巖體力學優(yōu)秀論文

1、精品文檔巖體力學是力學的一個分支學科 ,是研究巖體在各種力場作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實際應用的科學 ,是一門應用型基礎學科。國際上往往把巖體力學稱為巖石力學。它是研究巖體在各種力場作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實際應用的科學 ,屬于應用型基礎學科。主要研究經(jīng)過變形和破壞的巖體在地應力條件改變時產(chǎn)生再變形和再破壞的力學規(guī)律的學科。是力學、地質(zhì)學與工程學之間的一門邊緣學科。巖體力學研究的核心內(nèi)容 ,是定量預測和評價巖體的穩(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、開挖程序和加固措施等的影響。巖體力

2、學研究可大致歸納為9個方面：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； 巖體的力學性質(zhì) ,包括巖體的變形和強度特性與測試方法 ,特別是不連續(xù)面力學效應和巖體結(jié)構(gòu)力學效應的研究； 巖體的動力特性與測試方法的研究； 巖體的變形、破壞機制、本構(gòu)關系與破壞判據(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)的預測、評價的理論和技術途徑的研究； 巖體性質(zhì)改造和加固的研究； 模型模擬試驗 ,包括室內(nèi)模型模擬試驗和原位巖體工程模擬試驗技術、理論與

3、應用的研究； 原型觀測、施工監(jiān)測、反分析 ,以及工程事故的分析與應用研究。巖體力學的研究內(nèi)容決定了在巖體力學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 ,為巖體力學的進一步研究提供地質(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；用地層學方法、構(gòu)造地質(zhì)學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)學方法了解賦存于巖體中地下水的形成與運移規(guī)律 ,等等。 (2)試驗法?？茖W試驗是巖體力學研究中一種非常重要的方法 ,是巖體力學發(fā)展的基礎。包括巖塊力學性質(zhì)的室內(nèi)實驗、巖體力

4、學性質(zhì)的原位試驗、天然應力量測、模型模擬試驗及原位巖體監(jiān)測等方面。其目的主要是為巖體變形和穩(wěn)定性分析計算提供必要的物理力學參數(shù)。同時 ,還可以用某些試驗成果(如模擬試驗及原位監(jiān)測成果等)直接評價巖體的變形和穩(wěn)定性 ,以及探討某些巖體力學理論問題。因此應當高度重視并大力開展巖體力學試驗研究。 (3)數(shù)學力學分析法。數(shù)學力學分析是巖體力學研究中的一個重要環(huán)節(jié)。它是通過建立巖體力學模型和利用適當?shù)姆治龇椒?,預測巖體在各種力場作用下的變形與穩(wěn)定性 ,為設計和施工提供定量依據(jù)。其中建立符合實際的力學模型和選擇適當?shù)姆治龇椒ㄊ菙?shù)學力學分析中的關鍵。目前常用的力學模型有：剛體力學模型、彈性及彈塑性力學模型

5、、斷裂力學模型和損傷力學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 ,隨著科學技術的發(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)等新方法來解決巖體力學問題。 (4)綜合分析法。這是巖體力學研究中極其重要的一套工作方法。由于巖體力學工作中每一環(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)進行綜合分析和綜合評價 ,才能得出符合實際情況的正確結(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 ,相輔相成 ,缺一不可。 巖體力學的發(fā)展

6、可分為兩個階段：連續(xù)介質(zhì)力學階段。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)力學的理論和方法 ,特別是把土力學理論移植過來 ,用于解決在工程建設中遇到的巖體力學問題。這是巖體力學發(fā)展的早期階段；在20世紀50年代末和60年代初 ,國際上發(fā)生了幾次大型水壩工程事故。在對這些重大事故研究過程中 ,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。在巖體力學研究中重視了節(jié)理、斷裂面等力學作用 ,提出了不連續(xù)性、不均勻性、各向異性是巖體的重要特征；注意到尺寸效應等現(xiàn)象。在力學分析上出現(xiàn)了塊體分析的理論和方法。連續(xù)介質(zhì)力學理論仍具有支配作用。同時 ,正在注意研究碎裂介質(zhì)巖體力學分析

