工程岩体力学

成绩

评阅人

中国矿业大学

工程硕士专业课（课外考核）作业封面

学号

姓名贺军

工程领域

课程名称工程岩体力学

任课教师邹喜正

任课教师规定截止交作业时间：2015年10 月8 日

工程硕士研究生交作业时间：年月日

研究生院培养管理办公室印制

工程岩体力学

工程岩体力学是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。国际上往往把岩体力学称为岩石力学。它是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，属于应用型基础学科。主要研究经过变形和破坏的岩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。

工程岩体力学研究的核心内容，是定量预测和评价岩体的稳定性，岩体的改造和加固措施。它除了要研究岩体结构、岩体的基本特性、岩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、开挖程序和加固措施等的影响。岩体力学研究可大致归纳为9个方面：岩体的结构型式岩体的地质特征,包括岩体的物质组成、岩体结构、岩体中的天然应力、岩体中水的状态以及岩体温度的研究；岩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；岩体的力学性质，包括岩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岩体结构力学效应的研究；岩体的动力特性与测试方法的研究；岩体的变形、破坏机制、本构关系与破坏判据的研究；岩体的稳定性，包括地基、边坡与地下工程围岩变形、失稳的预测、评价的理论和技术途径的研究；岩体性质改造和加固的研究；模型模拟试验，包括室内模型模拟试验和原位岩体工程模拟试验技术、理论与应用的研究；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。

岩体力学学科的不断完善和发展，它与工程实践的联系越来越紧密, 必将会推动工程建设的不断深入. 本文简要介绍了岩体力学的发展情况, 然后从学科知识应用于实际的工程的步骤, 阐述了当前的进展并付以工程实例和新的理论，最后对今后岩体力学在工程实践中的运用进行了展望.

岩体力学作为岩土工程三大基础学科(岩体力学、土力学、基础工程学) 之一, 在工程设计和

施工中, 岩体力学问题往往具有决定性的作用. 因此, 岩体力学的发展直接关系到工程开发的深度和广度.

1 岩体力学的发展

岩体力学的发展经历了如下几个阶段:(一) 连续介质岩石力学阶段. (二) 裂隙岩体力学阶段.

(三) 岩体结构力学阶段. (四) 地质工程岩体力学阶段.而今的岩体力学与地质研究工作密切相关, 必须是多学科协同操作, 方能有所作为. 因此岩体力学的发展进入地质工程岩体力学阶段.

2 岩体力学的几种模型

要解决具体的岩体工程问题都得建立相应的模型. 等效连续介质模型与不连续介质模型是岩体力学中并存的两大模型, 两者均反映了岩体的不连续性, 但对岩体的不连续性的处理方式是不一样的.

等效连续介质模型与不连续介质模型是从对岩体产状的处理方式来分析的. 而从岩体的力学性质角度来看, 则需要建立力学模型, 即本构关系. 岩体的力学性质可以用弹性、塑性、粘性或三者之间的组合, 如粘弹性、弹粘性、弹塑性、粘弹塑性、弹塑粘性等来表示.

值得注意的是, 出现了一种岩体的自适应本构模型. 其中的岩体本构关系表达不借用传统的数学公式和力学基本定律, 而是靠神经网络的自组织、自学习和自适应功能直接从离散的试验数据中提取和存贮岩体行为的知识来实现.

岩体的本构关系实质上就是应力状态和应变状态的关系. 对于自适应本构模型来说, 输入层可以是部分应力分量和部分应变分量, 而输出层也可以是另一部分应力分量和另一部分应变分量. 输入和输出什么要根据已有的知识而定, 同时也要考虑用这一模型解决的问题.

自适应本构模型的输入与输出模式之间的非线性关系是通过网络的连接权值表达的, 因此, 它可以表示线性和非线性本构模型; 自适应本构模型有自学习功能, 因此, 随着知识的积累, 它的可能性和适用性将越来越高; 岩土的应变软化本构模型的建立, 一直未有突破性进展, 自适应本构模型将为这一领域的开拓提供有效手段.

3 试验手段更新对岩体力学及实际工程的影响

无论什么岩体力学理论, 都是基于岩体本身的性状来模拟的. 而对于岩体的性质研究有赖于实际工程的积累和试验手段的更新. 如本构模型的研究要求进行岩石的应力应变全过程测试, 裂隙岩体在拉应力状态下的开裂机理分析要求进行岩体断裂韧度测试, 边坡岩体卸荷带范围划分及岩体性质“弱化”程度研究要求采用声波等综合测试技术等.

4 地应力——岩体工程一个重要影响因素

对于岩体力学与具体工程的结合, 除了考虑岩体本身的力学性质与产状外, 另一个无法忽略的因素是地应力.

地应力是各种作用和各种起源的力, 它主要由自重应力和构造应力组成, 有时还存在流体应力和温差应力等. 地应力状态与岩体稳定性关系极大, 它不仅是决定岩体稳定性的重要因素,而且直接影响各类岩体工程的设计和施工.越来越多的资料表明, 在岩体高应力区, 地表和地下工程施工期间所进行的岩体开挖, 常常能在岩体中引起一系列与开挖卸荷回弹和应力释放相联系的变形和破坏现象, 使工程岩体失稳.

当然, 地应力并不是在任何情况下都是不利的. 如岩体中具有较高天然水平应力时, 对有压隧洞围岩稳定有利.总之, 岩体的地应力状态, 对工程建设有着重要的意义. 为了合理利用岩体地应力的有利方面,根据岩体地应力状态, 在可能的范围内合理地调整地下洞室轴线、坝轴线以及人工边坡走向, 较准确地预测岩体中重分布应力和岩体变形, 正确地选择加固岩体的工程措施.

5 计算机技术在岩体力学中的应用

随着对岩体力学的要求越来越高, 现代计算机的飞速发展为岩体力学的进一步发展提供了