地质与地球物理研究所--岩石工程地质力学原理-王思敬院士

岩石工程地质力学原理

岩石工程地质力学原理 (第一篇 )

王思敬 中国科学院地质与地球物理研究所

岩石工程地质力学原理

岩石工程地质力学原理1 概述 2 工程地质力学的基本原理 3 岩石组合的工程地质力学分析 4 构造体系的地质力学分析 5 初始地应力场及其地质力学分析 6 岩体结构面及其力学属性 7 岩体结构类型及其特性 8 水文地质结构与渗流分析 9 不良的工程地质力学背景 10 工程地质力学的稳定性分析 11 结语

岩石工程地质力学原理

概述工程地质力学是地质科学和工程学科密切相关的一 个应用地球科学分支。它的研究的主要目的是认识 地质体的组成、结构、赋存状态、工程力学性能， 以及工程地质力学作用和过程，并在此基础上对岩 土工程的规划、设计、施工，以及有关的工程安全 提供科学依据。 地质体是一种自然造物，它是地质历史的产物，其 形成是受地质作用支配的。同时,它还赋存于地质系 统中,因而保持着其间的相互依存和相互作用关系。 因此，对地质体的组成、结构、特性和分布，以及 发育规律的认识，要求有深刻的地质研究。

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概述地质学家应用力学的理论探讨地质构造的形成和演 化可以追溯到十九世纪末至二十年代初，如Hans Cloos和我国李四光先生(李四光，1963)等，他 们采用“泥巴试验”模拟了褶皱断裂的组构机制。 但是，应用力学的理论来研究地质体的结构及其工 程特性则应归功到在谷德振先生指导下中国科学院 地质研究所工程地质学家的数十年的努力成果。

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概述建国之前，严格的工程地质学科尚未建立起来。 建国之初，前苏联的工程地质学理论对中国工程地 质工作者曾有过重要的帮助。 建国十年中，谷德振先生侧重地指出构造的重要性 (谷德振，1963);随后他又将从构造，概括到结 构的概念。 1962-1965年谷德振先生和水电部建设总局李杰先 生合作主持了中国科学院和水电部的“水利水电工 程地质”总结工作。得到的共识是要发展工程地质 力学理论和方法，就是说要以力学的理论和方法来 认识地质构造现象，评价工程地质条件，分析工程 岩体的稳定性和渗漏问题，把地质研究与力学分析 紧密结合起来。

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概述谷德振，1965;孙玉科与李建国，1965;王思敬， 1965,1966,但是由于文革的到来，《水利水电工 程地质》一书到1972年才得到出版。 谷德振先生和他的研究集体于1969-1970及以后几 年中在甘肃金川镍矿开展了系统的研究，对岩体结 构的类型划分，岩体变形破坏机理及稳定性分析等 都提出了新的成果，岩体工程地质力学的框架才初 步构成。

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概述结合参加第24届国际地质大会的准备工作，王思敬 主笔撰写了“岩体工程地质力学的原理和方法”

, 在《中国科学》1972年第一期上以集体署名发表， 正式提出了岩体工程地质力学的学科命题。随后， 经过扩展，并由王思敬、黄鼎成在铁道部第一勘察 设计院作了系统讲学，而后于1976年在科学出版社 出版的《岩体工程工程地质力学问题》专刊上发表。 不久，于1979年谷德振先生专著《岩体工程地质基 础》(谷德振，1979)一书问世，系统地论述了岩 体工程地质力学的理论和工作方法。

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概述1978年向第一届全国工程地质学术会议介绍了有 关成果(谷德振、王思敬，1983;1985); 1981年在“奥地利萨尔茨堡地质力学第30届讨论 会”作了特邀报告(Gu Dezhen and Wang Sijing, 1981;1982); 1980、1984年在国际地质大会上作了交流(谷德 振等，1980;Wang Sijing et al.,1984)。 有关金川露天矿变形破坏机制和结构控制的研究 在第四届国际岩石力学大会上也作了交流，并在 Rock Mechanics上发表(Wang Sijing,1981)。

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概述在80年代和90年代里，建立了中国科学院地质研究 所工程地质力学开放研究实验室, 成为岩体工程地 质力学研究中心.在此期间出版了10集《岩体工程地 质力学问题》,3册《工程地质力学研究》共刊登 有关论文198篇，其中相当一部分论文来自中国科 学院以外的工程地质学家和岩石力学家。岩体工程 地质力学的研究方向和理论渐趋成熟(王思敬， 1984;Wang Sijing,1986)。

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概述研究工作转入到更广泛的实践和深入的应用，撰写 了系统的专著，如地下工程稳定分析(王思敬、杨 志法等，1984),边坡岩体稳定分析(孙玉科等， 1985),岩体结构力学(孙广忠，1985),坝基稳 定分析(王思敬，1990),区域稳定性研究(李兴 唐、许兵等，1987)。所有这些成果构成了岩体工 程地质力学的理论体系和工作方法。

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概述在某些领域则提出了一些专题研究总结,如断裂力学 问题(黄建安，王思敬等，1985), 数值分析(王思敬， 1987),变形体系(杨志法，张连弟，1987), 地质力学 模拟实验研究(杜永廉，1987),岩体工程地质力学工 作的基本内容和程序问题(徐嘉谟，1987), 断续节理 岩体弹性常数的预测(寇日明，王思敬，1990),岩体 结构优势面理论(罗国煜、李生林，1990)等.

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概述在岩体工程地质力学研究的发展过程中，曾经经历 过5个重要的命题讨论。第一命题是岩体的结构性； 第二命题是岩体结构的形成与演化; 第三命题是岩 体结构的力学属性；第四命题是工程岩体的稳定性； 第五命题是工程结构与岩体结构的相互作用及其调 谐。

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概述关于工程结构和岩体结构的依存关系和相互作用问 题已在80年代初提出(Gu Dezhen and Wang Sijing, 1982),并在90年代初有初步研究

和发表(王思敬， 1990;Wang Sijing,1995)。在进一步的研究中将 会引入系统科学和非线性科学的应用(梁炯鋆，黄 鼎成等，1992;杨志法，1993;秦四清、张倬元等， 1993;黄志全，1999;王思敬和李焯芬，2001), 从而得到新的发展和在岩体工程、环境工程领域的 更广泛的应用(王思敬、黄鼎成等，1988;Wang Sijing,1993;张倬元(主编),1994;王思敬(主 编),1995;Wang Sijing & Dai Fuchu,1996)。

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概述在工程地质力学研究中,首先是进行地质作用和过程 的力学分析。这时要以地质学研究关于沉积建造、 岩浆活动和变质作用特征，以及构造体系所揭示的 地质发展历史为依据,通过力学分析帮助我们认识和 概括地质规律，研究地质力学作用的物理机制和动 力过程。

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概述工程地质力学研究还要求对地质体的工程性能和表 现场进行力学分析。这时着重于应用力学定律和方 法，描述和研究地质体的受力历史和形变过程，从 而认识并定量地表达地质体的结构及其工程地质特 性的本质和工程地质规律，以及在此基础上对工程 作用下及环境影响下地质体未来的变形和失稳进行 预测。

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概述综上所述，工程地质力学应是地学范畴的一门边缘 学科，成为工程地质学的基本理论之一。它的理论 研究重点内容有两方面： 1)探索地质体结构在地质历史中的演化过程，从而 取得对工程建设前的地质体结构和特性的认识。这 实际是地质力学作用的研究； 2)探索工程建设作用下地质体结构的转化过程，从 而获得对工程岩体稳定性的认识，并作为可靠预测 的基础。这也就是工程地质力学作用的研究。