石油工程巖石力學(xué)

1、第一節(jié)：緒論一、教學(xué)目的：通過巖石力學(xué)課程介紹，揭示課程在石油工程中的重要性，引導(dǎo)同學(xué)對(duì)該課程的愛 好，熟悉巖石力學(xué)爭(zhēng)論對(duì)象的特點(diǎn)及其與其它力學(xué)課程的聯(lián)系及差異。二、基本要求：1、了解內(nèi)容： 巖石力學(xué)學(xué)科的爭(zhēng)論意義。 巖石力學(xué)學(xué)科的進(jìn)展歷史及進(jìn)呈現(xiàn)狀巖石力學(xué)學(xué)科的爭(zhēng)論內(nèi)容及爭(zhēng)論方法2、把握內(nèi)容：巖石力學(xué)的定義巖石的定義及分類巖石力學(xué)爭(zhēng)論對(duì)象的特點(diǎn)（巖石力學(xué)與彈性力學(xué)等力學(xué)學(xué)科的差異）不連續(xù)性令非均質(zhì)性各向異性令滲透性令 賦存環(huán)境（地應(yīng)力-初始應(yīng)力、溫度、壓力、油氣水）3、介紹課程的學(xué)習(xí)H的及基本要求三、課程內(nèi)容：1、巖石力學(xué)的爭(zhēng)論意義1首先，來源于生產(chǎn)實(shí)踐，生產(chǎn)實(shí)踐也是巖石力學(xué)進(jìn)展的推動(dòng)力巖石

2、力學(xué)的發(fā)生與進(jìn)展與其它學(xué)科一樣，是與人類的生產(chǎn)活動(dòng)緊密相關(guān)的。早在遠(yuǎn)古時(shí)代，我們的 祖先就在地窖中繁衍生息，并采用巖石做工具和武器，消失過“石器時(shí)代”。公元前2700年左右，古代 埃及的勞動(dòng)人民修建了金字塔。公元前6世紀(jì)，巴比倫人在山區(qū)修建了 “空中花園二公元前613-591 年我們我國(guó)人民在安徽浮河上修建了歷史上第一座攔河壩。公元前256-251年，在四川岷江修建了都江 堰水利工程。公元前254年左右（秦昭王時(shí)代）開頭出鉆探技術(shù)。公元前218年在廣西開鑿了溝通長(zhǎng)江 和珠江水系的靈渠，筑有砌石分水堰。公元前221-206年在北部山區(qū)修建了萬(wàn)里長(zhǎng)城。在20世紀(jì)初， 復(fù)荷載等因素對(duì)強(qiáng)度參數(shù)的影響。

3、野外抗剪蠕變?cè)囼?yàn)采納的試件尺寸為50cmX60cm,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3 個(gè)月。抗力體試驗(yàn)尺寸分別為11.65mX1.70mX2. 30mX 9. 54mX1.70mX2. 30m （長(zhǎng)X寬X高），規(guī)模 之大，在國(guó)內(nèi)外均屬罕見。依據(jù)大量試驗(yàn)爭(zhēng)論結(jié)果，運(yùn)用流變力學(xué)原理，解決了脆弱夾層及非連續(xù)、層 狀巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)問題，并提出了有關(guān)的數(shù)學(xué)、力學(xué)模型及計(jì)算方法、為大壩設(shè)計(jì)和施工供應(yīng)了重要依 據(jù)。在極為簡(jiǎn)單的巖基上興建如此巨大的工程，當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)外均無先例可循。通過興建葛洲壩，不但有 力地促進(jìn)了我們我國(guó)壩工技術(shù)的全面進(jìn)展，而且在巖石力學(xué)進(jìn)展史上，也堪稱一個(gè)重要的里程碑。我們我國(guó)實(shí)行改革開放政策以來，巖石力學(xué)得

4、到突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。1978年12月26日，中國(guó)科學(xué)院、 外交部聯(lián)合向國(guó)務(wù)院呈送了 “關(guān)于擬申請(qǐng)參與國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)和出席該學(xué)會(huì)第四屆大會(huì)的請(qǐng)示”報(bào)告 （78）科發(fā)外字第2041號(hào)。同年12月31 口獲得國(guó)務(wù)院方毅等5位副總理的批準(zhǔn)。緊接著，我們我 國(guó)即正式成立了國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)中國(guó)小組（National Group China, ISRM）,并以團(tuán)體會(huì)員名義加入 國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)。1979年9月以陳宗基先生為團(tuán)長(zhǎng)、谷德振先生為副團(tuán)長(zhǎng)的中國(guó)10人代表團(tuán)參與了 在瑞士 Montreux召開的第4屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì)。陳宗基先生分別在國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)理事會(huì)及學(xué)術(shù)大會(huì)上做了介紹中國(guó)巖石力學(xué)學(xué)科進(jìn)展的報(bào)告

