简论岩石力学及其工程应用的发展战略

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1、简论岩石力学及其工程应用的发展战略近三十年来，特别是近十余年，无论国内和国外，岩石力学及其工程应用获得了突 飞猛进的发展，学术交流空前活跃，许多相邻学科的工作者被吸引到岩石力学领域中 来.一方面，岩石力学的许多分支领域得到不同程度的探索和发展；另一方面，岩石力 学与其相邻学科的相互结合也在向纵深发展.这当然是很可喜的.当前岩石力学的主要成就似可归纳如下：开展了大量的试验研究工作，取得了一大批有价值的经验数据，并丰富了岩石 力学模型的研究：开展了岩石力学的大量的数值分析计算工作，积累了大批计算软件，可以考虑 岩石的弹性、塑性、粘性和断裂等各种特性的多种情况；发展了现场观测和监测技术，为工程的安全

2、和岩石力学理论的检验，提供了相 当坚实的物理基础；发展了岩石力学模型试验和模拟技术（包括计算机模拟试验），为探索天然岩 石的整体特性作出了有意义的努力；拓展了岩石力学的研究领域和应用范围，例如水利工程风险分析中的水库诱发 地震预测问题，核电站的环境分析中的核废料的储存和处理问题，都被包括在岩石力学 研究范围之内.岩石力学的研究现状表明，它的确还有许多不足之处，如不认真研究改进，最终将会 阻碍岩石力学的进一步发展。首先，目前岩石力学研究工作，绝大多数只限于天然岩石的单项研究，这种研究虽然是非常需要的，但必须与天然岩石的整体特性的研究结合起来.这是因为局限于天 然岩石的单项研究.并不能很好地反映岩

3、石在天然状态下的整体性质，因为后者并不是前者 的简单的叠加.很遗恨，这方面并没有获得完满的解决，一个突出的例子，就是计算参数的 取得，目前多只凭经验，还没有一套公认的准则可供遵从.共次.岩石不能只认为是单相（固相）的，从这一点出发而建立的岩石力学模型当然是不 完善的（尽管当前的研究成果多是如此）.因为这与事实不符.天然岩石是一种三相（固相、液 相和气相）介质，虽然有时可以当作单相介质来考虑而没有太夹的误差，但在许多情况下是不可以这样做的.例如水工建设和水下探矿中，大多数场合是不能 忽视水的作用的；在油气田开发中，还必须进一步考虑气相的作用.第三，目前研究岩石静力学方面的多，研究岩石动力学方面的

4、太少.不仅因为工程上 常常遇到动力学问题，例如爆破，振动、地震等，而且有许多课题，表面上看似乎是可以当 作静力学问题来研究，实际上却是与动力学密切相关的问题.例如岩质边坡的失稳，就是一 个由静态转化为动态的问题。Vajont滑坡直到现在还被人们所研究，就是因为这一滑坡为什 么会有这样高速滑落问题一直没有获得很好解决的原故.第四，坦率地说，目前岩石力学的研究，还没有真正走到工程设计中去.其中的原因是 多方面的，但重要韵是，没有能够发展出一整套岩石工程技术与方法供工程设计人员应用， 因而还不能完全取代原有的套技术和方法显示出自己特有的优越性来.岩石力学的工程 应用不够这一不足之处，直接危及岩石力学

5、向纵深发展.因为岩石力学的工程应用的广泛深 入，反过来会促进岩石力学不断地向深度和广度进军.因此，岩石力学及其工程应用的发展战略，笔者认为，必须按照天然岩石的实际情况， 并服务于工程建设的需要这一基本原则来进行.例如，天然岩石不仅是多相的，而且是处在一种系列状态中：在地表，它受风化和众 多裂隙切割而多处于松散状态，普氏理论适用这种情况；在较浅处，主要受裂隙控制，因而 可以认为是奥地利萨尔兹堡学派的工作领域；在较深处，地应力的作用超过了裂隙的影响， 岩爆现象时有发生.第一种情况，岩石中的渗流与孔隙介质无大的差异，而在后两者中， 则主要是裂隙介质的渗流问题，如仍采用孔隙渗流来考虑，则将产生重大误差