7、理論和方法；研究結(jié)構(gòu)力學的理論和方法在巖體力學研究中的應用；研究運用巖體變形觀測反分析與巖體改造措施相結(jié)合的實用巖體力學問題 ,不斷地深入認識巖石 ,修改設計 ,補充巖體改造措施 ,使巖體工程設計逐步完善 ,并有了一套應用巖體力學的理論和方法。巖體結(jié)構(gòu)型式巖體力學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、開挖和支護；巖體改造方案及技術。必須研究的基本問題有：巖體結(jié)構(gòu) ,特別是結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)規(guī)律；巖體中應力 ,包括地應力及工程建設引起的二次應力；巖體變形規(guī)律；巖體破壞機制及強度理論；巖體水力學理論。巖體力學是在巖石力學的基礎上發(fā)展起來的一門新興學科 ,

8、因此 ,目前國際上仍沿用巖石力學(rock mechanics)這一名詞。如巖體力學的國際組織叫國際巖石力學學會(The International Society for Rock Mechanics ,簡稱ISRM) ,我國的國家組織相應地也叫中國巖石力學與工程學會(Chinese Socitey for Rock Mechanics and Engineering ,簡稱CSRME)。但是從所研究的內(nèi)容上講 ,它實際上已屬于巖體力學的范疇了 ,因此通常意義上的巖石力學就是巖體力學。 巖體力學的形成與發(fā)展歷史是從巖石力學的興起開始的。盡管巖石力學的誕生之日難以考查 ,但一般認為 ,巖體力學

9、形成于20世紀50年代末 ,其主要標志：是1957年法國的塔羅勃(JTalobre)所著巖石力學的出版 ,以及1962年國際巖石力學學會(ISRM)的成立。巖體力學作為一門獨立的學科至今才40余年的歷史 ,這是很短暫的 ,但其形成的歷史是漫長的 ,這與當時的生產(chǎn)力水平低 ,工程建設數(shù)量少、規(guī)模小有關。對于巖體力學的形成歷史 ,在此不擬詳細介紹 ,這里僅就其形成以后的發(fā)展過程與特點作一簡要介紹。以使讀者了解巖體力學的發(fā)展動態(tài)。 為了考察巖體力學的發(fā)展 ,先列舉一些對巖體力學形成與發(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)建了第一個巖石力學學術組織 ,叫地質(zhì)力

10、學研究組(Study Group for Geomechanics) ,并形成了獨具一格的奧地利學派 ,其基本觀點是巖體的力學作用主要取決于巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面及其對巖體的切割特征。同年 ,國際大壩會議設立了巖石力學分會。 1956年 ,美國召開了第一次巖石力學討論會。1957年 ,第一本巖石力學(JTalobre著)專著出版。 1959年 ,法國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工作者的關注和研究。 1962年 ,在國際地質(zhì)力學研究組的基礎上成立了國際巖石力學學會(ISRM) ,由奧地利巖石力學家繆勒(LMller)擔任主席。 1963年 ,意大利瓦依昂水庫左岸巖體

11、大滑坡 ,吸引了許多巖石力學工作者的關注。 1966年 ,第一屆國際巖石力學大會在葡萄牙的里斯本召開 ,由葡萄牙巖石力學家羅哈(MRocha)擔任主席。以后每4年召開一次大會 ,至今已召開了八次。這八次國際巖石力學學術會議內(nèi)容廣泛 ,當代巖石力學的主要熱點問題都得到了交流和討論 ,無疑代表了當代國際巖石力學的水平。第九屆國際巖石力學大會將于1999年8月在法國巴黎召開 ,會議總的主題為面向未來。屆時將組織：應用巖石力學 ,環(huán)境安全與控制；力學現(xiàn)象與熱學、流體力學及化學現(xiàn)象的耦合；巖石動力學與構(gòu)造物理學；監(jiān)測、原位測試四個專題的討論。 這期間 ,我國的巖體(石)力學研究也得到了長足的發(fā)展。陸續(xù)建

12、立了中國科學院武漢巖土力學研究所、地質(zhì)研究所工程地質(zhì)研究室 ,長江科學院巖基室等科研機構(gòu)。并在許多高等院校的相關專業(yè)建立了巖石力學實驗室 ,開設了巖體(石)力學課程。圍繞一些重點工程建設開展了一系列巖體力學科研、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引入巖體力學 ,提出了巖體流變、擴容與長期強度等概念 ,進一步發(fā)展了巖石流變擴容理論。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 ,我國于1985年正式成立了全國巖石力學與工程學會 ,至今已召開了四次全國性學術大會 ,

