巖石力學(xué)發(fā)展

巖石力學(xué)發(fā)展初始階段

19世紀(jì)末~20世紀(jì)初1912年海姆(A.Heim)提出靜水壓力理論，認(rèn)為地下巖石處于靜水壓力狀態(tài)，垂直壓力與水平壓力均為朗肯和金尼克提出了相似的理論，認(rèn)為垂直壓力為，而水平壓力為普羅托吉雅柯諾夫提出自然平衡拱學(xué)說(shuō)，即普氏理論經(jīng)驗(yàn)理論階段

20世紀(jì)初~20世紀(jì)30年代引入材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)方法太沙基也提出了相似的理論，但認(rèn)為塌拱為矩形的忽略了圍巖的自承作用經(jīng)典理論階段

20世紀(jì)30年代~20世紀(jì)60年代連續(xù)介質(zhì)力學(xué)流派

以固體力學(xué)為基礎(chǔ)，注重材料的力學(xué)性質(zhì)地質(zhì)力學(xué)理論流派

強(qiáng)調(diào)要重視對(duì)巖體節(jié)理、裂隙的研究，重視巖體結(jié)構(gòu)面對(duì)巖石工程穩(wěn)定性的影響和控制作用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)流派引入彈性力學(xué)與塑性力學(xué)，確立了一些經(jīng)典解析解計(jì)算公式20世紀(jì)30年代，薩文用無(wú)限大平板孔附近應(yīng)力集中的彈性解析解來(lái)計(jì)算分析巖石工程的圍巖應(yīng)力分布問(wèn)題20世紀(jì)50年代，用彈塑性理論導(dǎo)出了芬納-塔羅勃公式和卡斯特納公式只能解決特定問(wèn)題連續(xù)介質(zhì)力學(xué)流派引入有限差分、有限元等數(shù)值模擬方法(1960s)開(kāi)挖過(guò)程、巖體結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用得到考慮，使連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論在巖石工程中的應(yīng)用大大前進(jìn)了一步依賴(lài)于準(zhǔn)確的本構(gòu)關(guān)系，而實(shí)際狀態(tài)下巖體的本構(gòu)關(guān)系是很難確定的地質(zhì)力學(xué)理論流派20世紀(jì)20年代德國(guó)科學(xué)家克羅斯反對(duì)將巖體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)，創(chuàng)立地質(zhì)力學(xué)理論流派1951年6月在奧地利成立了以斯梯尼(J.Stini)和米勒(L.Mailer)為首的“地質(zhì)力學(xué)研究組”，在薩爾茨堡1)在奧地利的沙茨堡發(fā)起并組織了第一個(gè)國(guó)際巖石力學(xué)協(xié)會(huì)，并形成了獨(dú)具一格的奧地利學(xué)派，這個(gè)學(xué)派的基本觀(guān)點(diǎn)是巖體的力學(xué)作用主要決定于巖體內(nèi)不連續(xù)面及其對(duì)巖體的切割特點(diǎn)；國(guó)際大壩會(huì)議設(shè)立了巖石力學(xué)分會(huì)地質(zhì)力學(xué)理論流派1962年，在沙茨堡召開(kāi)了第十三屆國(guó)際巖石力學(xué)協(xié)會(huì)，成立了國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)。“地質(zhì)與土木工程”雜志也改名和“巖石力學(xué)”1966年在葡萄牙的里斯本召開(kāi)了第一屆國(guó)際巖石力學(xué)會(huì)議，組織了八個(gè)專(zhuān)題討論：1、巖體的勘察，2、巖石和巖體的物理力學(xué)性質(zhì)研究，3、巖石和巖體的性能，4、巖體中的殘余應(yīng)力，5、巖石破碎，6、天然和人工邊坡，7、地下開(kāi)挖和深鉆，8、建筑物地基巖體性質(zhì)各國(guó)巖石力學(xué)研究狀況奧地利：新奧法聯(lián)邦德國(guó)：米勒領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)邦德國(guó)Karlsruhe大學(xué)的土力學(xué)巖石力學(xué)研究所，繼續(xù)堅(jiān)持他們的研究方向，其他幾所大學(xué)和有關(guān)研究所，都是巖石力學(xué)研究基地英國(guó)：主要為結(jié)合地下采礦對(duì)圍巖的維護(hù)和露天開(kāi)采對(duì)邊坡穩(wěn)定的研究，代表：帝國(guó)理學(xué)院的著名學(xué)者E.Hoek和J.W.Bray等。另外，以Wales大學(xué)O.C.Zienkiewicz教授為首的小組，對(duì)巖石力學(xué)數(shù)值方法的發(fā)展，作出了重要貢獻(xiàn)各國(guó)巖石力學(xué)研究狀況葡萄牙：研究巖石力學(xué)較早的國(guó)家之一。代表這個(gè)國(guó)家研究水平的即其國(guó)家土木程研究所。M．Rocha即是這個(gè)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)始人。他們?cè)诠盎?，地下工程，特別是試驗(yàn)技術(shù)方面的成就，在國(guó)際上具有很高聲譽(yù)意大利：研究巖石力學(xué)較多的國(guó)家。