簡論巖石力學(xué)及其工程應(yīng)用的發(fā)展戰(zhàn)略

1、簡論巖石力學(xué)及其工程應(yīng)用的發(fā)展戰(zhàn)略近三十年來，特別是近十余年，無論國內(nèi)和國外，巖石力學(xué)及其工程應(yīng)用獲得了突 飛猛進的發(fā)展，學(xué)術(shù)交流空前活躍，許多相鄰學(xué)科的工作者被吸引到巖石力學(xué)領(lǐng)域中 來.一方面，巖石力學(xué)的許多分支領(lǐng)域得到不同程度的探索和發(fā)展；另一方面，巖石力 學(xué)與其相鄰學(xué)科的相互結(jié)合也在向縱深發(fā)展.這當然是很可喜的.當前巖石力學(xué)的主要成就似可歸納如下：開展了大量的試驗研究工作，取得了一大批有價值的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并豐富了巖石 力學(xué)模型的研究：開展了巖石力學(xué)的大量的數(shù)值分析計算工作，積累了大批計算軟件，可以考慮 巖石的彈性、塑性、粘性和斷裂等各種特性的多種情況；發(fā)展了現(xiàn)場觀測和監(jiān)測技術(shù)，為工程的安全

2、和巖石力學(xué)理論的檢驗，提供了相 當堅實的物理基礎(chǔ)；發(fā)展了巖石力學(xué)模型試驗和模擬技術(shù)（包括計算機模擬試驗），為探索天然巖 石的整體特性作出了有意義的努力；拓展了巖石力學(xué)的研究領(lǐng)域和應(yīng)用范圍，例如水利工程風(fēng)險分析中的水庫誘發(fā) 地震預(yù)測問題，核電站的環(huán)境分析中的核廢料的儲存和處理問題，都被包括在巖石力學(xué) 研究范圍之內(nèi).巖石力學(xué)的研究現(xiàn)狀表明，它的確還有許多不足之處，如不認真研究改進，最終將會 阻礙巖石力學(xué)的進一步發(fā)展。首先，目前巖石力學(xué)研究工作，絕大多數(shù)只限于天然巖石的單項研究，這種研究雖然是非常需要的，但必須與天然巖石的整體特性的研究結(jié)合起來.這是因為局限于天 然巖石的單項研究.并不能很好地反映巖

3、石在天然狀態(tài)下的整體性質(zhì)，因為后者并不是前者 的簡單的疊加.很遺恨，這方面并沒有獲得完滿的解決，一個突出的例子，就是計算參數(shù)的 取得，目前多只憑經(jīng)驗，還沒有一套公認的準則可供遵從.共次.巖石不能只認為是單相（固相）的，從這一點出發(fā)而建立的巖石力學(xué)模型當然是不 完善的（盡管當前的研究成果多是如此）.因為這與事實不符.天然巖石是一種三相（固相、液 相和氣相）介質(zhì)，雖然有時可以當作單相介質(zhì)來考慮而沒有太夾的誤差，但在許多情況下是不可以這樣做的.例如水工建設(shè)和水下探礦中，大多數(shù)場合是不能 忽視水的作用的；在油氣田開發(fā)中，還必須進一步考慮氣相的作用.第三，目前研究巖石靜力學(xué)方面的多，研究巖石動力學(xué)方面的

4、太少.不僅因為工程上 常常遇到動力學(xué)問題，例如爆破，振動、地震等，而且有許多課題，表面上看似乎是可以當 作靜力學(xué)問題來研究，實際上卻是與動力學(xué)密切相關(guān)的問題.例如巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)，就是一 個由靜態(tài)轉(zhuǎn)化為動態(tài)的問題。Vajont滑坡直到現(xiàn)在還被人們所研究，就是因為這一滑坡為什 么會有這樣高速滑落問題一直沒有獲得很好解決的原故.第四，坦率地說，目前巖石力學(xué)的研究，還沒有真正走到工程設(shè)計中去.其中的原因是 多方面的，但重要韻是，沒有能夠發(fā)展出一整套巖石工程技術(shù)與方法供工程設(shè)計人員應(yīng)用， 因而還不能完全取代原有的套技術(shù)和方法顯示出自己特有的優(yōu)越性來.巖石力學(xué)的工程 應(yīng)用不夠這一不足之處，直接危及巖石力學(xué)

5、向縱深發(fā)展.因為巖石力學(xué)的工程應(yīng)用的廣泛深 入，反過來會促進巖石力學(xué)不斷地向深度和廣度進軍.因此，巖石力學(xué)及其工程應(yīng)用的發(fā)展戰(zhàn)略，筆者認為，必須按照天然巖石的實際情況， 并服務(wù)于工程建設(shè)的需要這一基本原則來進行.例如，天然巖石不僅是多相的，而且是處在一種系列狀態(tài)中：在地表，它受風(fēng)化和眾 多裂隙切割而多處于松散狀態(tài)，普氏理論適用這種情況；在較淺處，主要受裂隙控制，因而 可以認為是奧地利薩爾茲堡學(xué)派的工作領(lǐng)域；在較深處，地應(yīng)力的作用超過了裂隙的影響， 巖爆現(xiàn)象時有發(fā)生.第一種情況，巖石中的滲流與孔隙介質(zhì)無大的差異，而在后兩者中， 則主要是裂隙介質(zhì)的滲流問題，如仍采用孔隙滲流來考慮，則將產(chǎn)生重大誤差

