岩石力学知识

岩石力学知识简介岩石力学就是研究岩石力学性能的理论和应用科学，是探讨岩石对其周围物理环境中力场反应的学科，它是岩体力学的一个分支。具体而言，岩石力学是研究岩石或岩体在外力作用下的应力、应变和破坏规律，在这个基础上，通过分析计算和科学实验（室内、现场的试验研究和原型观测）的途径，以解决因兴建工程建筑物在岩石内和岩石上所引起的力的效应（例如岩基、岩坡、地下工程围岩的受力分析、稳定验算及加固等问题）的科学。它是解决岩石工程（即与岩石有关的工程）技术问题的理论基础。岩石属于固体，岩石力学应用于固体力学的范畴。一般从宏观的意义上，把固体看作连续介质。但是，岩石不但有微观的裂隙，而且有层理、片理、节理以至于断层等因地质构造形成的不连续面。岩石不是连续介质，而且常表现为各向异性或非均匀岩石中若含水，它又表现为两相体。从这些方面来看，岩石力学又是固体力学与地质料学的边缘科学。美国科学院岩石力学委员会1966年曾给岩石力学下过定义，他们认为；“岩石力学是研究岩石力学性能的理论和应用的科学，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应的力学分支”。这个定义含意相当广泛，“对其周围物理环境中力场的反应”的措词说明了这一点。应该注意的是岩石材料全部赋存于地质环境中，这些材料的自然特征决定于其形成的方式和后来作用其上的地质作用。遭受多次应力变动的岩体，其性能决定于完整岩石材料的力学性质以及岩体中地质构造的不连续面的数量和性质。在这两类控制岩石力学特性的因素中，每类因素的相对重要程度主要决定于工程的规模与不连续面数量的关系和二者之间的相对方位关系。在一些情况下，岩体不连续面的影响是非常显著的，在某些情况下，岩体的性能就较多地决定于岩石本身的性质。这些都是岩石力学的特点。岩石力学与国民经济很多部门有关，它的应用范围非常广泛。岩石是一种储蓄很高能量的物质。几千年来，岩石在人类的生产活动中起了很大的作用。原始人早就利用岩石做成简陋的工具和兵器。从新石器时代起，人类又开拓了广阔的地下采石坑。稍后，金属的生产要求在岩石中开挖巷道，以便开采矿石。各种建筑物的兴建也大都以岩石为建筑材料。古埃及的金字塔，我国著名的万里长城以及都江堰水利工程，都是用岩石做成的。在近代，随着生产的发展，地面建筑物越来越高大，特别是各种类型的高坝、水电站厂房等的荷载愈来愈大。因此，人们不得已将它们的基础造在比之更坚硬的岩石上。国内岩石的利用也得到了越来越广泛的发展。对水电工程建筑的领域而言，它的用途主要认作为水下建筑物的地基，我们称之为岩基。例如，高坝、大型水电站厂房等都造在岩基上；作为地下建筑物和洞室的岩体，例如，地下电站、水工隧洞、交通隧道、采矿巷道、战备地道、地下飞机库、地下军舰停泊所、地下储气库等。因此，在兴建这类工程建筑物时，对岩石性能的研究是决不可少的。特别是随着生产的迅速发展，选在岩石上和岩石内的建筑物将愈来愈多，规模也愈来愈大。目前，国内外有的坝高均已达300米，大型地下电站、隧道和矿山巷道的深度已越过3000米。这些部促使对岩石研究的要求愈来愈高。因此，详细地、系统地研究岩石在荷载作用下的性状（或岩石的受力效应）对于发展国民经济、加速现代化建设有着重要意义。尽管人类在生产实践中早就与岩石有密切关系，但是岩石力学却是一门新兴的学科。过去对于岩石工程，多是从工程地质角度，做一些定性的结论，常常借用弹性力学或土力学的概念加以处理；或者凭着工程技术人员的经验，加以解决，专门的研究工作进行得不多。法国马尔帕塞坝的破坏，以及意大利瓦扬坝的失败，都使当地人民生命财产遭到巨大损失。人们发现，这两个坝的破坏并不是坝体结构强度不够，而是坝基岩体出了问题，从而使更多的人体会到坝基岩体的稳定与结构物的强度同等重要。因此有组织地研究岩体力学特性的要求就被提了出来。1964年以葡萄牙的M.Rocha为中心组成了国际岩石力学学会。1966年在里斯本召开了第一届国际岩石力学会议，使岩石力学作为一个独立的学科开始了新的阶段。它是在20世纪50年代末才开始发展起来，它比土力学的发展约迟缓30年。发展迟缓的原因可能是由于岩石性质复杂。至目前而言，岩石力学还未能形成一套完整的理论。在国外，1957年在巴黎出版的塔治和尔的专著“岩石力学”是这方面最早的一本较系统的著作。之后，有关刊物又发表了许多论文，并开始形成了不同的学派（如法国学派，偏重于从弹塑性理论方面来研究；奥地利学派，偏重于地质构造方面来研究）。第七次、第八次、第十次国际大坝会议，都把岩石力学问题列为专题讨论。1962年在奥地利萨尔茨堡正式成立了“国际岩石力学学会”。在国内，随着经济建设和科学技术的发展，国防、水利、交通、建筑、采矿等部门和中国科学院、某些高等院校以及许多省、自治区都已有了一支基本研究队伍开展了大量工作并取得了一批科研成果，有些成果达到了国际领先的水平。我们深信，岩石力学在国内