6、.因而对于天 然岩石中的裂隙，水流和地应力等，都应分别情况予以正确认识，才能于工程建设有益，并 有助于岩石力学的发展.侧重于研究某一方面也是可以的，但要记住还有其他方面，而不宜 以一概全.再如，为了服务于工程建设的需要，就需要对岩石工程建设的全过程，特别是施工期间 和运行期间的岩石力学问题进行认真的研究.而施工中的岩体的变化最为显著，不同的施工 方法.开挖方法和开挖程序对岩体的应力，应变状态的作用情况不同.因此，岩石力学及其 工程应用的发展战略，首先要从施工岩石力学入手，不只是研究加载，而且也要研究卸载。 当前这方面的研究，是很不够，急需加强。第三节岩石力学工程中要解决的主要岩石工程问题目前工

7、程建设中，经常遇到属于岩石力学方面的问题，也有些学者称这些问题为岩石 工程问题。下面给出它们的具体问题如下。一、水利水电建设一般而论，水利水电站建设中的岩石问题就其理论和技术要求而言都是比较难以解决的。(1) 岩基稳定性间题。例如高坝坝基和高拱坝坝肩稳定，这在岩体稳定理论以及工程 技术方面都具有很大难度和深度，至今尚缺少成熟的分析方法。(2) 复杂地基上建坝，大坝的应力稳定设计准则，施工及加固理论技术。(3) 有压和无压引水渠道设计，施工及加固理论技术，埋深长大隧道的开挖施工及设 计理论皿(4) 水电站地下洞室群的优化设计和施工。(5) 大跨度高地应力地下洞室围岩稳定及加固技术。(6) 水库岸

8、坡稳定机制，加固方法以及高边坡的开挖稳定问题。(8)水库诱发地震的机制及预报措施。二、采矿工程(1)(2)(3)(4) (7) = %露天采矿边坡设计及稳定加固技术。井下开采中巷道和采场围岩稳定性问题，特别是软岩巷道和深部开采技术问题。 矿柱稳定性及采矿结构优化设计问题.矿井突水预测、预处理理论和技术。煤矿瓦斯突出预测及处理技术。岩爆预测及预处理理论和技术Q 采空区处理及地面沉降问题。岩石破碎问题C铁道建设工程(1) 线路边坡稳定性分析，(2) 隧道设计与施工技术。(3) 隧道施工中的址质超前预报及处理。(4) 高地应力的岩爆机制及处理。(4) 高地应力的岩爆机制及处理。(5) 隧道人口高边坡

9、施工技术及加固措施。石油开采的技术问题石油开采具有极其复杂的岩石力学及信息工程技术，例如:(1) 石油开采的井筒稳定问题口(2) 石油层压水试验，水力劈裂&(3) 石油层中高温、高压水气开裂及填料输油机制口(4) 石油微地震机制.岩层构造探测机制。(5) 石油出油裂隙多相介质的相变流动力学问题口(6) 石油页岩的勘探技术口五.核废料的处理问题这是一项极其复杂的技术.涉及多种学科口岩体赋存环境的通道网络确定技术“ 地下渗流、放射质子、热流裂隙通道技术心(3) 放射性物质传输状态及穿透性。(4) 地下储藏室隔热，减小渗流系数的材料隔渗装置。(5) 为保证安全性减少渗透的措施噜六、自然灾害的防治与岩

10、石力学近年来，岩石力学的重要课题之一就是自然灾害的防治与环境防护的问题。(1) 泥石流对土地环境的影响。我国每年都有2000万n?的泥石流破坏农田和环境, 每年都有2BOO人因此死亡。(2) 滑坡灾害。在我国西部一些地区每年都以6务的面积被滑坡岩体侵害，水电工程 中的人工开挖边坡引起的滑坡与自然库岸塌方也引起巨大的经济损失。(3) 地震灾害。地震灾害引起的损失也十分令人震惊，岩石动力学开展的工程防震研 究对工程具有重大意义。(4) 开挖工程。如开矿、果煤地下隧洞掘进，都会引起重大塌方和人员伤亡并影响工 作效率。(5) 环境保护。如地下储存、垃圾处理也给岩石工程及岩石力学提出了课题。对环境 的保

