巖體工程地質(zhì)力學是在工程地質(zhì)學的理論基礎上以及大量的工程實踐中發(fā)展而來的,它是工程地質(zhì)學和巖體力學相互滲透、相互融合的結(jié)果,是地質(zhì)研究和力學分析相結(jié)合的產(chǎn)物。 工程地質(zhì)學幾十年來在我國的工程建設中做出過重大的貢獻,如治淮水利工程、武漢長江大橋、寶成鐵路、西北地區(qū)公路等一系列工程建設在復雜的地質(zhì)條件下都取得了很大成功。隨著宏大的經(jīng)濟建設的發(fā)展,各類工程建設特別是高精尖工程,如海底隧道、大跨度地下廠房,長隧洞、深鉆井、高邊坡以及地質(zhì)要求極其嚴格的核電站工程,核廢料儲存、地下油庫、鋪設海底電纜、海底管道等等,都向工程地質(zhì)學提出了新的要求和挑戰(zhàn)。
工程地質(zhì)學以野外地質(zhì)測繪為基礎,注重工程地質(zhì)條件的定性評價,而巖體力學是以材料力學為基礎,強調(diào)嚴格的力學試驗和數(shù)學計算。這兩門學科單獨地都不能完善地解決巖體穩(wěn)定性評價問題,必須強化學科融合,發(fā)展一門邊緣學科來解決這個問題。巖體工程地質(zhì)力學正是在這樣的歷史背景中得以創(chuàng)建和發(fā)展起來的。
巖體工程地質(zhì)力學是從工程地質(zhì)學的觀點出發(fā),運用地質(zhì)力學的理論和方法研究巖體特性的形成和演變規(guī)律,同時運用巖體力學的理論基礎和方法研究巖體在受力條件下變形破壞的機制、物理狀態(tài)和力學屬性,最后結(jié)合工程要求,作出巖體穩(wěn)定分析計算和評價。
巖體是地質(zhì)體的一部分,它是由各種各樣的巖石建造組合而成,后期又受不同時期及不同性質(zhì)的構(gòu)造運動及次生地質(zhì)作用的影響。因此,巖體擁有復雜的原生結(jié)構(gòu)和多期的構(gòu)造遺跡。巖石建造是巖體的物質(zhì)基礎,它具有原生結(jié)構(gòu)面和多樣的層組組合。巖體層組結(jié)構(gòu)特征不同,其工程地質(zhì)特性也各不相同。巖體的構(gòu)造形變主要為褶皺及斷裂系統(tǒng),這種構(gòu)造系統(tǒng)在時、空變化過程中具有復雜的型式及不同的發(fā)育特征,它們對巖體工程地質(zhì)特性有重要的影響。巖體的次生改變是指已有的物質(zhì)組分及結(jié)構(gòu),產(chǎn)生蛻化變質(zhì)面形成新的物質(zhì)組分及結(jié)構(gòu),這種變化一般會導致巖體結(jié)構(gòu)松馳和解體,使巖體工程地質(zhì)特性弱化,危及巖體穩(wěn)定。
巖體結(jié)構(gòu)是巖體工程地質(zhì)力學的基本概念。所謂巖體結(jié)構(gòu),即巖體中的結(jié)構(gòu)面以及被這些結(jié)構(gòu)面相互切割而成的結(jié)構(gòu)體共同組合的型式,二者具有內(nèi)在的聯(lián)系,它們是地殼長期活動的結(jié)果,隨地球運動而不斷的變化和發(fā)展,同時在地應力和工程作用影響下也會變化和發(fā)展。因之,巖體結(jié)構(gòu)的兩大要素即是:結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體。巖體工程地質(zhì)力學把巖體看做是由結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體組合而成的有結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體。結(jié)構(gòu)面是指巖體中存在的各類斷層面、節(jié)理面、裂隙面、層面、不整合面、接觸面等的地質(zhì)界面。結(jié)構(gòu)體是指由這些地質(zhì)界面切割的形狀不一、大小不等的各種各樣的地質(zhì)塊體。
巖體工程地質(zhì)力學的基本觀點是:①巖體是經(jīng)受過變形,遭受過破壞的地質(zhì)體,要研究在受力條件改變時,現(xiàn)狀的地質(zhì)體再變形和再破壞的規(guī)律;②巖體為不連續(xù)結(jié)構(gòu)體,巖體結(jié)構(gòu)控制巖體變形和破壞規(guī)律,結(jié)構(gòu)的控制作用遠遠大于巖體組成成分的控制作用;③巖體賦存環(huán)境條件可改變巖體結(jié)構(gòu)力學效應規(guī)律;④在巖體結(jié)構(gòu)控制下巖體具有多種力學介質(zhì)和力學模型,力學機制復雜多樣。
巖體工程地質(zhì)力學包括以下研究內(nèi)容:
1.工程地質(zhì)巖組的劃分及其特征;
2.巖體結(jié)構(gòu)及其類型劃分;
3.褶皺斷裂系統(tǒng)和構(gòu)造應力場的地質(zhì)力學分析;
4.軟弱結(jié)構(gòu)面的形成過程及其特性;
5.巖石和巖體的基本力學特性;
6.巖體的裂隙滲透特性;
7.巖體的變形,破壞機制;
8.巖體的應力狀態(tài)和穩(wěn)定性分析;
9.巖體動力學特性;
10.測試技術及方法研究。
巖體工程地質(zhì)力學的研究方法是應用地質(zhì)學的勘測調(diào)查和力學分析計算相結(jié)合的方法。特別強調(diào)地質(zhì)構(gòu)造的研究,這種研究是以地質(zhì)力學的研究方法為基礎,即分析斷裂構(gòu)造形成的力學機制與空間分布配套的規(guī)律,注意分析構(gòu)造應力場。
巖體工程地質(zhì)力學研究的最終目的是:評價和研究巖體的穩(wěn)定性。巖體穩(wěn)定性是個相對概念,即不同的工程建筑所要求的穩(wěn)定標準是不一樣的。穩(wěn)定性研究涉及范圍很廣,穩(wěn)定性評價研究工作還包括預測預報的研究。
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