巖體力學(xué)優(yōu)秀論文

1、精品文檔巖體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科 ,是研究巖體在各種力場(chǎng)作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué) ,是一門應(yīng)用型基礎(chǔ)學(xué)科。國(guó)際上往往把巖體力學(xué)稱為巖石力學(xué)。它是研究巖體在各種力場(chǎng)作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué) ,屬于應(yīng)用型基礎(chǔ)學(xué)科。主要研究經(jīng)過(guò)變形和破壞的巖體在地應(yīng)力條件改變時(shí)產(chǎn)生再變形和再破壞的力學(xué)規(guī)律的學(xué)科。是力學(xué)、地質(zhì)學(xué)與工程學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科。巖體力學(xué)研究的核心內(nèi)容 ,是定量預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)巖體的穩(wěn)定性 ,巖體的改造和加固措施。它除了要研究巖體結(jié)構(gòu)、巖體的基本特性、巖體所處的地質(zhì)環(huán)境等因素以外,還要充分考慮工程因素,如工程規(guī)模、爆破、開(kāi)挖程序和加固措施等的影響。巖體力

2、學(xué)研究可大致歸納為9個(gè)方面：巖體的結(jié)構(gòu)型式巖體的地質(zhì)特征,包括巖體的物質(zhì)組成、巖體結(jié)構(gòu)、巖體中的天然應(yīng)力、巖體中水的狀態(tài)以及巖體溫度的研究； 巖體的物理與水理性質(zhì) ,包括空隙性、滲透性、膨脹性、崩解性以及溶蝕性的研究； 巖體的力學(xué)性質(zhì) ,包括巖體的變形和強(qiáng)度特性與測(cè)試方法 ,特別是不連續(xù)面力學(xué)效應(yīng)和巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)效應(yīng)的研究； 巖體的動(dòng)力特性與測(cè)試方法的研究； 巖體的變形、破壞機(jī)制、本構(gòu)關(guān)系與破壞判據(jù)的研究； 巖體的穩(wěn)定性 ,包括地基、邊坡與地下工程圍巖變形、失穩(wěn)的預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)的理論和技術(shù)途徑的研究； 巖體性質(zhì)改造和加固的研究； 模型模擬試驗(yàn) ,包括室內(nèi)模型模擬試驗(yàn)和原位巖體工程模擬試驗(yàn)技術(shù)、理論與

3、應(yīng)用的研究； 原型觀測(cè)、施工監(jiān)測(cè)、反分析 ,以及工程事故的分析與應(yīng)用研究。巖體力學(xué)的研究?jī)?nèi)容決定了在巖體力學(xué)研究中必須采用如下幾種研究方法。 (1)工程地質(zhì)研究法。目的是研究巖塊和巖體的地質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征 ,為巖體力學(xué)的進(jìn)一步研究提供地質(zhì)模型和地質(zhì)資料。如用巖礦鑒定方法 ,了解巖體的巖石類型、礦物組成及結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征；用地層學(xué)方法、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方法及工程勘察方法等 ,了解巖體的成因、空間分布及巖體中各種結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況等；用水文地質(zhì)學(xué)方法了解賦存于巖體中地下水的形成與運(yùn)移規(guī)律 ,等等。 (2)試驗(yàn)法?？茖W(xué)試驗(yàn)是巖體力學(xué)研究中一種非常重要的方法 ,是巖體力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。包括巖塊力學(xué)性質(zhì)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、巖體力

4、學(xué)性質(zhì)的原位試驗(yàn)、天然應(yīng)力量測(cè)、模型模擬試驗(yàn)及原位巖體監(jiān)測(cè)等方面。其目的主要是為巖體變形和穩(wěn)定性分析計(jì)算提供必要的物理力學(xué)參數(shù)。同時(shí) ,還可以用某些試驗(yàn)成果(如模擬試驗(yàn)及原位監(jiān)測(cè)成果等)直接評(píng)價(jià)巖體的變形和穩(wěn)定性 ,以及探討某些巖體力學(xué)理論問(wèn)題。因此應(yīng)當(dāng)高度重視并大力開(kāi)展巖體力學(xué)試驗(yàn)研究。 (3)數(shù)學(xué)力學(xué)分析法。數(shù)學(xué)力學(xué)分析是巖體力學(xué)研究中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。它是通過(guò)建立巖體力學(xué)模型和利用適當(dāng)?shù)姆治龇椒?,預(yù)測(cè)巖體在各種力場(chǎng)作用下的變形與穩(wěn)定性 ,為設(shè)計(jì)和施工提供定量依據(jù)。其中建立符合實(shí)際的力學(xué)模型和選擇適當(dāng)?shù)姆治龇椒ㄊ菙?shù)學(xué)力學(xué)分析中的關(guān)鍵。目前常用的力學(xué)模型有：剛體力學(xué)模型、彈性及彈塑性力學(xué)模型

