岩体工程地质动力学基本原理 张树才 黄常青

岩体工程地质动力学基本原理张树才黄常青

发表时间：2018-03-05T11:11:29.827Z 来源：《基层建设》2017年第33期作者：张树才黄常青

[导读] 摘要：通过岩体工程的地质动力学可以对岩体及工程的地质动力因素进行研究，而岩体工程地质动力的形成原因、具体特点、强度大小动、力学行为以及结构变形控制等方面正是研究的具体内容。

云南地质工程第二勘察院

摘要：通过岩体工程的地质动力学可以对岩体及工程的地质动力因素进行研究，而岩体工程地质动力的形成原因、具体特点、强度大小动、力学行为以及结构变形控制等方面正是研究的具体内容。本文以动力作用学作为基础，对岩体工程地质动力的形成原因、行为、特征及岩体结构控制进行讨论，并加以描述。

关键词：岩体工程；地质动力学；基本原理

工程地质学属于基本的应用科学，而项目工程建设当中的地质环境问题正是它的主要研究内容，从20世纪开始，我国的科研工作者经过对工程地质动力学的理论研究和工程实践，逐渐总结出了有关工程地质学方面的重要理论和工作方式，且该工作方式分别以动力学分析、地质学研究、地质评价、实地勘察作为工作的条件、重点、目标和方法。而其中的岩体工程地质学这是工程地质学的重要组成部分，当前阶段，国际范围内承认的岩体工程地质学理论有两部分内容，分别是岩体工程的动力学原理及其形成原因的演化论。

一、岩体工程地质动力的形成原因和具体特征

从根本上来讲，岩体形成的过程就是岩体特性表现的基础，受力状态不同形成的岩体也不尽相同，会在组成物质成分和物质结构方面存在一定的差异性，且物质的强度和密度也有所不同，所以，会在工程地质特性方面出现差异，比如，岩浆岩和沉积岩，不但在物质结构方面存在差异，两者的形成结构和具体形状同样存在差异，而物质块状和层状的特性正是作用力差异的具体表现。

本文对几种岩体动力学的形成原因和地质特性加以描述，对岩体形成的动力学原因和地质特性进行总结：第一，岩浆岩，岩浆岩属于原生矿物的构成岩体，具体表现为块状，而这种岩体是通过地球内力作用当中的高温、高压活动造成的，而较强的抗变形能力和较高的强度正是该岩体力学特性的具体表现；第二，沉积岩，该类岩体主要是由内外动力形成联合作用力产生的结果，且在联合动力当中以内动力为主，它的结构主要为互层状和层状，其形成物质包括化学凝结物和原生矿物的碎屑，而这种岩体的力学特性与其形成的胶结物和矿物具有密切的关系；第三，变质岩，变质岩的力学特性有两种表现，分别是片状和块状，片状蚀变能力较弱，块状具有良好的抗变形能力和强度，而经过构造挤压以及高压、高温等地球内动力的作用正是该岩石的动力学形成原因；第四，断层岩，这种岩石的形成主要是通过地球的构造力和内动力活动实现的，其变形能力和强度都比较弱；第五风化岩，这种岩石的动力学因素是以外动力因素为主，它的风化程度会影响原岩的弱化程度；第六，松动岩，该岩体主要是通过内外力的耦合作用形成的，各向异性及渗透性增强，力学性能弱化是该岩体的主要力学特性。

对上述岩石的力学特性和动力学的形成原因进行总结，可以将岩体动力形成原因分为两种，分别是内力作用以及以内力作用为主导的内外合力作用，受内力作用影响形成的岩体主要是由结晶类矿物质经过高温高压作用构成的，这种类型的岩体大多密度较高，其结构主要以块状或排列为主，而以内力作用为主导形成的内外合力作用，通常会形成风化岩或者是原岩矿物质，作用力的不同形成的岩体结构和密度也会存在差异。

二、岩体工程地质动力学行为

（一）岩体结构的变形控制

如果岩体所处应力环境正常，那么它的变形会将介质的影响表现出来，会受到结构面的控制，呈现不连续性，还会表现出一定的力学效应，其中包括结构面的产状、尺度以及密度等效益。

