機。野外試驗有承壓板法、水壓法、鉆孔膨脹計法和動力法等。根據(jù)室內(nèi)外試驗可獲得應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系和應(yīng)力-應(yīng)變-時間關(guān)系以及相應(yīng)的變形參數(shù)，如彈性模量、變形模量、泊松比、彈性抗力系數(shù)、流變常數(shù)等。巖石滲流，包括滲透性、滲流理論、滲流應(yīng)力狀態(tài)和滲流控制等。對大多數(shù)巖石假定巖石中的水流為層流，流速與水力梯度呈線性關(guān)系,遵循達西定律。巖石滲透性用滲透系數(shù)表示,該系數(shù)在室內(nèi)用滲透儀測定，在野外用壓水和抽水試驗測定。滲流理論借流體力學(xué)原理進行研究。穩(wěn)定滲流滿足拉普拉斯方程。多數(shù)巖石內(nèi)的孔隙（裂隙）水壓力可用K.泰爾扎吉 有效應(yīng)力定律計算。為了減小大壩底面滲透壓力、提高大壩的穩(wěn)定性，應(yīng)當采取滲流控制措施，如抽水、排水、設(shè)置灌漿帷幕以延長滲流途徑等。巖石動力性狀，研究爆炸、爆破、地震、沖擊等動力作用下巖石的力學(xué)特性、應(yīng)力波在巖石內(nèi)的傳播規(guī)律、地面振動與損害等。動力特性在室內(nèi)用動三軸試驗研究，野外用地球物理性、爆炸沖擊波試驗等技術(shù)進行研究，波的傳播規(guī)律借固體力學(xué)的理論進行研究。工程應(yīng)用：主要研究五個方面：地上工程建筑物的巖石地基，例如研究高壩、高層建筑、核電站以及輸電線路塔等地基的穩(wěn)定、變形及處理的問題； 地表挖掘的巖石工程問題，如水庫、邊坡、高壩、岸坡、 渠道、運河、路塹、露天開采坑等天然和人工邊坡的穩(wěn)定、變形及加固問題；地下洞室，如研究地下電站、 水工隧洞 、交通隧道、采礦巷道、戰(zhàn)備地道、石油產(chǎn)品庫等的圍巖的穩(wěn)定和變形問題，地下開挖施工以及圍巖的加固（如固結(jié)灌漿 、 錨噴 、 預(yù)應(yīng)