5、、斷裂力學(xué)模型和損傷力學(xué)模型及流變模型等等。常用的分析方法有：塊體極限平衡法 ,有限元、邊界元和離散元法 ,模糊聚類和概率分析法等等。近年來(lái) ,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,還出現(xiàn)了用系統(tǒng)論、信息論、人工智能專家系統(tǒng)、灰色系統(tǒng)等新方法來(lái)解決巖體力學(xué)問(wèn)題。 (4)綜合分析法。這是巖體力學(xué)研究中極其重要的一套工作方法。由于巖體力學(xué)工作中每一環(huán)節(jié)都是多因素的 ,且信息量大。因此 ,必須采用多種方法考慮各種因素(包括工程的、地質(zhì)的及施工的等)進(jìn)行綜合分析和綜合評(píng)價(jià) ,才能得出符合實(shí)際情況的正確結(jié)論 ,而綜合分析判斷是該階段常用的方法。 以上幾種方法緊密結(jié)合并且相互促進(jìn) ,相輔相成 ,缺一不可。 巖體力學(xué)的發(fā)展

6、可分為兩個(gè)階段：連續(xù)介質(zhì)力學(xué)階段。把巖體視為一種完整的連續(xù)介質(zhì)材料 ,將連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的理論和方法 ,特別是把土力學(xué)理論移植過(guò)來(lái) ,用于解決在工程建設(shè)中遇到的巖體力學(xué)問(wèn)題。這是巖體力學(xué)發(fā)展的早期階段；在20世紀(jì)50年代末和60年代初 ,國(guó)際上發(fā)生了幾次大型水壩工程事故。在對(duì)這些重大事故研究過(guò)程中 ,逐漸注意到巖體并不是完整一塊 ,而是由節(jié)理、斷裂等切割成的碎裂巖體。在巖體力學(xué)研究中重視了節(jié)理、斷裂面等力學(xué)作用 ,提出了不連續(xù)性、不均勻性、各向異性是巖體的重要特征；注意到尺寸效應(yīng)等現(xiàn)象。在力學(xué)分析上出現(xiàn)了塊體分析的理論和方法。連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論仍具有支配作用。同時(shí) ,正在注意研究碎裂介質(zhì)巖體力學(xué)分析

7、理論和方法；研究結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論和方法在巖體力學(xué)研究中的應(yīng)用；研究運(yùn)用巖體變形觀測(cè)反分析與巖體改造措施相結(jié)合的實(shí)用巖體力學(xué)問(wèn)題 ,不斷地深入認(rèn)識(shí)巖石 ,修改設(shè)計(jì) ,補(bǔ)充巖體改造措施 ,使巖體工程設(shè)計(jì)逐步完善 ,并有了一套應(yīng)用巖體力學(xué)的理論和方法。巖體結(jié)構(gòu)型式巖體力學(xué)主要研究巖體上各種工程地基的變形、破壞；巖體邊坡的變形、破壞；地下工程的圍巖變形、破壞、開(kāi)挖和支護(hù)；巖體改造方案及技術(shù)。必須研究的基本問(wèn)題有：巖體結(jié)構(gòu) ,特別是結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)規(guī)律；巖體中應(yīng)力 ,包括地應(yīng)力及工程建設(shè)引起的二次應(yīng)力；巖體變形規(guī)律；巖體破壞機(jī)制及強(qiáng)度理論；巖體水力學(xué)理論。巖體力學(xué)是在巖石力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門新興學(xué)科 ,

8、因此 ,目前國(guó)際上仍沿用巖石力學(xué)(rock mechanics)這一名詞。如巖體力學(xué)的國(guó)際組織叫國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(The International Society for Rock Mechanics ,簡(jiǎn)稱ISRM) ,我國(guó)的國(guó)家組織相應(yīng)地也叫中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)(Chinese Socitey for Rock Mechanics and Engineering ,簡(jiǎn)稱CSRME)。但是從所研究的內(nèi)容上講 ,它實(shí)際上已屬于巖體力學(xué)的范疇了 ,因此通常意義上的巖石力學(xué)就是巖體力學(xué)。 巖體力學(xué)的形成與發(fā)展歷史是從巖石力學(xué)的興起開(kāi)始的。盡管巖石力學(xué)的誕生之日難以考查 ,但一般認(rèn)為 ,巖體力學(xué)