岩体最基本的力学行为就是变形，而常应力和高应力的影响使得岩体的变形也存在较大的差异性，岩体的变形性质可以通过泊松比和弹性模量体现出来，岩体弹性模量为：

其中岩体的泊松比和弹性模量分别是v和E（MPa）；结构面的组数为m，该公式是岩体结构当中的各类力学及其它因素作用关系的表现，力学效应造成的影响主要是通过岩体的泊松比来表现的。而E总是大于或等于该公式的，因此，在常应力作用下，岩体的本身的抗变形能力会受到结构面的影响而出现下降变化，该结论就是岩体结构面密度的产状效应及尺度效应[1]。

（二）岩体的动力学行为

对于岩体力学而言，对岩体外力作用下的应力状态及稳定方法进行研究，即是它的主要研究内容。在岩体内或岩体之上进行工程建造时，会对岩体的应力状态和稳定性造成一定的影响，对这种变化进行研究，主要是为了对岩体的破坏及变形发展展开预测，明确岩体当中容易被破坏的薄弱环节，实现工程的科学设计，或针对问题采取有效措施加以解决[2]。如图1，为岩体挤压断裂现象。

图1

理论基础：对岩体应力应变问题进行研究需要通过连续介质力学的原理来实现，包括弹性力学、粘弹性力学以及塑性力学等，在对岩体的破坏或稳定问题进行研究时，一般会对块体的动力学理论或块体极限平衡等理论加以应用。在使用连续介质力学的理论对岩石力学的问题进行解决时，必须要满足以下几点：第一，岩体本身的边界条件，其中包括岩体边界的原岩应力和表面力等；第二，力学的平衡条件，具体考虑的力包括重力、惯性力、原岩应力以及地下水的作用力等；第三，变形协调方程，极限平衡理论对于岩体的变形不加考虑，只对岩体的静力平衡进行研究，块体动力学主要按照动力学的原理对块体的运动和受力条件进行研究[3]。

工作程序：岩体力学分析程序。第一，对工程地质进行勘察，明确岩体的力学性质及地质结构条件，对原岩应力、低热变化以及地下水情况进行收集；第二，对相关的工程地质资料进行分析，制作岩体力学的研究模型；第三，充分结合工程边界条件和力学模型，对力学的分析方法进行选择并加以计算；第四，在工程进行的过程中，要对工程结构及岩体受力的情况进行检测；第五，通过反演分析的方法对岩体的参数进行分析，结合工程的具体情况对工程的设计进行修改，确保工程设计的指导作用。

在岩体结构力学的行为方面，共有两种分析方法，分别是岩体经验的分级分类方法以及结构面力学的效应分析方法。结构面力学方面的分析方法主要是对结构面的摩擦和力学测试进行分析，但这种分析方法不能将岩体结构的产状组织、尺度以及密度等很好的表现出来，其先进性和完善性略有不足，而岩体分级分类的方法同样存在一些缺陷，无法将结构不连续造成的各项异性反映出来[4]。

结语

随着岩体工程动力学的发展和深入，该地质学理论针对岩体工程方面的力学特性和力学效应进行了细致的研究和分类，岩体工程力学对于研究来说具有理论支撑的作用，它以工程力学为基础，对其中的地质学理论及方法加以应用，实现岩体力学特性和动力形成原因的研究，岩体形成的过程就是岩体特性的具体表现，受力状况不同形成的岩体也不尽相同，包括组成成分、物质结构、强度、密度等因素都会存在一定的差异性，当然，我们还需针对这方面的内容进行深入的研究，通过不断的实践，探寻岩体工程的地质变化规律，从而将相关理论体系推向成熟，以便更好的服务人类的生产、生活。

参考文献：

[1]杨国镁，华云.岩体工程地质动力学基本原理[J].建材与装饰，2016，2（51）：204-205.

[2]才永军，赵晓明.分析岩体工程地质动力学基本原理[J].知识经济，2014，4（15）：180-180.

[3]吴英.岩体工程地质动力学基本原理[J].城市建设理论研究（电子版），2012，3（35）.

[4]伍法权.岩体工程地质动力学基本原理[J].工程地质学报，2013，19（3）：304-316.