5、， 在國(guó)際上產(chǎn)生了廣泛的影響。此外，在陳宗基先生提倡下，1982年成立了中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)籌備 委員會(huì)。經(jīng)過三年多的不懈努力，1985年成立了全國(guó)性一級(jí)學(xué)會(huì)：中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)（對(duì)外為國(guó) 際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)中國(guó)我國(guó)小組）。此外，在水利、水電、燥炭、鐵道、建筑，冶金等部門也依據(jù)行業(yè)特 點(diǎn)，建立了各自的巖石力學(xué)專業(yè)委員會(huì)。這支隊(duì)伍為解決我國(guó)重大工程：如三峽、葛洲壩、小浪底、二 灘、南水北調(diào)等水利水電工程，大冶、攀枝花、金川等礦山工程，成昆、南昆、京九、青藏等鐵路工程, 撫順、大同、兩準(zhǔn)、兗州等煤礦工程，大慶、成功、克拉瑪依等石油工程，秦山、大亞灣、嶺澳等核電 工程，北京、上海、廣州、深圳等地鐵

6、工程，以及成千上萬(wàn)個(gè)中、小型工程建設(shè)中所遇到的巖石力學(xué)難 題，開展了大量的工作，取得了豐富的成果。二、主要成就1隊(duì)伍不斷擴(kuò)大、科研成果持續(xù)創(chuàng)新我們我國(guó)于1979年成立國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)中國(guó)我國(guó)小組時(shí)，只有10名會(huì)員，目前我國(guó)小組人 數(shù)超過100人，增加了 10倍多。中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)于1985年成立時(shí)，只有2000名會(huì)員， 目前已進(jìn)展到12000余名會(huì)員，為國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員總數(shù)的2倍多，廣泛分布在全國(guó)各省、市、 自治區(qū)。專業(yè)范圍涉及巖石力學(xué)與巖石工程多個(gè)分支學(xué)科。目前有11個(gè)專業(yè)委員會(huì)或分會(huì)，它們 是：地面巖石工程、地下與地下空間巖石工程、巖石動(dòng)力學(xué)、巖體物理數(shù)學(xué)模擬、巖石 錨固與注漿技

7、術(shù)、巖石破裂工程、巖石力學(xué)測(cè)試、軟巖工程、深層巖石力學(xué)、高溫高壓巖石力學(xué)及（ID環(huán)境巖土工程，即將成立的有：隧道掘進(jìn)機(jī)及工程應(yīng)用分會(huì)。我們我國(guó)已形成世界上最廣闊的人才市場(chǎng)。在人才培育方面，我們我國(guó)從事教學(xué)和科研的高等 院校超過50所，約占全球院?？倲?shù)的1/10,居世界首位。不少年輕學(xué)者己經(jīng)在國(guó)際舞臺(tái)上嶄露頭 角?！拔幕蟾锩逼陂g造成的“斷層”現(xiàn)象，正以更快的速度消逝。在學(xué)科進(jìn)展方面，繼巖石力學(xué)界先驅(qū)陳宗基先生在巖石流變學(xué)口014,谷德振先生在巖體結(jié)構(gòu)、 巖體工程地質(zhì)力學(xué)之后，近年來，我們我國(guó)學(xué)者在關(guān)鍵塊體理論、不連續(xù)變形分析（DDA）, 數(shù)值流形元方法（NMM）,巖石分形分準(zhǔn)、智能巖石力學(xué)、

8、軟巖力學(xué)、巖石破壞過程分析（REPA）、卸荷 巖石力學(xué)、巖石記憶與開挖理論、巖石力學(xué)非線性爭(zhēng)論、巖石工程位移反分析方法等方面的爭(zhēng)論都提出 諸多創(chuàng)新的成果。17-36爭(zhēng)論巖石在外界因素（如荷載、水流、溫度變化等）作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、破壞、穩(wěn)定性及加固的學(xué) 科。又稱巖體力學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)分支。爭(zhēng)論目的在于解決水利、土木工程等建設(shè)中的巖石工程問題。 它是一門新興的，與有關(guān)學(xué)科相互交叉的工程學(xué)科，需要應(yīng)用數(shù)學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土力 學(xué)、土木工程學(xué)等學(xué)問，并與這些學(xué)科相互滲透。爭(zhēng)論內(nèi)容 巖石力學(xué)的內(nèi)容分為基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用兩個(gè)方面。一、巖石力學(xué)的定義及其爭(zhēng)論對(duì)象的特點(diǎn)1巖石力學(xué)的定義巖石力學(xué)

9、是力學(xué)的一個(gè)分支。中國(guó)大百科全書一力學(xué)卷中對(duì)巖石力學(xué)的定義為：“巖石力學(xué)是運(yùn) 用力學(xué)&物理學(xué)的原理爭(zhēng)論巖石的力學(xué)&物理性質(zhì)的一門科學(xué)，目的在于充分把握和采用巖石的固有性 質(zhì)，解決和解釋生產(chǎn)建設(shè)中的實(shí)際問題”。美國(guó)科學(xué)院巖石力學(xué)委員會(huì)1966年給巖石力學(xué)的定義為：“巖 石力學(xué)是爭(zhēng)論巖石力學(xué)性能的理論和應(yīng)用科學(xué)，是研討巖石對(duì)四周物理環(huán)境中力場(chǎng)的反響的力學(xué)分支工 應(yīng)當(dāng)指出，其次個(gè)定義更加強(qiáng)調(diào)巖石材料全部賦存于地質(zhì)環(huán)境中，這些材料的自然特性打算于其形成的 方式和后來作用在其上的地質(zhì)作用。帖子一 傅冰駿文章來源：建筑世界巖石力學(xué)爭(zhēng)論的現(xiàn)狀和將來上對(duì)巖石力學(xué)的定義：巖石力學(xué)是運(yùn)用力學(xué)原理和方法來爭(zhēng)論巖石的