如其結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)研究所的巖土力學(xué)模型試驗(yàn)具有很高技術(shù)水平各國(guó)巖石力學(xué)研究狀況美國(guó)：早期的巖石力學(xué)的研究工作都是結(jié)合采礦工作進(jìn)行的；1965年由美國(guó)地球物理聯(lián)合會(huì)，礦冶研究所，土木學(xué)會(huì)，材料學(xué)會(huì)，地質(zhì)學(xué)會(huì)，礦業(yè)學(xué)會(huì)等單位聯(lián)合組成巖石力學(xué)學(xué)會(huì)委員會(huì)，后改稱(chēng)聯(lián)邦巖石力學(xué)委員會(huì)；美國(guó)研究巖石力學(xué)的學(xué)術(shù)觀(guān)點(diǎn)是各式各樣的，即有類(lèi)似于奧地利學(xué)派，重視節(jié)理、裂隙作用從整個(gè)巖體出發(fā)的依利諾斯大學(xué)教授D.Deere和加州大學(xué)(伯克萊)教授R.E.Goodman，又有從所謂異質(zhì)體力學(xué)(MechanicsOfhetero-gentousmedia)角度進(jìn)行巖石力學(xué)性質(zhì)研究的觀(guān)點(diǎn)，形成百花齊放的局面，大大促進(jìn)了巖石力學(xué)的發(fā)展各國(guó)巖石力學(xué)研究狀況加拿大：成立有國(guó)家?guī)r石力學(xué)委員會(huì)，自1962年開(kāi)始舉行自己的巖石力學(xué)討論會(huì)澳大利亞：在科學(xué)院院士M.S.Paterson領(lǐng)導(dǎo)下，對(duì)于巖石脆性破壞和高溫高壓下的巖石力學(xué)性能等方面做出很大貢獻(xiàn)南非：由于礦業(yè)發(fā)達(dá)，對(duì)巖石力學(xué)的研究也很重視，他們的科學(xué)與工業(yè)研究會(huì)組織了大量的巖石力學(xué)研究工作日本：1964年由土木學(xué)會(huì)、礦業(yè)學(xué)會(huì)、土質(zhì)工學(xué)會(huì)和材料學(xué)會(huì)等四個(gè)學(xué)會(huì)中的巖石力學(xué)工作者們共同組成一個(gè)巖石力學(xué)研究會(huì)，同年召集了第一次學(xué)術(shù)會(huì)議。1979年改組為巖石力學(xué)聯(lián)合會(huì)。日本學(xué)者在研究巖石的流變性能方面做出很多成績(jī)我國(guó)巖石力學(xué)研究狀況建立了一些研究巖石力學(xué)的研究機(jī)構(gòu)。如中國(guó)科學(xué)院巖土力學(xué)研究所，地質(zhì)研究所工程地質(zhì)室等。一些產(chǎn)業(yè)和高校部門(mén)的研究院也設(shè)立了相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)，如長(zhǎng)江水電科學(xué)院的巖基室，冶金部礦冶研究所壓力室，煤炭科學(xué)院巖石力學(xué)研究室和不少大學(xué)的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室等等開(kāi)展了包括壩基、地下結(jié)構(gòu)、巖質(zhì)邊坡、巖石動(dòng)力學(xué)特性和灌漿處理等方面的試驗(yàn)研究工作，使我國(guó)巖石力學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了新階段，并獲得一系列重大成果陳宗基教授把流變學(xué)引入巖石力學(xué)并推廣到各向異性巖體，提出了圍巖應(yīng)力場(chǎng)隨時(shí)間而變化和由于巖體流變與回彈，隧洞襯砌所受壓力將隨時(shí)間增加等概念。后來(lái)他又提出巖石擴(kuò)容和長(zhǎng)期強(qiáng)度的本構(gòu)方程，進(jìn)一步發(fā)展了巖石流變擴(kuò)容理論我國(guó)巖石力學(xué)研究狀況谷德振教授提出了“工程地質(zhì)力學(xué)”觀(guān)點(diǎn)，認(rèn)為巖體與一般巖石的差別在于它是受結(jié)構(gòu)面縱橫切割的多裂隙體，巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面控制著巖體變形，破壞機(jī)制及力學(xué)法則，因此必須重視結(jié)構(gòu)面力學(xué)效應(yīng)的研究；在研究結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性時(shí)，必須以地質(zhì)成因?yàn)榛A(chǔ)對(duì)結(jié)構(gòu)面自然特性做細(xì)致的研究，掌握結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)特點(diǎn)來(lái)指導(dǎo)巖石力學(xué)的研究工作是巖體基本力學(xué)特性研究的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上提出巖體分為塊裂結(jié)構(gòu)，完整結(jié)構(gòu)，碎裂結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)，按照巖體結(jié)構(gòu)不同類(lèi)型分別研究其力學(xué)特性1981年成立了中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)籌備組，隨后成立了國(guó)際巖石力學(xué)中國(guó)小組，1985年正式成立中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)現(xiàn)代發(fā)展階段

