巖體工程地質(zhì)力學(xué)是在工程地質(zhì)學(xué)的理論基礎(chǔ)上以及大量的工程實(shí)踐中發(fā)展而來(lái)的,它是工程地質(zhì)學(xué)和巖體力學(xué)相互滲透、相互融合的結(jié)果,是地質(zhì)研究和力學(xué)分析相結(jié)合的產(chǎn)物。 工程地質(zhì)學(xué)幾十年來(lái)在我國(guó)的工程建設(shè)中做出過(guò)重大的貢獻(xiàn),如治淮水利工程、武漢長(zhǎng)江大橋、寶成鐵路、西北地區(qū)公路等一系列工程建設(shè)在復(fù)雜的地質(zhì)條件下都取得了很大成功。隨著宏大的經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,各類(lèi)工程建設(shè)特別是高精尖工程,如海底隧道、大跨度地下廠房,長(zhǎng)隧洞、深鉆井、高邊坡以及地質(zhì)要求極其嚴(yán)格的核電站工程,核廢料儲(chǔ)存、地下油庫(kù)、鋪設(shè)海底電纜、海底管道等等,都向工程地質(zhì)學(xué)提出了新的要求和挑戰(zhàn)。
工程地質(zhì)學(xué)以野外地質(zhì)測(cè)繪為基礎(chǔ),注重工程地質(zhì)條件的定性評(píng)價(jià),而巖體力學(xué)是以材料力學(xué)為基礎(chǔ),強(qiáng)調(diào)嚴(yán)格的力學(xué)試驗(yàn)和數(shù)學(xué)計(jì)算。這兩門(mén)學(xué)科單獨(dú)地都不能完善地解決巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)問(wèn)題,必須強(qiáng)化學(xué)科融合,發(fā)展一門(mén)邊緣學(xué)科來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。巖體工程地質(zhì)力學(xué)正是在這樣的歷史背景中得以創(chuàng)建和發(fā)展起來(lái)的。
巖體工程地質(zhì)力學(xué)是從工程地質(zhì)學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā),運(yùn)用地質(zhì)力學(xué)的理論和方法研究巖體特性的形成和演變規(guī)律,同時(shí)運(yùn)用巖體力學(xué)的理論基礎(chǔ)和方法研究巖體在受力條件下變形破壞的機(jī)制、物理狀態(tài)和力學(xué)屬性,最后結(jié)合工程要求,作出巖體穩(wěn)定分析計(jì)算和評(píng)價(jià)。
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(shí)期及不同性質(zhì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及次生地質(zhì)作用的影響。因此,巖體擁有復(fù)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(chǔ),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(shí)、空變化過(guò)程中具有復(fù)雜的型式及不同的發(fā)育特征,它們對(duì)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(huì)導(dǎo)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(xué)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(zhǎng)期活動(dòng)的結(jié)果,隨地球運(yùn)動(dòng)而不斷的變化和發(fā)展,同時(shí)在地應(yīng)力和工程作用影響下也會(huì)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(xué)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(lèi)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(xué)的基本觀點(diǎn)是:①巖體是經(jīng)受過(guò)變形,遭受過(guò)破壞的地質(zhì)體,要研究在受力條件改變時(shí),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(yuǎn)遠(yuǎn)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(xué)效應(yīng)規(guī)律;④在巖體結(jié)構(gòu)控制下巖體具有多種力學(xué)介質(zhì)和力學(xué)模型,力學(xué)機(jī)制復(fù)雜多樣。
巖體工程地質(zhì)力學(xué)包括以下研究?jī)?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(lèi)型劃分;
3.褶皺斷裂系統(tǒng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的地質(zhì)力學(xué)分析;
4.軟弱結(jié)構(gòu)面的形成過(guò)程及其特性;
5.巖石和巖體的基本力學(xué)特性;
6.巖體的裂隙滲透特性;
7.巖體的變形,破壞機(jī)制;
8.巖體的應(yīng)力狀態(tài)和穩(wěn)定性分析;
9.巖體動(dòng)力學(xué)特性;
10.測(cè)試技術(shù)及方法研究。
巖體工程地質(zhì)力學(xué)的研究方法是應(yīng)用地質(zhì)學(xué)的勘測(cè)調(diào)查和力學(xué)分析計(jì)算相結(jié)合的方法。特別強(qiáng)調(diào)地質(zhì)構(gòu)造的研究,這種研究是以地質(zhì)力學(xué)的研究方法為基礎(chǔ),即分析斷裂構(gòu)造形成的力學(xué)機(jī)制與空間分布配套的規(guī)律,注意分析構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。
巖體工程地質(zhì)力學(xué)研究的最終目的是:評(píng)價(jià)和研究巖體的穩(wěn)定性。巖體穩(wěn)定性是個(gè)相對(duì)概念,即不同的工程建筑所要求的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的。穩(wěn)定性研究涉及范圍很廣,穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究工作還包括預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的研究。
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