9、形成于20世紀(jì)50年代末 ,其主要標(biāo)志：是1957年法國(guó)的塔羅勃(JTalobre)所著巖石力學(xué)的出版 ,以及1962年國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM)的成立。巖體力學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科至今才40余年的歷史 ,這是很短暫的 ,但其形成的歷史是漫長(zhǎng)的 ,這與當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)力水平低 ,工程建設(shè)數(shù)量少、規(guī)模小有關(guān)。對(duì)于巖體力學(xué)的形成歷史 ,在此不擬詳細(xì)介紹 ,這里僅就其形成以后的發(fā)展過(guò)程與特點(diǎn)作一簡(jiǎn)要介紹。以使讀者了解巖體力學(xué)的發(fā)展動(dòng)態(tài)。 為了考察巖體力學(xué)的發(fā)展 ,先列舉一些對(duì)巖體力學(xué)形成與發(fā)展有重要影響的事件如下： 1951年 ,在奧地利的薩茨堡(Salzburg)創(chuàng)建了第一個(gè)巖石力學(xué)學(xué)術(shù)組織 ,叫地質(zhì)力

10、學(xué)研究組(Study Group for Geomechanics) ,并形成了獨(dú)具一格的奧地利學(xué)派 ,其基本觀點(diǎn)是巖體的力學(xué)作用主要取決于巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面及其對(duì)巖體的切割特征。同年 ,國(guó)際大壩會(huì)議設(shè)立了巖石力學(xué)分會(huì)。 1956年 ,美國(guó)召開(kāi)了第一次巖石力學(xué)討論會(huì)。1957年 ,第一本巖石力學(xué)(JTalobre著)專著出版。 1959年 ,法國(guó)馬爾帕塞壩因左壩肩巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑移而潰決 ,引起了許多巖體力學(xué)工作者的關(guān)注和研究。 1962年 ,在國(guó)際地質(zhì)力學(xué)研究組的基礎(chǔ)上成立了國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM) ,由奧地利巖石力學(xué)家繆勒(LMller)擔(dān)任主席。 1963年 ,意大利瓦依昂水庫(kù)左岸巖體

11、大滑坡 ,吸引了許多巖石力學(xué)工作者的關(guān)注。 1966年 ,第一屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì)在葡萄牙的里斯本召開(kāi) ,由葡萄牙巖石力學(xué)家羅哈(MRocha)擔(dān)任主席。以后每4年召開(kāi)一次大會(huì) ,至今已召開(kāi)了八次。這八次國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議內(nèi)容廣泛 ,當(dāng)代巖石力學(xué)的主要熱點(diǎn)問(wèn)題都得到了交流和討論 ,無(wú)疑代表了當(dāng)代國(guó)際巖石力學(xué)的水平。第九屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì)將于1999年8月在法國(guó)巴黎召開(kāi) ,會(huì)議總的主題為面向未來(lái)。屆時(shí)將組織：應(yīng)用巖石力學(xué) ,環(huán)境安全與控制；力學(xué)現(xiàn)象與熱學(xué)、流體力學(xué)及化學(xué)現(xiàn)象的耦合；巖石動(dòng)力學(xué)與構(gòu)造物理學(xué)；監(jiān)測(cè)、原位測(cè)試四個(gè)專題的討論。 這期間 ,我國(guó)的巖體(石)力學(xué)研究也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。陸續(xù)建

12、立了中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所、地質(zhì)研究所工程地質(zhì)研究室 ,長(zhǎng)江科學(xué)院巖基室等科研機(jī)構(gòu)。并在許多高等院校的相關(guān)專業(yè)建立了巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室 ,開(kāi)設(shè)了巖體(石)力學(xué)課程。圍繞一些重點(diǎn)工程建設(shè)開(kāi)展了一系列巖體力學(xué)科研、生產(chǎn)工作 ,獲得了一系列重大成果。其中 ,陳宗基教授把流變學(xué)引入巖體力學(xué) ,提出了巖體流變、擴(kuò)容與長(zhǎng)期強(qiáng)度等概念 ,進(jìn)一步發(fā)展了巖石流變擴(kuò)容理論。谷德振教授等根據(jù)巖體由于受結(jié)構(gòu)面切割而具有的多裂隙性 ,提出了巖體工程地質(zhì)力學(xué)理論 ,將巖體劃分為整體塊狀、塊狀、碎裂狀、層狀及散體狀幾種結(jié)構(gòu)類型。另外 ,我國(guó)于1985年正式成立了全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì) ,至今已召開(kāi)了四次全國(guó)性學(xué)術(shù)大會(huì) ,

