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岩体力学

[拼音]:yanti lixue

[外文]:rock mass mechanics

工程力学与工程地质学相互渗透的边缘学科。主要研究赋存于一定地质环境中的岩石和岩体的强度、变形、破坏、破碎等规律,合理利用岩体,避免不利因素,并制定岩体改造方案和技术措施。

形成和发展

岩体力学是一门十分年轻的学科。第二次世界大战以后,土木工程建设规模不断扩大,高坝、深埋长隧道、大跨度高边墙地下建筑相继出现,对岩体力学理论和技术的需求日益迫切,岩体力学工作逐步发展起来。1951年在奥地利的萨尔茨堡组织了第一个地区性岩石力学协会,1962年在该协会倡议下成立了国际岩石力学学会,秘书处设于葡萄牙的里斯本,并于1966~1983年间召开了五次国际岩石力学讨论会,对岩体力学发展起了推动作用。

中国在1949年以后,在水利水电建设过程中形成自己的岩体力学勘测试验队伍,成立了中国科学院岩体土力学研究所、长江水利水电科学院岩基研究室等研究机构,促进了中国岩体力学的发展。1966年3月在武汉召开了第一届全国岩、土力学测试技术会议,70年代以来,在一些高等院校中建立了岩体力学教研室,开设了岩体力学课;在一些工程勘察设计院中建立了岩体力学试验研究队伍。开始了对高坝坝基,大跨度高边墙地下洞室围岩稳定性及高达 300米以上的岩质边坡稳定性问题以及对岩石流变、岩石断裂及岩体结构力学效应等理论开展了研究,1985年成立了中国岩石力学和工程学会。

岩体力学的发展可分为两个阶段:

(1)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(如弹性力学,塑性力学等),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。

(2)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。

当前,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。

基本内容

(1)岩体上各种工程地基的变形、破坏;

(2)岩体边坡的变形、破坏;

(3)地下工程的围岩变形、破坏、开挖和支护;

(4)岩体改造方案及技术。必须研究的基本问题有:

(1)岩体结构,特别是结构面的地质规律;

(2)岩体中应力,包括地应力及工程建设引起的二次应力;

(3)岩体变形规律;

(4)岩体破坏机制及强度理论;

(5)岩体水力学理论。

研究方法

基本理论方面

由四部分组成:

(1)岩体地质研究。对岩体内结构面地质分布规律及地应力和地下水等环境因素测量分析。

(2)岩体力学试验和实验(见岩体力学试验和测试)。通过试验的方法测试岩体的物理力学性质,通过岩体实验的手段研究岩体变形、破坏机制,建立岩体变形本构方程及岩体破坏判据。

(3)岩体的力学分析。通过物理模拟和数学力学分析的途径研究岩体变形、破坏趋势,评价对工程正常运营的影响。

(4)岩体改造方案及技术措施研究。通过理论分析和实验研究手段,对岩体力学分析中发现的可能影响工程正常运营的岩体,提出改造方案及技术措施,以期确保工程建设的技术经济合理性。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。

应用方面

与岩体工程阶段结合分为三类:

(1)岩体力学特性普查。在可行性论证和方案设计阶段,为了认识岩体一般特性,组织进行岩体地质研究和岩体物理力学测试。

(2)专门岩体力学问题研究。在技术设计和施工设计阶段。对一些疑难的岩体工程问题组织专门的实验、试验研究及理论分析,评价岩体变形、破坏趋势,研究对不利的岩体力学条件进行改造的措施。

(3)岩体变形观测、监测及反分析。在施工过程中和工程运转过程中,对岩体变形发展组织观测、监测,利用其资料反分析岩体结构,环境应力及变形参数,对原设计进行修改或提出补充改造措施,以保证工程建筑达到预期目的。

参考书目
  1. 孙广忠:《岩体力学基础》,科学出版社,北京,1983。

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文章名称:《岩体力学》
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