10、力學(xué)以及與力學(xué)有關(guān)現(xiàn)象的一門新興科學(xué)。它不僅與 國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)建設(shè)、資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、減災(zāi)防災(zāi)有親密聯(lián)系，具有重要的有用價(jià)值，而且也是力學(xué) 和地學(xué)相結(jié)合的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科。對(duì)這個(gè)定義作簡(jiǎn)潔評(píng)價(jià)：對(duì)爭(zhēng)論對(duì)象、爭(zhēng)論方法、爭(zhēng)論的意義總結(jié)的比擬全面。2巖石力學(xué)的爭(zhēng)論對(duì)象1）巖石的定義、分類、組構(gòu)性質(zhì)工程巖石力學(xué)的爭(zhēng)論對(duì)象是巖石。巖石是構(gòu)成地殼的基本材料，是經(jīng)過地質(zhì)作用而自然形成的（一種或多種）礦物集合體。巖石通常按地質(zhì)成因分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖等三種類型。lu / wa、石漿石巖漿巖是巖漿冷凝而形成的巖石，絕大多數(shù)巖漿巖是由結(jié)晶礦物所組成，由于組成它的各種礦物 化學(xué)成分和物理性質(zhì)較為穩(wěn)定，它們之間的聯(lián)

11、結(jié)是堅(jiān)固的，因此巖漿巖通常具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和均質(zhì) 性。工程中常遇到的巖漿巖有花崗巖、玄武巖等。b、沉積巖沉積巖是母巖（巖漿巖、變質(zhì)巖和早已形成的沉積巖）經(jīng)風(fēng)化剝蝕而產(chǎn)生的物質(zhì)在地表經(jīng)搬運(yùn)沉積 和硬結(jié)成巖作用而形成的巖石組成。沉積巖的主要物質(zhì)成分為顆粒和膠結(jié)構(gòu)。顆粒包括各種不同外形及大小的巖屑及某些礦物；膠結(jié)物 常見的成分有鈣質(zhì)、硅質(zhì)、鐵質(zhì)以及泥質(zhì)等。沉枳巖的物理力學(xué)性質(zhì)不僅與礦物和巖屑有關(guān)，而且也與 膠結(jié)物性質(zhì)有關(guān)。沉積巖具有層理構(gòu)造，這使得它的物理力學(xué)性質(zhì)具有方向性。工程建設(shè)中常見的沉積 巖有灰?guī)r、砂巖、頁(yè)巖等。石油工程的主要活動(dòng)在沉積巖中進(jìn)行。c、變質(zhì)巖變質(zhì)巖是由巖漿巖、沉積巖甚至變質(zhì)巖

12、在地殼中受到高溫、高壓及化學(xué)活動(dòng)性流體的影響下發(fā)生變 質(zhì)而形成的巖石。它在礦物成份、結(jié)構(gòu)構(gòu)造上具有變質(zhì)過程中產(chǎn)生的特征，也經(jīng)常殘留有原巖的某些特 點(diǎn)。因此，變質(zhì)巖的物理力學(xué)性質(zhì)不僅與原巖的性質(zhì)有關(guān)，而且與變質(zhì)作用的性質(zhì)及變質(zhì)程度有關(guān)。工 程建設(shè)中常見的變質(zhì)巖類有大理巖、片麻巖、板巖等。巖石是自然歷史的產(chǎn)物，由于它們的生成條件及在生成以后的漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史時(shí)期中，形成了很多各 式各樣的結(jié)構(gòu)面（結(jié)構(gòu)面的定義），例如巖漿侵入巖與圍巖接觸面，不同侵入巖體彼此的接觸面、冷凝 裂隙，噴出巖和沉積巖的層理、不整合面，變質(zhì)巖的片理、片麻理，組成各種巖石的礦物晶體的各種優(yōu) 勢(shì)定向排列面以及由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、風(fēng)化、重

13、力和卸荷等各種不同動(dòng)力的作用而產(chǎn)生的斷層、節(jié)理、 裂隙等。它們嚴(yán)峻地破壞了巖石的完整性。在這種狀況下，對(duì)巖體工程的安危起主要掌握作用的，通常 不再是被各種結(jié)構(gòu)面分割的巖石塊體，而主要是巖體中存在的結(jié)構(gòu)面，或者是由巖石和結(jié)構(gòu)面共同掌握。 在巖石力學(xué)中常用到“巖塊”、“巖體”、“巖石”等術(shù)語(yǔ)，一般地被結(jié)構(gòu)面切割成的巖石塊體或從地殼巖 層中切取出來的無顯著脆弱面的巖石塊體稱為巖塊，而把自然埋藏條件下的大范圍分布的由巖塊和各種 結(jié)構(gòu)面（脆弱面）網(wǎng)絡(luò)組成的地質(zhì)體稱為巖體。巖石那么是“巖塊”和“巖體”的統(tǒng)稱。巖石的結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)基本要素：結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面就是巖體內(nèi)具有肯定方向性、延展性較大、厚度較小的