13、并派團參加了第四至第八屆國際巖石力學大會 ,參與了國際學術交流。 這一時期巖體力學的研究工作有如下特點。 1.對巖體及其力學屬性的認識不斷深入 在巖體力學形成的初期 ,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)進行物理力學性質(zhì)測試 ,并用以評價其對工程建筑的適宜性。這種研究實質(zhì)上還是材料力學方法 ,可稱為巖塊力學或巖石力學。大量的工程實踐表明：用巖塊性質(zhì)來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60年代起 ,國內(nèi)外巖體力學工作者都逐步認識到了被結(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 ,其力學屬 性才能近似地看成與巖塊相同。在這種認識的前提下 ,人們開展對巖體的研究 ,并重視原位試驗在確定巖體力學參數(shù)中的作用。這一時期內(nèi) ,奧地利學派起了很大的推動作用 ,繆勒(1974)主編的巖石力學代表了這一時期的研究方向和水平。但這一時期人們還是多把巖體視為巖塊的砌體來研究 ,而對結(jié)構(gòu)面在巖體變形、破壞機理中的影響及其重要性還認識不足 ,在巖體力學分析計算中未作全面考慮。 到70年代中后期 ,巖體力學工作者越來越認識到巖體結(jié)構(gòu)的實質(zhì)及其在巖體力學作用中的重要性 ,開展了大量的研究(如奧地利、中國

15、、美國等國家的學者)。如我國從70年代開始 ,以谷德振為首的科研群體就開展了對巖體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)面力學效應等理論問題的研究 ,并應用于解決工程問題 ,提出了巖體工程地質(zhì)力學的學說 ,出版了巖體工程地質(zhì)力學基礎(1979)等一系列專著。進而又提出了巖體結(jié)構(gòu)控制論的觀點(巖體結(jié)構(gòu)力學 ,孫廣忠 ,1988) ,認為巖體的變形和穩(wěn)定性主要受控于巖體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)面的力學性質(zhì) ,因此必須重視對巖體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)及其力學效應的研究。 從上述巖體力學的發(fā)展過程 ,我們不難看出 ,人們對巖體及其力學屬性的認識是不斷深化的。 2.研究領域愈益擴大 ,并強調(diào)在工程中的應用 在巖體力學形成初期 ,主要是針對礦山建設

16、中的圍巖壓力問題進行工作?，F(xiàn)在巖體力學已被廣泛應用于采礦、能源開發(fā)、國防工程、水利水電工程、交通及海洋開發(fā)工程、環(huán)境保護及減災防災工程、古文物保護工程、地震、地球動力學等等許多領域。而且隨著工程建設的增多和規(guī)模的不斷加大 ,特別是一些復雜的重大工程(如三峽工程)的實施 ,將給巖體力學帶來許多新的復雜課題 ,這對于巖體力學來說既是發(fā)展的機遇 ,也是一種挑戰(zhàn)。3.重視巖體中天然應力的研究 過去人們提到天然應力主要是指自重應力 ,現(xiàn)在人們已經(jīng)認識到在很多情況下只考慮自重應力是不行的 ,必須考慮除自重應力以外如構(gòu)造應力等的影響。從60年代開始 ,逐漸重視和加強了巖體中天然應力及其量測技術的研究 ,積累

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

18、水巖耦合及水巖與應力耦合所表現(xiàn)出來的水力學性質(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、新技術及新方法的應用 首先 ,計算機技術的應用與普及 ,為巖體力學解決許多復雜的巖體力學問題提供了有力的手段 ,提高了巖體力學解決生產(chǎn)實際問題的能力和效率。另外 ,從70年代末開始 ,塊體理論、概率論、模糊數(shù)學、斷裂力學、損傷力學、分形幾何等理論相繼引入巖體力學的基礎理論與工程穩(wěn)定性研究中 ,取得了一系列重大成果。近年來 ,還有不少學者將系統(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)同論等軟科學引入巖體力學研究中 ,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(Sach ,Dheores等 ,1994；馮夏庭 ,王泳嘉等 ,1995)來預測巖體邊坡穩(wěn)定性等等。這些新理論、新方法的引入 ,大大地促進了巖體力學的發(fā)展?？傊?,到目前為止 ,巖體力學工作者從各個方面對巖體力學與工程進行了全面的