20世紀(jì)60年代~現(xiàn)在特點(diǎn)：用更為復(fù)雜的多種多樣的力學(xué)模型來(lái)分析巖石力學(xué)問(wèn)題，把力學(xué)、物理學(xué)、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代數(shù)理科學(xué)、現(xiàn)代信息技術(shù)等的最新成果引入了巖石力學(xué)；電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用為流變學(xué)、斷裂力學(xué)、非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、數(shù)值方法、灰色理論、人工智能、非線(xiàn)性理論等在巖石力學(xué)與工程中的應(yīng)用提供了可能現(xiàn)代巖石力學(xué)理論認(rèn)為：由于巖石和巖體結(jié)構(gòu)及其賦存狀態(tài)、賦存條件的復(fù)雜性和多變性，巖石力學(xué)既不能完全套用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)理論，也不能完全依靠以節(jié)理、裂隙和結(jié)構(gòu)面分析為特征的傳統(tǒng)地質(zhì)力學(xué)理論，而必須把巖石工程看成是一個(gè)“人一地”系統(tǒng)，用系統(tǒng)論的方法來(lái)進(jìn)行巖石力學(xué)與工程的研究現(xiàn)代發(fā)展階段

20世紀(jì)60年代~現(xiàn)在20世紀(jì)60年代和70年代，原位巖體與巖塊的巨大工程差異被揭示出來(lái)，巖體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和賦存狀況受到重視，“不連續(xù)性”成為巖石力學(xué)研究的重點(diǎn)。從“材料”概念到“不連續(xù)介質(zhì)”概念是巖石力學(xué)理論上的飛躍20世紀(jì)60年代和70年代開(kāi)始出現(xiàn)用于巖石工程穩(wěn)定性計(jì)算的數(shù)值計(jì)算方法，主要是有限元法20世紀(jì)80年代數(shù)值計(jì)算方法發(fā)展很快，有限元、邊界元及其混合模型得到廣泛的應(yīng)用，成為巖石力學(xué)分析計(jì)算的主要手段現(xiàn)代發(fā)展階段

20世紀(jì)60年代~現(xiàn)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步也帶動(dòng)了現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)80年代和90年代，巖石工程三維信息系統(tǒng)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)、工程決策支持系統(tǒng)等迅速發(fā)展起來(lái)，并得到普遍的重視和應(yīng)用20世紀(jì)90年代現(xiàn)代數(shù)理科學(xué)的滲透是非線(xiàn)性科學(xué)在巖石力學(xué)中的重要應(yīng)用。耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論、分叉和混沌理論正在被試圖用于認(rèn)識(shí)和解釋巖體力學(xué)的各種復(fù)雜過(guò)程。巖石力學(xué)和相鄰的工程地質(zhì)學(xué)都因受到研究對(duì)象的“復(fù)雜性”挑戰(zhàn)，而對(duì)非線(xiàn)性理論倍加青睞現(xiàn)代發(fā)展階段