14、兩維面狀地質(zhì)界面，包括物質(zhì)的異面 和不連續(xù)面（如層理、斷裂面等）結(jié)構(gòu)體那么是被不同層狀結(jié)構(gòu)組合切割形成大小不一形態(tài)各異的單元巖塊。在不同類型的巖體中，結(jié)構(gòu)面的切割形單元有不同的幾何外形，如下圖為單元巖塊的主要外形。巖石的組構(gòu)是指巖石的組織和構(gòu)造的統(tǒng)稱，是影響巖石力學(xué)性質(zhì)的根本因素。所謂組織是指巖石的 結(jié)晶程度、礦物顆粒大小、外形及顆粒之間的連接特征。1）巖石的力學(xué)特點(diǎn)：a）巖石的不連續(xù)性巖石中普遍存在的結(jié)構(gòu)面，無論是物質(zhì)分異面還是物質(zhì)不連續(xù)面，都會(huì)使結(jié)構(gòu)面兩側(cè)四周的巖石物 理力學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)不連續(xù)變化。在這里著重爭(zhēng)論巖石裂隙性的狀況，通常采納裂隙率作為定量評(píng)價(jià)巖石被 裂隙切割后破裂程度的指標(biāo)。b）

15、巖石的不勻稱性不勻稱性是指自然巖體的物理、力學(xué)性質(zhì)隨空間位置不同而異的特性。c）巖石的各向異性巖石各向異性是指自然巖體的物理力學(xué)性質(zhì)隨空間方位不同而異的特性，詳細(xì)表現(xiàn)在它的強(qiáng)度及 變形特性等各方面。在自然 巖體條件下，使巖體具有各向異性的基本緣由是由于巖石內(nèi)普遍存在著層理、片理、夾層 和定向裂隙（斷層）系統(tǒng)所致。H前在實(shí)際工程中對(duì)于成層巖體往往考慮其平行于層理和垂直于層理方 向的差異性。然而對(duì)于不具有層理的巖體，那么把它視為各自同性體。d）巖石的滲透性有壓水可以透過巖石的孔隙、裂隙而流淌，巖石能透過水的力量稱為巖石的滲透性。不同巖石或裂 隙性不同的巖石的滲透性不同，滲透性的大小用滲透系數(shù)K表示

16、。巖體滲透性試驗(yàn)原理如圖和所示，假 定巖體滲流符合達(dá)西定律，那么滲透系數(shù)可計(jì)算如下三石油工程巖石力學(xué)的爭(zhēng)論方法與爭(zhēng)論內(nèi)容.爭(zhēng)論方法巖石力學(xué)的爭(zhēng)論方法主要是：科學(xué)試驗(yàn)和理論分析?？茖W(xué)試驗(yàn)包括室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)地觀測(cè)。室內(nèi)試驗(yàn)一般分為巖石材料試驗(yàn)和模型試驗(yàn)（如地質(zhì)力學(xué)模型和工程模擬試驗(yàn)）?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)地試驗(yàn)是在自然 條件下進(jìn)行的，爭(zhēng)論包括巖體不連續(xù)面的性質(zhì)，是巖石力學(xué)爭(zhēng) 論的重要手段，也是理論分析的主要依據(jù)。理論分析是對(duì)巖石的變形、強(qiáng)度、破壞準(zhǔn)那么及其在工程中的應(yīng)用等課題的研討。在這方面，長(zhǎng)期以來沿用彈性理論、塑性理論和松散連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論進(jìn)行爭(zhēng)論。由于巖石力學(xué)性 質(zhì)非常簡(jiǎn)單，所以這些理論的適

17、用范圍是有限的。近年來雖然進(jìn)展了一些新的理論（如非連續(xù)介質(zhì)理論）, 但還不夠成熟。二十世紀(jì)六十年月以來，數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用給巖石力學(xué)的進(jìn)展制造了條件。這種方法和計(jì)算技術(shù)可以考慮巖石的非均質(zhì)性、各向異性、應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系的非線性和流變性。.石油工程巖石力學(xué)的爭(zhēng)論內(nèi)容二十世紀(jì)六十年月以來，隨著我們我國(guó)大慶、成功、遼河等油田的開發(fā)，巖石力學(xué)在石油工程中日 益顯示出重要性。主要爭(zhēng)論范圍包括：1深部地層工程地質(zhì)特征爭(zhēng)論2深層地應(yīng)力測(cè)量技術(shù)3深部地層環(huán)境下巖石的力學(xué)性質(zhì)4巖石應(yīng)力、滲透性的聲學(xué)相應(yīng)特性及巖石物理力學(xué)性質(zhì)的地球物理解釋5構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬及其在油氣田勘探開發(fā)中的應(yīng)用6深層巖石中自然裂