6、.因而對于天 然巖石中的裂隙，水流和地應(yīng)力等，都應(yīng)分別情況予以正確認識，才能于工程建設(shè)有益，并 有助于巖石力學(xué)的發(fā)展.側(cè)重于研究某一方面也是可以的，但要記住還有其他方面，而不宜 以一概全.再如，為了服務(wù)于工程建設(shè)的需要，就需要對巖石工程建設(shè)的全過程，特別是施工期間 和運行期間的巖石力學(xué)問題進行認真的研究.而施工中的巖體的變化最為顯著，不同的施工 方法.開挖方法和開挖程序?qū)r體的應(yīng)力，應(yīng)變狀態(tài)的作用情況不同.因此，巖石力學(xué)及其 工程應(yīng)用的發(fā)展戰(zhàn)略，首先要從施工巖石力學(xué)入手，不只是研究加載，而且也要研究卸載。 當前這方面的研究，是很不夠，急需加強。第三節(jié)巖石力學(xué)工程中要解決的主要巖石工程問題目前工

7、程建設(shè)中，經(jīng)常遇到屬于巖石力學(xué)方面的問題，也有些學(xué)者稱這些問題為巖石 工程問題。下面給出它們的具體問題如下。一、水利水電建設(shè)一般而論，水利水電站建設(shè)中的巖石問題就其理論和技術(shù)要求而言都是比較難以解決的。巖基穩(wěn)定性間題。例如高壩壩基和高拱壩壩肩穩(wěn)定，這在巖體穩(wěn)定理論以及工程 技術(shù)方面都具有很大難度和深度，至今尚缺少成熟的分析方法。復(fù)雜地基上建壩，大壩的應(yīng)力穩(wěn)定設(shè)計準則，施工及加固理論技術(shù)。有壓和無壓引水渠道設(shè)計，施工及加固理論技術(shù)，埋深長大隧道的開挖施工及設(shè) 計理論皿水電站地下洞室群的優(yōu)化設(shè)計和施工。大跨度高地應(yīng)力地下洞室圍巖穩(wěn)定及加固技術(shù)。水庫岸坡穩(wěn)定機制，加固方法以及高邊坡的開挖穩(wěn)定問題。(

8、8)(8)水庫誘發(fā)地震的機制及預(yù)報措施。二、采礦工程(1)(2)(3) (7) = %露天采礦邊坡設(shè)計及穩(wěn)定加固技術(shù)。井下開采中巷道和采場圍巖穩(wěn)定性問題，特別是軟巖巷道和深部開采技術(shù)問題。 礦柱穩(wěn)定性及采礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計問題.礦井突水預(yù)測、預(yù)處理理論和技術(shù)。煤礦瓦斯突出預(yù)測及處理技術(shù)。巖爆預(yù)測及預(yù)處理理論和技術(shù)Q 采空區(qū)處理及地面沉降問題。巖石破碎問題C鐵道建設(shè)工程線路邊坡穩(wěn)定性分析，隧道設(shè)計與施工技術(shù)。隧道施工中的址質(zhì)超前預(yù)報及處理。高地應(yīng)力的巖爆機制及處理。高地應(yīng)力的巖爆機制及處理。隧道人口高邊坡施工技術(shù)及加固措施。石油開采的技術(shù)問題石油開采具有極其復(fù)雜的巖石力學(xué)及信息工程技術(shù)，例如:石油開

9、采的井筒穩(wěn)定問題口石油層壓水試驗，水力劈裂&石油層中高溫、高壓水氣開裂及填料輸油機制口石油微地震機制.巖層構(gòu)造探測機制。石油出油裂隙多相介質(zhì)的相變流動力學(xué)問題口石油頁巖的勘探技術(shù)口五.核廢料的處理問題這是一項極其復(fù)雜的技術(shù).涉及多種學(xué)科口巖體賦存環(huán)境的通道網(wǎng)絡(luò)確定技術(shù)“ 地下滲流、放射質(zhì)子、熱流裂隙通道技術(shù)心放射性物質(zhì)傳輸狀態(tài)及穿透性。地下儲藏室隔熱，減小滲流系數(shù)的材料隔滲裝置。為保證安全性減少滲透的措施嚕六、自然災(zāi)害的防治與巖石力學(xué)近年來，巖石力學(xué)的重要課題之一就是自然災(zāi)害的防治與環(huán)境防護的問題。泥石流對土地環(huán)境的影響。我國每年都有2000萬n?的泥石流破壞農(nóng)田和環(huán)境, 每年都有2BOO人因