20世紀(jì)60年代~現(xiàn)在20世紀(jì)80年代末提出不確定性研究理論，目前已被越來(lái)越多的人所認(rèn)識(shí)和接受?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段如模糊數(shù)學(xué)、人工智能、灰色理論和非線(xiàn)性理論等為不確定性分析研究方法和理論體系的建立提供了必要的技術(shù)支持系統(tǒng)科學(xué)雖然早已受到巖石力學(xué)界的注意，但直到20世紀(jì)80年代和90年代才成為共識(shí)，并進(jìn)入巖石力學(xué)理論和工程應(yīng)用。時(shí)至今日，巖石工程力學(xué)問(wèn)題已被當(dāng)作一種系統(tǒng)工程來(lái)解決。系統(tǒng)論強(qiáng)調(diào)復(fù)雜事物的層次性、多因素性及相互關(guān)聯(lián)和相互作用特征，并認(rèn)為人類(lèi)認(rèn)識(shí)是多源的，是多源知識(shí)的綜合集成，這些為巖石力學(xué)理論和巖石工程實(shí)踐的結(jié)合提供了依據(jù)2巖石力學(xué)的研究方法地質(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)的巖體物理測(cè)試方法

利用物探技術(shù)探查巖體的力學(xué)性質(zhì)力學(xué)分析方法

力學(xué)模型、數(shù)值分析、模擬分析整體綜合分析方法

綜合多種分析手段進(jìn)行系統(tǒng)分析地質(zhì)研究方法巖石巖相巖層特征的研究

如軟弱成份，可溶鹽類(lèi)，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)條件等等物理測(cè)試方法結(jié)構(gòu)探測(cè)

采用地球物理方法和技術(shù)來(lái)探查各種結(jié)構(gòu)面的力學(xué)行為環(huán)境物理量測(cè)如地應(yīng)力機(jī)制，滲透水系量測(cè)等等巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)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(cè)試，變形監(jiān)測(cè)以及位移反分析確定巖體和巖性參數(shù)等等力學(xué)分析方法力學(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?fù)淠Ｐ偷鹊葦?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(jì)施工風(fēng)險(xiǎn)決策的人工智能專(zhuān)家系統(tǒng)等等模糊聚類(lèi)和概率分析如隨機(jī)分析，靈敏度分析，灰箱問(wèn)題等等模擬分析如光彈應(yīng)力分析，相似材料模型試驗(yàn)，離心模型試驗(yàn)3巖石力學(xué)的研究?jī)?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(wú)壓引水隧道設(shè)計(jì)、施工及加固理論技術(shù)；3、大跨度高邊墻地下廠(chǎng)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(wèn)題；5、水庫(kù)誘發(fā)地震的預(yù)報(bào)問(wèn)題；6、庫(kù)岸穩(wěn)定及加固方法采礦工程1、露天采礦邊坡設(shè)計(jì)及穩(wěn)定加固技術(shù)；2、井下開(kāi)采中巷道和采場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題；3、礦柱穩(wěn)定性及采場(chǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題；4、軟巖巷道和深部開(kāi)采技術(shù)問(wèn)題；5、礦井突水預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)及預(yù)處理理論和技術(shù)；6、煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)及處理理論和技術(shù)；7、巖爆、巖爆預(yù)報(bào)及預(yù)處理理論和技術(shù)；8、采空區(qū)處理及地面沉降問(wèn)題；9、巖石破碎問(wèn)題鐵道建設(shè)工程1、線(xiàn)路邊坡穩(wěn)定性分析；2、隧道設(shè)計(jì)和施工技術(shù)；3、隧道施工中的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)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(kāi)采中井損防治及采空區(qū)地面變形問(wèn)題3、山城及高層建筑的地基問(wèn)題4、地層熱能資源開(kāi)發(fā)技術(shù)問(wèn)題5、地震預(yù)報(bào)中的巖石力學(xué)問(wèn)題4巖石力學(xué)發(fā)展展望正向思維系統(tǒng)思維、逆向思維從事物的必然性出發(fā)，根據(jù)試驗(yàn)建立模型，處理本構(gòu)關(guān)系，在特定的有限的條件下求解將巖體也視為一個(gè)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