13、并派團(tuán)參加了第四至第八屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì) ,參與了國(guó)際學(xué)術(shù)交流。 這一時(shí)期巖體力學(xué)的研究工作有如下特點(diǎn)。 1.對(duì)巖體及其力學(xué)屬性的認(rèn)識(shí)不斷深入 在巖體力學(xué)形成的初期 ,人們把巖體視為一種地質(zhì)材料。其研究方法是取小塊試件 ,在室內(nèi)進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試 ,并用以評(píng)價(jià)其對(duì)工程建筑的適宜性。這種研究實(shí)質(zhì)上還是材料力學(xué)方法 ,可稱為巖塊力學(xué)或巖石力學(xué)。大量的工程實(shí)踐表明：用巖塊性質(zhì)來(lái)表征作為建筑地基的大范圍巖體特征是不合適的。 自20世紀(jì)60年代起 ,國(guó)內(nèi)外巖體力學(xué)工作者都逐步認(rèn)識(shí)到了被結(jié)構(gòu)面切割的巖體性質(zhì)與完整的小巖塊性質(zhì)有本質(zhì)的區(qū)別。即如果相對(duì)而言可將巖塊視為均質(zhì)、連續(xù)和各向同性的彈性介質(zhì) ,而巖體

14、則是非均質(zhì)、非連續(xù)和各向異性的非彈性介質(zhì)。只有在某些情況下 ,如裂隙不發(fā)育的完整塊狀巖體等 ,其力學(xué)屬 性才能近似地看成與巖塊相同。在這種認(rèn)識(shí)的前提下 ,人們開(kāi)展對(duì)巖體的研究 ,并重視原位試驗(yàn)在確定巖體力學(xué)參數(shù)中的作用。這一時(shí)期內(nèi) ,奧地利學(xué)派起了很大的推動(dòng)作用 ,繆勒(1974)主編的巖石力學(xué)代表了這一時(shí)期的研究方向和水平。但這一時(shí)期人們還是多把巖體視為巖塊的砌體來(lái)研究 ,而對(duì)結(jié)構(gòu)面在巖體變形、破壞機(jī)理中的影響及其重要性還認(rèn)識(shí)不足 ,在巖體力學(xué)分析計(jì)算中未作全面考慮。 到70年代中后期 ,巖體力學(xué)工作者越來(lái)越認(rèn)識(shí)到巖體結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)及其在巖體力學(xué)作用中的重要性 ,開(kāi)展了大量的研究(如奧地利、中國(guó)

15、、美國(guó)等國(guó)家的學(xué)者)。如我國(guó)從70年代開(kāi)始 ,以谷德振為首的科研群體就開(kāi)展了對(duì)巖體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)面力學(xué)效應(yīng)等理論問(wèn)題的研究 ,并應(yīng)用于解決工程問(wèn)題 ,提出了巖體工程地質(zhì)力學(xué)的學(xué)說(shuō) ,出版了巖體工程地質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)(1979)等一系列專著。進(jìn)而又提出了巖體結(jié)構(gòu)控制論的觀點(diǎn)(巖體結(jié)構(gòu)力學(xué) ,孫廣忠 ,1988) ,認(rèn)為巖體的變形和穩(wěn)定性主要受控于巖體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì) ,因此必須重視對(duì)巖體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)及其力學(xué)效應(yīng)的研究。 從上述巖體力學(xué)的發(fā)展過(guò)程 ,我們不難看出 ,人們對(duì)巖體及其力學(xué)屬性的認(rèn)識(shí)是不斷深化的。 2.研究領(lǐng)域愈益擴(kuò)大 ,并強(qiáng)調(diào)在工程中的應(yīng)用 在巖體力學(xué)形成初期 ,主要是針對(duì)礦山建設(shè)