10、此死亡?；聻?zāi)害。在我國西部一些地區(qū)每年都以6務(wù)的面積被滑坡巖體侵害，水電工程 中的人工開挖邊坡引起的滑坡與自然庫岸塌方也引起巨大的經(jīng)濟損失。地震災(zāi)害。地震災(zāi)害引起的損失也十分令人震驚，巖石動力學(xué)開展的工程防震研 究對工程具有重大意義。開挖工程。如開礦、果煤地下隧洞掘進，都會引起重大塌方和人員傷亡并影響工 作效率。環(huán)境保護。如地下儲存、垃圾處理也給巖石工程及巖石力學(xué)提出了課題。對環(huán)境 的保護，面臨著極其復(fù)雜的巖石力學(xué)問題，如污染對地下水造成的災(zāi)害，如核廢料污染、 垃圾污染、地下冷庫污染都和溫度變化、裂隙網(wǎng)絡(luò)擴展、液氣固三相介質(zhì)作用的四維流動 問題。第三節(jié)巖石力學(xué)工程中要解決的主要巖石工程問題目

11、前工程莊設(shè)中，經(jīng)常遇到屬于巖石力學(xué)方面的問題，也有些學(xué)者稱這些問題為巖 石工程問題。下面給出它們的具體問題如下。一、水利水電建設(shè)一般而論，水利水電站建設(shè)中的巖石問題就其理論和技術(shù)要求而言都是比較難以解決 的。巖基穩(wěn)定性問題。例如高壩壩基和高拱壩壩肩穩(wěn)定，這在巖體穩(wěn)定理論以及工 程技術(shù)方面都具有很大難度和深度，至今尚缺少成熟的分析方法。復(fù)雜地基上露壩，大壩的應(yīng)力穩(wěn)定設(shè)計準則，施工及加固理論技術(shù)。有壓和無壓引水渠道設(shè)計，施工及加固理論技術(shù)，埋探長大隧道的開挖施工及 設(shè)計理論。水電站地下洞室群的優(yōu)化設(shè)計和施工。大跨度高地應(yīng)力地下洞室圈巖穩(wěn)定及加固技術(shù)。水庫岸坡穩(wěn)定機制，加固方法以及高邊坡的開挖I離壩

12、基礎(chǔ)抗震設(shè)計巖基動力穩(wěn)定與強度問題。水庫誘發(fā)地震的機制及預(yù)報措施。二、采礦工程露天采礦邊坡設(shè)計及穩(wěn)定加固技術(shù)井下開采中巷遭和采插圍巖穩(wěn)定性問題，礦柱穩(wěn)定性及采礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計問題。礦井突水預(yù)測、磺處理理論和技術(shù)。煤礦瓦斯突出預(yù)測及處理技術(shù)。巖爆預(yù)測及預(yù)處理理論和技術(shù)。采空區(qū)處理及地面沉降問題。巖石破碎問題。三、鐵道磕設(shè)工程線路邊坡穩(wěn)定性分析。隧道設(shè)計與施工技術(shù)。隧道施工中的地質(zhì)超前預(yù)報及處理。高地應(yīng)力的巖爆機制及處理。隧道人口高邊坡施工技術(shù)及加固措施。四、石油開采的技術(shù)問疆特別是軟巖巷遭和深部開采技術(shù)問題。石油開采具有極其復(fù)雜的巖石力學(xué)及信息工程拄術(shù)石油開采的井筒穩(wěn)定問題石油層壓水試驗，水力劈裂

13、。石油層中高沮、高壓水氣開裂及填料轄油機制。(4 )石油微地震機制，巖層構(gòu)造探測機制。石油出油裂隙多相介質(zhì)的相變流動力學(xué)問題。石油頁巖的勘探技術(shù)。五、核廢料的處理問屬這是一項極其復(fù)雜的技術(shù)，涉及多種學(xué)科。巖體賦存環(huán)境的通道網(wǎng)絡(luò)確定技術(shù)。地下滲流、放射質(zhì)子、熱流裂隙通道技術(shù)。放射性物質(zhì)傳輸狀態(tài)及穿透性。地下儲藏室隔熱、減小滲流系敷的材料隔滲裝置。為保證安全性減少滲透的措施。六、自然災(zāi)害的防治與巖石力學(xué)近年來，巖石力學(xué)的重要課藕之一就是自然災(zāi)害的防治與環(huán)境防護的問題。泥石流對土地環(huán)境的影響。我國每年都有2000萬m3的泥石流破壞農(nóng)田和環(huán)境， 每年都有2800人因此死亡?；聻?zāi)害。在我國西部一些地區(qū)每年都以6b的面積被滑坡巖體侵害，水電工程 中的人工開挖邊坡引起的滑坡與自然庫岸塌方也引起巨大的經(jīng)濟損失