岩体力学WORD版.doc

第一章 绪 论 岩体力学与工程实践  岩体力学(rockmass mechanics)是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。 岩体力学的研究对象是各类岩体，而服务对象则涉及到许多领域和学科。如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、重要工厂(如核电站、大型发电厂及大型钢铁厂等)以及地震地质学、地球物理学和构造地质学等地学学科都应用到岩体力学的理论和方法。但不同的领域和学科对岩体力学的要求和研究重点是不同的。概括起来，可分为三个方面：①为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩体力学，重点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩体和地下洞室围岩等)的变形和稳定性。②为掘进、钻井及爆破工程服务的岩体力学，主要是研究岩石的切割和破碎理论以及岩体动力学特性。③为构造地质学、找矿及地震预报等服务的岩体力学，重点是探索地壳深部岩体的变形与断裂机理，为此需研究高温高压下岩石的变形与破坏规律以及与时间效应有关的流变特征。以上三方面的研究虽各有侧重点，但对岩石及岩体基本物理力学性质的研究却是共同的。本书主要是以各类建筑工程和采矿工程为服务对象编写的，因此，也可称为工程岩体力学。 在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。 岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。起初，由于岩体工程数量少，规模也小，人们多凭经验来解决工程中遇到的岩体力学问题。因此，岩体力学的形成和发展要比土力学晚得多。随着生产力水平及工程建筑事业的迅速发展，提出了大量的岩体力学问题。诸如高坝坝基岩体及拱坝拱座岩体的变形和稳定性；大型露天采坑边坡、库岸边坡及船闸、溢洪道等边坡的稳定性；地下洞室围岩变形及地表塌陷；高层建筑、重型厂房和核电站等地基岩体的变形和稳定性；以及岩体性质的改善与加固技术等等。对这些问题能否做出正确的分析和评价，将会对工程建设和生产的安全性与经济性产生显著的影响，甚至带来严重的后果。 在人类工程活动的历史中，由于岩体变形和失稳酿成事故的例子是很多的。例如，1928年美国圣·弗朗西斯重力坝失事，是由于坝基软弱，岩层崩解，遭受冲刷和滑动引起的；1959年法国马尔帕塞薄拱坝溃决，则是由于过高的水压力使坝基岩体沿着一个倾斜的软弱结构面滑动所致；1963年意大利瓦依昂水库左岸的大滑坡，更是举世震惊,2.5×108m3的滑动岩体以28m／s的速度下滑，激起250m高的巨大涌浪，溢过坝顶冲向下游，造成2 500多人丧生。类似的例子在国内也不少，例如，1961年湖南拓溪水电站近坝库岸发生的滑坡；1980年湖北远安盐池河磷矿的山崩，是由于采矿引起岩体变形，使上部岩体中顺坡向节理被拉开，约1×106m3的岩体急速崩落，摧毁了矿务局和坑口全部建筑物，死亡280人。又如盘古山钨矿一次大规模的地压活动引起的塌方就埋掉价值约200万元的生产设备，并造成停产三年。再如，解放前湖南锡矿山北区洪记矿井大陷落，一次就使200多名矿工丧失了生命，等等。以上重大事故的出现，多是由于对工程地区岩体的力学特性研究不够，对岩体的变形和稳定性估计不足引起的。与此相反，假如对工程岩体的变形和稳定问题估计得过分严重，或者由于研究人员心中无数，不得不从“安全”角度出发，在工程设计中采用过大的安全系数，致使工程投资大大增加，工期延长，造成不应有的浪费。 今天，由于矿产资源勘探开采、能源开发及地球动力学研究等的需要，工程规模越来越大，所涉及的岩体力学问题也越来越复杂。这对岩体力学提出了更高的要求。例如，在水电建设中，大坝高度达335m(前苏联的Rogun坝)；地下厂房边墙高达60～70m，跨度已超过30m；露天采矿边坡高度可达300～500m，最高可达1 000m(新西兰)；地下采矿深度已超过1 000m以上。另外，当前世界上正在建设或已经建成的一些超巨型工程，如中国的三峡水电站(装机容量达17680MW，列世界第一)，英吉利海峡隧道(长50km)和日本的青函跨海隧道(长53.85km)等。这些都使岩体力学面临许多前所未有的问题和挑战，急需要发展和提高岩体力学理论和方法的研究水平，以适应工程实践的需要。 岩体力学的研究内容和研