18、縫的形態(tài)、分布規(guī)律和猜想理論7固液耦合理論及其在油藏工程中的應(yīng)用8井壁圍巖穩(wěn)定性爭(zhēng)論9巖石破裂機(jī)理爭(zhēng)論10人工裂縫的起裂、擴(kuò)展及水力壓裂工程設(shè)計(jì)11弱固結(jié)地層的固相產(chǎn)出12地層錯(cuò)動(dòng)、蠕變與套管損壞問題13數(shù)值方法在石油工程巖石力學(xué)中的應(yīng)用爭(zhēng)論14石油工程巖石力學(xué)的物理模擬技術(shù)爭(zhēng)論學(xué)習(xí)的目的了解巖石的組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、孔隙彈性理論、變形特征、破壞性質(zhì)、地應(yīng)力狀態(tài)、數(shù)值計(jì)算方法，把握 深層巖石力學(xué)的基本理論和求解方法，了解并把握深層巖石力學(xué)理論解決井壁穩(wěn)定性、出砂猜想、套管 損壞、水力壓裂等石油工程問題的基本過程和基本方法，到達(dá)工程應(yīng)用的目的?；疽罅私鈳r石的組構(gòu)特征及其對(duì)巖石基本力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)

19、律；把握深層巖石力學(xué)的基本原理、基本方法；能夠采用深層巖石力學(xué)原理、基本方法分析石油工程中的井壁失穩(wěn)、油氣井出砂、低滲儲(chǔ)層壓 裂等工程問題。我們我國(guó)杰出的工程師詹天佑先生主持建成了北京-張家口鐵路上一座長(zhǎng)約1公里的八達(dá)嶺隧道。在修 建這些工程的過程中，不行避開地要運(yùn)用一些巖石力學(xué)方面的基本學(xué)問。2巖石力學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有廣泛的應(yīng)用目前國(guó)際上已建和正建的大壩，最大高度超過300m,地卜洞室的最大開挖跨度超過50m,礦山開采 深度超過4000m,邊坡垂直高度達(dá)1000m,石油開采深度超過9000m,深部核廢料處理需要考慮的時(shí)間效 應(yīng)至少為1萬(wàn)年，爭(zhēng)論地殼形變涉及的深度達(dá)50-60km,溫度在10

20、00oC以上，時(shí)間效應(yīng)為幾百萬(wàn)年。今 后，隨著能源、交通、環(huán)保、國(guó)防等事業(yè)的進(jìn)展，更為簡(jiǎn)單、巨大的巖石工程將日益增多。3不重視巖石力學(xué)爭(zhēng)論將造成工程事故國(guó)際上有很多工程由于對(duì)巖石力學(xué)缺乏足夠的爭(zhēng)論，而造成工程事故。其中最聞名的是法國(guó)馬爾帕 塞(Malpasset)拱壩垮壩及意大利瓦依昂(Vajont)工程的大滑坡。馬爾帕塞薄拱壩，壩高60m,壩基為片麻巖，1959年左壩肩沿一個(gè)傾斜的脆弱而滑動(dòng)，造成潰壩慘 劇，400余人喪生。瓦依昂雙曲拱壩，壩高261. 6米，壩基為斷裂非常發(fā)育的灰?guī)r。1963年大壩上游左 岸山體發(fā)生大滑坡，約有2. 7-3.0億立米的巖體突然下塌，水庫(kù)中有500()萬(wàn)立米的

21、水被擠出，擊起25() 米高的巨大水浪，高150米的洪波溢過壩頂，死亡3000余人。近年來，雖然巖石力學(xué)得到突飛猛進(jìn)的 進(jìn)展，但與巖體失穩(wěn)有關(guān)的大壩崩潰，邊坡滑動(dòng)，礦山瓦斯爆炸，圍巖地下水災(zāi)難等慘劇仍時(shí)有發(fā)生。 諸如此類的工程實(shí)例，都充分說明能否平安經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行工程建設(shè)，在很大程度上取決于人們是否能夠運(yùn) 用近代巖石力學(xué)的原理和方法去解決工程上的問題。當(dāng)前世界上正建和擬建的一些巨型工程及與地學(xué)有 關(guān)的重大工程都把巖石力學(xué)作為主要爭(zhēng)論對(duì)象。4巖石力學(xué)在石油工程中的重要應(yīng)用井壁穩(wěn)定性分析水力壓裂出砂猜想地層可鉆性猜想鉆頭優(yōu)選定向射孔套管損壞機(jī)理地面沉降四巖石力學(xué)的進(jìn)展歷史、現(xiàn)狀及，面臨的挑戰(zhàn)1、形成歷

22、史1951年，在奧地利創(chuàng)立了地質(zhì)力學(xué)爭(zhēng)論組，并形成了獨(dú)具一格的奧地利學(xué)派。同年，國(guó)際大壩會(huì)議設(shè)立了巖石力學(xué)分會(huì)。1956年，美國(guó)召開了第一次巖石力學(xué)爭(zhēng)論會(huì)。1957年，第一本巖石力學(xué)專著出版。1959年，法國(guó)馬爾帕塞壩潰決，引起巖體力學(xué)工作者的關(guān)注和爭(zhēng)論。1962年，成立國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM)。1966年，第一屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì)在葡萄牙的里斯本召開。2、進(jìn)展前沿巖體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)面的仿真模擬、力學(xué)表述及其力學(xué)機(jī)理問題裂隙化巖體的強(qiáng)度、破壞機(jī)理及破壞判據(jù)問題巖體與工程結(jié)構(gòu)的相互作用與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)問題軟巖的力學(xué)特性及其巖體力學(xué)問題水-巖-應(yīng)力耦合作用及巖體工程穩(wěn)定性問題高地應(yīng)力巖體力學(xué)問題巖體結(jié)構(gòu)

