读土力学有感

读书报告

——读《岩体力学》[1]有感岩体力学是土木工程专业的专业基础课。岩体力学是力学的一个分支学科，是一门十分年轻的学科，是与有关学科相互交叉的工程学科，其形成和发展要比土力学晚得多，需要应用土力学、固体力学、地质学、流体力学、数学等知识，并于这些学科相互渗透，是一门应用型基础学科。其研究对象是岩石与岩体，主要研究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。并服务于各种岩体工程。国际上往往把岩体力学称为岩石力学。其研究对象是岩石与岩体。

1.发展概况

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，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。二十世纪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。岩体力学的形成和发展，是与岩体工程建设的发展和岩体工程事故分不开的。岩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，出现了岩块三轴试验，课题内容主要集中在地下工程的围岩压力和支护方面。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，进行原位岩体力学试验，首次证明岩体具有弹性变形性质。不久，弹性力学被引入岩体力学的研究，并成为解决岩体工程问题的重要理论基础。1950～1960年，岩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岩稳定性研究以外，还有岩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，实测岩体中的天然应力；岩体的空隙性，特别是岩体的裂隙空隙性、岩体中的不连续面，以及岩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；逐渐发展了原位岩体性质的各项测试技术和试验研究；在预测和评价岩体稳定性方面，发展了图解分析法，以及块体极限平衡理论分析法；在加固和稳定岩体措施方面，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，他们认为岩体力学属不连续介质力学，岩体的强度和变形特性，主要受岩体结构内部单元岩块之间的联结力以及岩块之间的相对位移所控制。他们的研究成果，促进了岩体力学的发展。

1957年，法国的J.塔洛布尔（曾译J.塔罗勃）著《岩石力学》，从岩体概念出发，较全面系统地介绍了岩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，岩体力学形成了一门独立的学科。60年代以来，岩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岩体性能进行了研究，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，岩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，系统地研究岩体力学始于50年代初期。1952年出版了《矿内地压与顶板管理论文专集》。1956年开始开展了原位岩体力学性质的试验研究。1965年明确提出了岩体结构概念，并逐渐形成了岩体力学性质和岩体稳定性主要受岩体结构控制的“岩体结构控制论”，为岩体力学的发展作出了贡献。

2.研究内容与方法

(1)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。

(2)岩体力学研究采用下列方法：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。如应用岩矿鉴定法，地史学、构造地质学、动力地质学等方法，研究岩体的地质特征，特别是那些与岩体力学性质和力学作用有关的问题。试验法包括岩块工程性质的室内试验、岩体工程性质的原位试验、岩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岩体变形和稳定性分析中所必需的计算参数，而且有助于确定力学模型，研究岩体力学的理论问题。力学分析法在研究岩体地质特征和地质环境的基础上，根据岩体力学介质类型，分别采用不同的力学理论和不同的分析方法，对岩体的变形和稳定性进行力学分析。综合分析法。利用不同的力学理论和不同的分析方法，分析岩体的变形和稳定性，最后通过分析对比和综合判断，获得比较符合实际的结论。

3.分章内容

（1）岩石的物理、水理性质：岩石和土一样，也是由固体，液体，气体三相组成。物理性质主要包括岩石的密度，岩石的空隙率。岩石的

水理性质主要包括吸水性，软化性，崩解性，抗冻性，膨胀性，渗透性。

（2）岩石的力学特性：主要包括岩石单轴压缩条件下的力学特性（岩石的单轴抗压强度）；岩石单轴拉伸条件下的力学特性（劈裂试验法需重点掌握）；岩石剪切条件下的力学特性；岩石三轴压缩条件下的力学特性，岩石的流变特性，其中，流变模型基本元件包括弹性元件、粘性元件和塑性元件。在流变学中，所有的流变模型均可由三个基本元件组合而成。迄今已经提出了数十种流变体的组合模型，具有代表性的有圣维南体、马克斯威尔体、开尔文体、广义开尔文体、伯格斯体、宾汉体、西原体等典型模型。这几种模型的本构方程，蠕变方程，卸载方程，松弛方程正是对其本身的描述；岩石的强度理论。

（3）岩体的力学特性：岩体的力学性能是指岩体抵抗外力作用的能力，包括岩体的稳定性、强度特征和变形特征。岩体力学性质取决结构面与结构体的力学性质，结构面的存在和结构体本身的赋存条件对岩体的力学特性具有很大的控制作用。结构体的赋存条件对岩体的力学特性具有很大的控制作用。结构体的赋存条件包括地应力、地下水和地温等。结构体的形状、大小、数量和结构等决定了结构体的力学性质；结构面的数量、产状、密度等延伸情况以及粗糙度、充填物决定了结构面的力学性质，结构面内摩擦角和内聚力等物理力学参数的不同，岩体表现出不同的力学性能。主要介绍了岩体的变形性质，强度性质，动力学性质，水力学性质这几个方面。

（4）地应力及其测量：地应力是指存在于地层中未受扰动的天然应力，

也称原始应力、岩体初始应力或绝对应力。岩体中天然应力的测量方法有地应力测量方法，直接测量法（扁液压千斤顶法，水压致裂法），间接测量法（全应力解除法，局部应力解除法）。地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也具有重要意义。

（5）地下岩体工程：通常包括地下岩体中开挖的各种隧道、井巷与硐室。本书主要介绍地下岩体工程的应力分布，包括地下岩体工程围岩应力重分布，弹性条件下地下岩体工程围岩应力分布，弹塑性条件下地下岩体工程围岩应力分布。还有围岩应力的计算。

（6）岩体的边坡工程：包括自然边坡和人工边坡。主要讲解了边坡岩体的应力分布，边坡岩体的变形与破坏以及边坡岩体的稳定性分析与计算。

（7）岩石地基工程：建、构筑物以岩体作为持力层的地基统称为岩石地基。岩石地基中的应力分布特征分为均质各向同性岩石地基应力分布，层状岩石地基应力分布这两种情形。还有岩石地基基础沉降。同时介绍了岩石地基承载力这项内容。

4.发展展望

纵观岩体力学的发展历程，存在以下发展趋势：

第一，对岩体及其力学属性的认识不断深入。

第二，与其他学科联系越来越紧密。

第三，应用领域日益扩大，工程岩体力学不断发展。

第四，试验与测试技术不断发展。

目前，岩体力学面临的主要议题之一就是工程岩体力学方面的环境安全与控制，其发展前沿主要包括岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学机理问题，裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题，岩体与工程结构的相互作用与稳定性评价问题，软岩的力学特性及其岩体力学问题，水-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题，高地应力岩体力学问题，岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术，岩体动力学、水力学与热力学问题，岩体流变与长期强度问题，

岩体工程计算机辅助设计与图像自动生成处理。

注：[1]阳生权阳军生岩体力学[M],机械工业出版社,2008