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[拼音]:yanti lixue

[外文]:rock mass mechanics

主要研究经过变形和破坏的巖体在地应力条件改变时产生再变形和再破坏的力学规律的学科。是力学、地质学与工程学之间的一门边缘学科。巖体力学的研究目的是运用巖体的力学规律合理地利用巖体,预测、预报巖体工程中出现或可能出现的灾害,并拟定防治措施。

形成与发展

巖体力学的形成和发展,是与巖体工程建设的发展和巖体工程事故分不开的。巖块物理力学性质的试验,地下洞室受天然水平应力作用的研究,可以追溯到19世纪的下半叶。20世纪初,出现了巖块三轴试验,课题内容主要集中在地下工程的围巖压力和支护方面。1920年,瑞士联合铁路公司采用水压洞室法,在阿尔卑斯山区的阿姆斯特格隧道中,进行原位巖体力学试验,首次证明巖体具有弹性变形性质。不久,弹性力学被引入巖体力学的研究,并成为解决巖体工程问题的重要理论基础。1950~1960年,巖体力学扩大了应用范围,得到了比较全面的发展。这一时期除了地下洞室围巖稳定性研究以外,还有巖质边坡和地基岩体稳定性研究等;开始利用深孔应力解除法,实测巖体中的天然应力;巖体的空隙性,特别是巖体的裂隙空隙性、巖体中的不连续面,以及巖体力学性质的各向异性和不连续性的研究,被提到重要地位;逐渐发展了原位巖体性质的各项测试技术和试验研究;在预测和评价巖体稳定性方面,发展了图解分析法,以及块体极限平衡理论分析法;在加固和稳定巖体措施方面,提出了效果良好的锚喷法。这一时期形成了著名的奥地利学派,他们认为巖体力学属不连续介质力学,巖体的强度和变形特性,主要受巖体结构内部单元巖块之间的联结力以及巖块之间的相对位移所控制。他们的研究成果,促进了巖体力学的发展。1957年,法国的J.塔洛布林(曾译J.塔罗勃)著《岩石力学》,从巖体概念出发,较全面系统地介绍了巖体力学的理论和试验研究方法及其在水电工程上的应用。至50年代末期,巖体力学形成了一门独立的学科。60年代以来,巖体力学的发展进入了一个新的历史时期,研究内容和应用范围不断扩大,对不连续面力学效应和巖体效能进行了研究,取得了成果和发展;有限元法、边界元法、离散元法先后被引入,巖体中天然应力量测的加强与其分布规律不断被揭示。

在中国,系统地研究巖体力学始于50年代初期。1952年出版了《矿内地压与顶板管理论文专集》。1956年开始开展了原位巖体力学性质的试验研究。1965年明确提出了巖体结构概念,并逐渐形成了巖体力学性质和巖体稳定性主要受巖体结构控制的“巖体结构控制论”,为巖体力学的发展作出了贡献。

研究内容

巖体力学研究的核心内容,是定量预测和评价巖体的稳定性,巖体的改造和加固措施。它除了要研究巖体结构、巖体的基本特性、巖体所处的地质环境等因素以外,还要充分考虑工程因素,如工程规模、爆破、开挖程式和加固措施等的影响。巖体力学研究可大致归纳为9个方面:

(1)巖体的地质特征,包括巖体的物质组成、巖体结构、巖体中的天然应力、巖体中水的状态以及巖体温度的研究;

(2)巖体的物理与水理性质,包括空隙性、渗透性、膨胀性、崩解性以及溶蚀性的研究;

(3)巖体的力学性质,包括巖体的变形和强度特性与测试方法,特别是不连续面力学效应和巖体结构力学效应的研究;

(4)巖体的动力特性与测试方法的研究;

(5)巖体的变形、破坏机制、本构关系与破坏判据的研究;

(6)巖体的稳定性,包括地基、边坡与地下工程围巖变形、失稳的预测、评价的理论和技术途径的研究;

(7)巖体性质改造和加固的研究;

(8)模型模拟试验,包括室内模型模拟试验和原位巖体工程模拟试验技术、理论与应用的研究;

(9)原型观测、施工监测、反分析,以及工程事故的分析与应用研究。

研究方法

巖体力学研究采用下列方法:

(1)工程地质研究法。指从工程观点出发,采用地质学的一些研究方法。如应用巖矿鑑定法,地史学、构造地质学、动力地质学等方法,研究巖体的地质特征,特别是那些与巖体力学性质和力学作用有关的问题。

(2)试验法。包括巖块工程性质的室内试验、巖体工程性质的原位试验、巖体中天然应力的量测、模型模拟试验、原型观测以及施工监测等方法(见岩土试验、工程地质力学模拟)。试验法不仅可以获得巖体变形和稳定性分析中所必需的计算引数,而且有助于确定力学模型,研究巖体力学的理论问题。

(3)力学分析法。在研究巖体地质特征和地质环境的基础上,根据巖体力学介质型别,分别采用不同的力学理论和不同的分析方法,对巖体的变形和稳定性进行力学分析。

(4)综合分析法。利用不同的力学理论和不同的分析方法,分析巖体的变形和稳定性,最后通过分析对比和综合判断,获得比较符合实际的结论。

参考书目

孙广忠著:《巖体结构力学》,科学出版社,北京,1988。

J.塔罗勃著,林天健等译:《岩石力学》,中国工业出版社,北京,1965。(J.Talobre,La mécaniquedes roches:appliquéeauxtravaux publics,Préface de D.Olivier-Martin,Paris,1957.)

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