23、整體綜合仿真反響系統(tǒng)與優(yōu)化技術(shù)巖體動(dòng)力學(xué)、水力學(xué)與熱力學(xué)問題巖體流變與長(zhǎng)期強(qiáng)度問題 巖體工程計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)與圖像自動(dòng)生成處理。但是，作為一門學(xué)科，巖石力學(xué)爭(zhēng)論是從20世紀(jì)50年月前后才開頭的。當(dāng)時(shí)世界各國(guó)正處于其次 次世界大戰(zhàn)以后的經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時(shí)期，大規(guī)模的基本建設(shè)，有力地促進(jìn)了巖石力學(xué)的爭(zhēng)論與實(shí)踐。巖石力學(xué) 漸漸作為一門獨(dú)立的學(xué)科消失在世界上，并日益受到重視。3、國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)成立前(1962)的概況在國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)成立前，尤其是上世紀(jì)二戰(zhàn)以后，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)進(jìn)展的迫切需要，各國(guó)都相繼建 立了一些機(jī)構(gòu)對(duì)巖石力學(xué)進(jìn)行專題爭(zhēng)論。當(dāng)時(shí)各國(guó)有代表性的爭(zhēng)論機(jī)構(gòu)如下：美國(guó)：1)美國(guó)軍部工程兵團(tuán)(ACE, A

24、rmy Corps of Engineers U. S. A).2)美國(guó)墾務(wù)局(Bureau of Reclamation U. S. A).3)卡羅拉多礦業(yè)學(xué)院(Colorado School of Mines)前蘇聯(lián)：1)全蘇水工爭(zhēng)論院(BHH14 r)2)全蘇礦山測(cè)量爭(zhēng)論院(B H K 14 M W)3)列寧格勒礦業(yè)學(xué)院4)莫斯科建筑工程學(xué)院(M M C M)德國(guó)：1)卡爾斯魯高校(University of Karlsruhe)奧地利：1)國(guó)際巖石力學(xué)爭(zhēng)論所(Interfels)2)維也納工業(yè)高校(Technische Uni verstat W i en)瑞士：1)蘇黎世工業(yè)高校(E

25、TH, Eidgenossische Technische Hochschule Zurich)英國(guó)：1)我國(guó)煤炭局(National Coal Board, Great Britain)2)倫敦高校帝國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院(Imperial College of Science and Technology, University of London)法國(guó)：1)法國(guó)工業(yè)高校固體力學(xué)試驗(yàn)室(Ecole Polytechnique, Laboratorire de Meceinique des Solides)2)法國(guó)電力局(Electricite de France)3)巴黎結(jié)構(gòu)中心爭(zhēng)論所(Centr

26、e d* Etudes du Batimen Paris)南非：1)南非采礦與冶金爭(zhēng)論院(South African Institute of Mini ng and Metallurgy, SA I MM)2)南非科學(xué)與工業(yè)爭(zhēng)論委員會(huì)(CSIR, South African Counci 1 for Scientific and Industrial Research)澳大利亞：聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)爭(zhēng)論組織(CSIRO, Commonwealth Scientific & Industrial Research Organization)日本：(1)日本地質(zhì)調(diào)查爭(zhēng)論所(GSJ, Geologica

27、l Survey of Japan) (2) 土木工程爭(zhēng)論院(PWRI,Public Works Research Institute)上述爭(zhēng)論機(jī)構(gòu)中，不少單位具有悠久的歷史，如美國(guó)卡羅拉多礦業(yè)學(xué)院(CSM)成立于1874年，南 非采礦與冶金爭(zhēng)論院(SAIMM)成立于1894年，澳大利亞(CSIRO)成立于1926年等。這期間，國(guó)際上沒有統(tǒng)一的巖石力學(xué)學(xué)術(shù)組織，國(guó)際學(xué)術(shù)溝通大都是在國(guó)際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 (ISSMFE)國(guó)際工程地質(zhì)協(xié)會(huì)(IAEG)、國(guó)際理論與應(yīng)用力學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUTAM)主辦的學(xué)術(shù)會(huì)議上進(jìn)行的。4、國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)成立以后的進(jìn)展1962年國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)的成立標(biāo)志著巖石力學(xué)的進(jìn)展

28、走向一個(gè)新階段，以下重點(diǎn)加以介紹。1-沿革國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM, International Society for Rock Mechanics)是一個(gè)非政府、非贏利 的國(guó)際學(xué)術(shù)組織，其主要目的是推動(dòng)和促進(jìn)國(guó)際間巖石力學(xué)與工程領(lǐng)域的合作和學(xué)術(shù)溝通。該學(xué)會(huì)成立于1962年，比國(guó)際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)會(huì)的成立晚26年。它是在奧地利地質(zhì)力學(xué)學(xué)會(huì) (Osterrichische Geoellschaft fur Geomechanik, OGG)的基礎(chǔ)上建立起來的。奧地利地質(zhì)力學(xué)學(xué)會(huì) 是國(guó)際上第一個(gè)巖石力學(xué)學(xué)術(shù)團(tuán)體，由繆勒教授(L. Muller)發(fā)起組織于1951年，會(huì)址設(shè)在薩爾茨堡 (Sal