11、护，面临着极其复杂的岩石力学问题，如污染对地下水造成的灾害，如核废料污染、 垃圾污染、地下冷库污染都和温度变化、裂隙网络扩展、液气固三相介质作用的四维流动 问题。第三节岩石力学工程中要解决的主要岩石工程问题目前工程庄设中，经常遇到属于岩石力学方面的问题，也有些学者称这些问题为岩 石工程问题。下面给出它们的具体问题如下。一、水利水电建设一般而论，水利水电站建设中的岩石问题就其理论和技术要求而言都是比较难以解决 的。(1) 岩基稳定性问题。例如高坝坝基和高拱坝坝肩稳定，这在岩体稳定理论以及工 程技术方面都具有很大难度和深度，至今尚缺少成熟的分析方法。(2) 复杂地基上露坝，大坝的应力稳定设计准则，

12、施工及加固理论技术。(3) 有压和无压引水渠道设计，施工及加固理论技术，埋探长大隧道的开挖施工及 设计理论。(4) 水电站地下洞室群的优化设计和施工。(5) 大跨度高地应力地下洞室圈岩稳定及加固技术。(6) 水库岸坡稳定机制，加固方法以及高边坡的开挖I(7) 离坝基础抗震设计岩基动力稳定与强度问题。(8) 水库诱发地震的机制及预报措施。二、采矿工程(1) 露天采矿边坡设计及稳定加固技术(2) 井下开采中巷遭和采插围岩稳定性问题，(3) 矿柱稳定性及采矿结构优化设计问题。(4) 矿井突水预测、磺处理理论和技术。(5) 煤矿瓦斯突出预测及处理技术。(6) 岩爆预测及预处理理论和技术。(7) 采空区

13、处理及地面沉降问题。(8) 岩石破碎问题。三、铁道磕设工程(1) 线路边坡稳定性分析。(2) 隧道设计与施工技术。(3) 隧道施工中的地质超前预报及处理。(4) 高地应力的岩爆机制及处理。(5) 隧道人口高边坡施工技术及加固措施。四、石油开采的技术问疆特别是软岩巷遭和深部开采技术问题。石油开采具有极其复杂的岩石力学及信息工程拄术(1) 石油开采的井筒稳定问题(2) 石油层压水试验，水力劈裂。(3) 石油层中高沮、高压水气开裂及填料辖油机制。(4 )石油微地震机制，岩层构造探测机制。(5) 石油出油裂隙多相介质的相变流动力学问题。(6) 石油页岩的勘探技术。五、核废料的处理问属这是一项极其复杂的

14、技术，涉及多种学科。(1) 岩体赋存环境的通道网络确定技术。(2) 地下渗流、放射质子、热流裂隙通道技术。(3) 放射性物质传输状态及穿透性。(4) 地下储藏室隔热、减小渗流系敷的材料隔渗装置。(5) 为保证安全性减少渗透的措施。六、自然灾害的防治与岩石力学近年来，岩石力学的重要课藕之一就是自然灾害的防治与环境防护的问题。(1) 泥石流对土地环境的影响。我国每年都有2000万m3的泥石流破坏农田和环境， 每年都有2800人因此死亡。(2) 滑坡灾害。在我国西部一些地区每年都以6b的面积被滑坡岩体侵害，水电工程 中的人工开挖边坡引起的滑坡与自然库岸塌方也引起巨大的经济损失。(3) 地震灾害。地震灾害引起的损失也十分令人震惊，岩石动力学开展的工程防震研 究对工程具有重大意义。(4) 开挖工程。如开矿、采煤地下隧洞掘进，都会引起重大塌方和人员伤亡并影响工 作效串。(5) 环境保护。如地下储存、垃圾处理也给岩石工程及岩石力学提出丁课厕。对环境 的保护，面临着极其复杂的岩石力学问题，如污染对地下水造成的灾害，如核废料污染、 垃圾污染、地下冷库污染都和温度变化、裂隙网络扩展、液气固三相介质作用的四维流动 问题。