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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