29、zburg)o該學(xué)會(huì)自成立之日起，每年召開一次“奧地利地質(zhì)力學(xué)學(xué)術(shù)爭(zhēng)論會(huì)(OsterrichischeGeomechanik-Kolloguium, OGG)。在1962年10月召開的第13屆學(xué)術(shù)爭(zhēng)論會(huì)上，在L Muller教授提倡 下，成立了國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)。會(huì)上推選L. Muller教授擔(dān)當(dāng)?shù)谝粚脟?guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)主席。此后于1966 年9月組織召開了第一屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì)(1st ISRM Congress)0大會(huì)在葡萄牙里斯本召開，參與會(huì) 議的有來自全世界4()個(gè)我國(guó)或地區(qū)的代表共814名，提交論文241篇。反映了當(dāng)時(shí)國(guó)際巖石力學(xué)的進(jìn) 展水平。此后大約每隔4年召開一次大會(huì)(Congres

30、s)，每年召開區(qū)域性會(huì)議(Regional Symposium)或 年會(huì)(Annual Meeting or International Symposium) oISRM的官方語(yǔ)言為英語(yǔ)、法語(yǔ)和德語(yǔ)。法語(yǔ)名稱為Societer Internationale de Mecanique des Roches, SIMR,德語(yǔ)名稱為 Internationle Gesellschaft fur Felsmechnik, IGF.2-組織1)會(huì)員學(xué)會(huì)的會(huì)員由我國(guó)小組、團(tuán)體會(huì)員及通訊會(huì)員組成。我國(guó)小組(National Group,簡(jiǎn)稱NG)是代表一個(gè)我國(guó)或地區(qū)(如東南亞地區(qū))的巖石力學(xué)學(xué)會(huì) 或委員會(huì)參

31、與國(guó)際學(xué)會(huì)的組織。我國(guó)小組的成員是國(guó)際學(xué)會(huì)的個(gè)人會(huì)員(Individual member),或 一般會(huì)員(Ordinary member) o團(tuán)體會(huì)員(Corporate member)是與巖石力學(xué)有關(guān)的公司、協(xié)會(huì)或其它團(tuán)體或組織，通常向國(guó)際 學(xué)會(huì)供應(yīng)肯定的經(jīng)濟(jì)支持，也贊揚(yáng)助會(huì)員(Supporting member) 通訊會(huì)員(Corresponding member),僅代表個(gè)人參與國(guó)際學(xué)會(huì)。據(jù)2002年底統(tǒng)計(jì)資料，國(guó)際學(xué)會(huì)共有我國(guó)小組47個(gè)，一般會(huì)員5016個(gè)，通訊會(huì)員84個(gè)，團(tuán)體會(huì) 員138個(gè)。學(xué)會(huì)秘書處(ISRM Secretariat)的成員為包括：秘書長(zhǎng)，國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)信息通報(bào)(

32、ISRM NEWS JOURNAL)主編，及行政、管理人員。學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)負(fù)責(zé)處理日常工作，直接向主席負(fù)責(zé)。國(guó)際學(xué)會(huì)的秘書處始終設(shè)在葡萄牙里斯本國(guó)立土木工程爭(zhēng)論所(LNEC, Laboratorio Nacional deEngenharia Civil),地址為：101AV. do Brasil P-1799 Lisboa Codex PORTUGALoE-mail: ISRM Inec. pt : isrm/net3-國(guó)際學(xué)會(huì)歷屆主席為：Leopold Muller,奧地利(19621966)本屆主席為 N. van der Merwe,南非(20032007)學(xué)會(huì)第一任秘書長(zhǎng)為F.Millo

33、 Mendes教授,現(xiàn)任秘書長(zhǎng)為L(zhǎng)uis Lamas博士 (2003)3.主要活動(dòng)1)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議歷屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì)的時(shí)間、地點(diǎn)如下：一四年一次的國(guó)際巖石力學(xué)高校第1屆大會(huì)一1966年9月在前萄牙里斯本第2屆大會(huì)一1970年9月在南斯拉夫貝爾格來德第3屆大會(huì)一1974年9月在美國(guó)丹佛(Denver)第4屆大會(huì)一1979年9月在瑞士蒙特諾(Montreux)第5屆大會(huì)一1983年4月在澳大利亞墨爾本(Mclburnc)第6屆大會(huì)一1987年9月在加拿大蒙特利爾(Montreal)第7屆大會(huì)一1991年9月在德國(guó)阿亨(Aachen)第8屆大會(huì)一1995年9月在日本東京(Tokyo)第9屆大會(huì)一1

34、999年8月在法國(guó)巴黎(Paris)第10屆大會(huì)一2003年9月在南非Sandton2)專業(yè)委員會(huì)、工作委員會(huì)和專業(yè)組織在主席團(tuán)的幫助下，學(xué)會(huì)主席可以批準(zhǔn)成立某些專業(yè)委員會(huì)、工作委員會(huì)或?qū)I(yè)組織從事與學(xué) 會(huì)工作有關(guān)的科學(xué)、技術(shù)及管理方面的專題爭(zhēng)論。專業(yè)委員會(huì)及工作委員會(huì)自1967年以來，先后成立的專業(yè)委員會(huì)及工作委員會(huì)(ISRM Commission)有28個(gè)，它們是：隧道及其它永久洞室工況委員會(huì)(1972-1980)工程實(shí)例委員會(huì)(1980T988)巖石及巖體分類委員會(huì)（1971-1989）巖石力學(xué)信息委員會(huì)（1988T991）一一計(jì)算機(jī)程序委員會(huì)（1976-1987）一一采礦工程高邊坡設(shè)計(jì)