16、中的圍巖壓力問(wèn)題進(jìn)行工作。現(xiàn)在巖體力學(xué)已被廣泛應(yīng)用于采礦、能源開(kāi)發(fā)、國(guó)防工程、水利水電工程、交通及海洋開(kāi)發(fā)工程、環(huán)境保護(hù)及減災(zāi)防災(zāi)工程、古文物保護(hù)工程、地震、地球動(dòng)力學(xué)等等許多領(lǐng)域。而且隨著工程建設(shè)的增多和規(guī)模的不斷加大 ,特別是一些復(fù)雜的重大工程(如三峽工程)的實(shí)施 ,將給巖體力學(xué)帶來(lái)許多新的復(fù)雜課題 ,這對(duì)于巖體力學(xué)來(lái)說(shuō)既是發(fā)展的機(jī)遇 ,也是一種挑戰(zhàn)。3.重視巖體中天然應(yīng)力的研究 過(guò)去人們提到天然應(yīng)力主要是指自重應(yīng)力 ,現(xiàn)在人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在很多情況下只考慮自重應(yīng)力是不行的 ,必須考慮除自重應(yīng)力以外如構(gòu)造應(yīng)力等的影響。從60年代開(kāi)始 ,逐漸重視和加強(qiáng)了巖體中天然應(yīng)力及其量測(cè)技術(shù)的研究 ,積累

17、了豐富的實(shí)測(cè)資料 ,并獲得了一些非常有意義的結(jié)論。同時(shí)天然應(yīng)力的確定方法和量測(cè)手段也有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。 4.巖體的測(cè)試技術(shù)和監(jiān)測(cè)技術(shù)大力發(fā)展 在開(kāi)始的室內(nèi)常規(guī)巖塊力學(xué)參數(shù)測(cè)試的基礎(chǔ)上 ,逐漸發(fā)展了巖石三軸試驗(yàn)、高溫高壓試驗(yàn)、剛性試驗(yàn)、伺服技術(shù)、結(jié)構(gòu)面力學(xué)試驗(yàn)、原位巖體力學(xué)試驗(yàn)及原位監(jiān)測(cè)技術(shù)和模型模擬試驗(yàn)等。另外 ,巖石微觀結(jié)構(gòu)研究等也逐漸應(yīng)用于巖體力學(xué)中。5.注意巖體動(dòng)力學(xué)、水力學(xué)性質(zhì)及流變性質(zhì)的研究 隨著地下爆炸試驗(yàn)、地震研究、國(guó)防工程和水利水電工程的發(fā)展 ,巖體在振動(dòng)、沖擊等動(dòng)載荷作用下的變形和強(qiáng)度特性、破壞規(guī)律、應(yīng)力波傳播與衰減規(guī)律及結(jié)構(gòu)防護(hù)等以及巖體在長(zhǎng)期荷載作用下的流變性能和長(zhǎng)期強(qiáng)度；

18、水巖耦合及水巖與應(yīng)力耦合所表現(xiàn)出來(lái)的水力學(xué)性質(zhì)等等 ,都日益受到廣泛的重視 ,并取得了一些成果。 6.新理論、新技術(shù)及新方法的應(yīng)用 首先 ,計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與普及 ,為巖體力學(xué)解決許多復(fù)雜的巖體力學(xué)問(wèn)題提供了有力的手段 ,提高了巖體力學(xué)解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力和效率。另外 ,從70年代末開(kāi)始 ,塊體理論、概率論、模糊數(shù)學(xué)、斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)、分形幾何等理論相繼引入巖體力學(xué)的基礎(chǔ)理論與工程穩(wěn)定性研究中 ,取得了一系列重大成果。近年來(lái) ,還有不少學(xué)者將系統(tǒng)論、信息論、控制論、人工智能專家系統(tǒng)、灰色系統(tǒng)、突變理論、耗散結(jié)構(gòu)理論及協(xié)同論等軟科學(xué)引入巖體力學(xué)研究中 ,取得了一系列研究成果。最近又提出了利用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(Sach ,Dheores等 ,1994；馮夏庭 ,王泳嘉等 ,1995)來(lái)預(yù)測(cè)巖體邊坡穩(wěn)定性等等。這些新理論、新方法的引入 ,大大地促進(jìn)了巖體力學(xué)的發(fā)展?？傊?,到目前為止 ,巖體力學(xué)工作者從各個(gè)方面對(duì)巖體力學(xué)與工程進(jìn)行了全面的