35、委員會(huì)（1980T983）一一教育工作委員會(huì)（1988-）一一水力致裂測(cè)量資料分析委員會(huì)（19837989）編譯出版委員會(huì)（1973T979）現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)技術(shù)建議方法委員會(huì)（1967T975）爭(zhēng)論工作委員會(huì)（原名為最正確爭(zhēng)論技術(shù)路線委員會(huì)）（1967-1987）巖石可鑿性（Boreability）可切割性（Cuttability）及可鉆性（Drillability）委員會(huì)（1980-1989）-硬巖地區(qū)巖爆委員會(huì)（1994-1999）地下洞室?guī)r石破壞機(jī)理委員會(huì)（19817991）巖石爆破粉碎委員會(huì)（1989-1999）巖石灌漿委員會(huì)（1988T995）巖石節(jié)理委員會(huì)（1988T992）一一巖石力學(xué)

36、尺寸效應(yīng)委員會(huì)（1988T995）石油工程巖石性質(zhì)委員會(huì)（19891995）一一膨脹巖委員會(huì)（1978-1999）一一巖石力學(xué)教學(xué)委員會(huì)（1967T981）構(gòu)造穩(wěn)定性和場(chǎng)地選擇委員會(huì)（19887991）名詞、術(shù)語(yǔ)、符號(hào)及圖示方法委員會(huì)（1967-1975）試驗(yàn)方法委員會(huì)（原稱試驗(yàn)室及野外試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)）（1967-）一一擠壓巖石中的隧道工程委員會(huì)（ 1987T999）一一國(guó)際巖石力學(xué)會(huì)章程及有關(guān)細(xì)那么（By-Laws）修改顧問委員會(huì)（1984T987）自然石質(zhì)文物保護(hù)委員會(huì)（1996-）地球物理在巖石工程中的應(yīng)用委員會(huì)（1996-）專業(yè)委員會(huì)、工作委員會(huì)的任期一般為4年，委員會(huì)通常由5-

37、15名國(guó)際知名專家組成。專業(yè)組織國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)有三個(gè)專業(yè)組織（Interest Groups）,它們是采礦組織放射性廢料處理組織一一石油組織專業(yè)組織向全部國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員開放，參與人數(shù)不受限制，只要大家感愛好，工作可以 持續(xù)進(jìn)行，沒有時(shí)間約束。.有關(guān)的國(guó)際兄弟組織在比利時(shí)比爾(de Beer)教授的建議下，由比利時(shí)政府資助，三個(gè)與巖土工程有關(guān)的國(guó)際學(xué) 術(shù)組織：國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM),國(guó)際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)會(huì)(ISSMFE, 1997年更名為國(guó)際土力 學(xué)與巖土工程學(xué)會(huì)(ISSMGE),及國(guó)際工程地質(zhì)和環(huán)境協(xié)會(huì)(IAEG),于1973年共同建立了長(zhǎng)期協(xié) 作秘書處(Permanent C

38、o-ordinating Secretariat, PCS),協(xié)調(diào)彼此之間的各項(xiàng)活動(dòng)。第一任秘書 長(zhǎng)為de Beer教授。1991年7月他退休之后，由比利時(shí)勞茲伯格(E. Lousberg)教授擔(dān)當(dāng)。其它兩個(gè)國(guó)際組織的主席及秘書長(zhǎng)均可以觀看員身份應(yīng)邀參與國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)理事會(huì)。2000年，上述三個(gè)國(guó)際學(xué)術(shù)組織在澳大利亞墨爾本共同組織了 GeoEng 200()國(guó)際大會(huì)。此外，以下國(guó)際組織的主席及秘書長(zhǎng)也可以觀看員身份參與國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)理事會(huì)，它們是：國(guó)際大壩委員會(huì)(International Commission on Large Dams, I COLD),國(guó)際地層力學(xué)局(Internat

39、ional Bureau of Strata Mechanics, IBSM),國(guó)際隧道協(xié)會(huì)(International Tunnelling Association ITA)石油工程師學(xué)會(huì)(Society of Petroleum Engineers, SPE),世界采礦大會(huì)(World Mining Congress, WMC).信息通報(bào)國(guó)際學(xué)會(huì)秘書處從1967年3月到1992年9月以季刊形式出版16開本國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)信 息(News ISRM),共97期。從1992年9月起信息改為不定期出版的8開本國(guó)際巖石力學(xué) 學(xué)會(huì)信息通報(bào)(News Journal ISRM)。不但印刷精致，而且包括了更多的技術(shù)內(nèi)容。.今后由國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)支持召開的重要國(guó)際會(huì)議1)與 6 屆非連續(xù)變形分析國(guó)際會(huì)議(ICADD-6, Th。6th International Conference on Analysis of Discontinuous Deformation), 2003 年 10 月 6 日-8