岩石力学翻译

岩石力学和国际岩石力学学会的未来

摘要：

考虑岩石力学和国际岩石力学学会（ISRM）的未来需要对岩石力学在第一个五十年里取得的成就进行评估，并确定一些还主要存在的未解决的问题，指明未来可能采用的技术方法的方向以及岩石力学未来发展的可能性。这里不久的将来包括当前国际岩石力学学会委员会正在实施的现代化计划和当前技术的发展。长远的未来需要从可能产生的技术创新及其对岩石力学的影响来预言。此外，本文对专业学会如ISRM的目的、性质及潜能的演变也进行了简要的讨论。本文的重点在于支持着岩土工程的岩石力学，其主题包括地质、岩石应力、完整岩块、岩石裂隙、水流、工程活动和数值模拟。

关键字：岩石力学；成就；基本原则；技术未来；联合模拟

1、简介：

思考岩石力学未来可能被采用的方向对于其主题及其在岩土工程中的应用非常重要。事实上，这是做这样一个推测的一个合适的时间，因为2012年就是ISRM成立50周年，且2011年将在北京召开ISRM代表大会。此外，2008年还是ISRM奠基者及第一人主席利奥波德·穆勒的一百年诞辰。

希波克拉底预测未来的方法就是：“考虑过去，解释现在，预知未来。”所以，在本文就是基于过去已经取得的成就（特别是过去50年），确定一些主要存在的还未的问题。这就自然地引导我们考虑未来技术发展的可能性及存在问题能否解决。就ISRM而言，当前实施的现代化在某种程度上能帮我们对ISRM不久的未来进行预测。然而，对于ISRM的长远未来也需要讨论，因为这包括一些与个人与团队交流以及保存并传播合作知识有关的有趣问题。

2、总结当前岩石力学的认识和能力：

岩石力学的知识和能力已经在1995年Elsevier写的“综合岩土工程”里以百科全书的形式通过4407页的概要得到总结。这五卷包括一下主题：

1、基本原则；

2、分析和设计方法；

3、岩石测试和地点描绘；

4、挖掘、支撑及检测；

5、地表与地下的案例。

尽管这本概要已经出版了13年，并且岩石力学的很多领域都已取得进步，但是这门艺术的本质是相似的。

3、岩石力学未解决的问题

尽管在过去50年里岩石力学和岩土工程已经取得了大量的进步，但还是存在一些突出的问题。事实上，利奥波德·穆勒成立ISRM的灵感已经在他的1962年5月份的评论里有所表述：“我们不知道岩块的强度，这就是需要一个国际学会的原因。”。然而，在很多情况下我们还有关于评估岩块强度的问题！

在这一部分，将概述一些岩石力学主要未解决的问题。这些载于一下专题中：地质、岩石应力、岩块、裂隙、水流和模拟。在每一个小专题里面用斜体字书写的文段就是关于这些问题在不久的将来被解决的可能性。

3.1、地质

地质，特别是构造地质和工程的岩土力学，在表2中得到强调。

在这两种情况中，我们感兴趣的是破译形成当前现状的机制并预测未来将会发生的情况。事实上，岩石学的精髓就在于预测未来。我们希望通过预测未来使得岩土工程的设计更恰当。这个预测是十分必要的。例如，如果一个隧道要以一定的方向和深度朝特定的方向和深度掘进会发生什么。

因为工程结构要建立在或者包含于岩块中。对于主体岩石的相关地质情况有一个足够的了解是非常必要的，并且如果没有专业地质建议，工程师要获得准确的数据来模拟和确定与特定的地质情况伴生的危害将受到严重的限制。例如，许多岩石力学的模拟运用需要对于岩石裂隙的认识，但这又相当难以达到。照片3—5说明了三种不同类型的裂隙，这些都是在英国南威尔士非常接近中下煤系的地层中观察到的。

不用说，一个熟悉主体岩石的情况的地质师会为处理这些类型的裂隙网络岩石力学模拟和设计者提供明显的帮助。对于构造地质解译的价值的说明可以在Price and Cosgrove看到。

然而，这篇文章中提到的主要未解决的问题不是没有咨询地质师就是这个地质师并不是与岩石力学研究密切相关的，所以这些建议就只能获得微小的吸取，例如通过标准化形式的场地研究。这是一个管理问题，但是我们必须解决，一个应该很容易处理的问题。

3.2、岩石应力

不像别的形式的工程，地下岩土工程最基本的的工作是从预先压实的岩块中，而不是像别的工程那样从组装的部件中，移取材料拼接在一起的。这就意味着我们需要评估岩块固有的应力状态，这既是对于上覆压力强度需要的基本考虑，也是数值模拟需要输入的边界条件。岩石应力的评估是一个我们不得不面对的最难应付的问题。应力是一个张量度量，它需要六块相互独立的信息，并且岩石应力在不同的尺度上存在很大的不同，主要是通过不同类型岩石的固有的不同类型的裂隙来表现。

岩石力学和采矿科学(V ol.40, Issues 7-8,2003)国际刊物的发行就是致力于岩石应力的评估。这个专业的刊物包括由ISRM建议的评估岩石应力的4种新方法和17页岩石力学不同方面及其评估运动的辅助性描述。对于这份17页内容的可以用一句话总结：“岩石应力评估不是一项简单的任务。”实际的衡量就是一个问题并且应力是多变的。

然而，在应力信息的展现方面，最近的发展已经改善了这种情况。Lee[3]已经说明：相对于第一个不变应力（所有应力的总和）比相对于深度绘出每一个主要的应力能提供一个更清晰易懂的图片。

图6中表明：主应力相对于深度作图是表现得不那么连贯。很难有信心明确地指出在一个具体的深度的应力状态。事实上，我们还可以怀疑这里的衡量不是令人满意的。

但是将其与图7比较，图7是用主应力相对第一个不变应力作图得到的。显然，这些应力形成一个图案，并且也不会有任何怀疑这里的应力衡量是不适当的。

除了这个更清楚易懂的主应力分布之外，各主应力之间的比例也是明显的。Lee[3]发现尽管东、西澳大利亚具有不同的地质组成，各主应力之间的比例是相同的，。Harrison et al.[4]在智利、芬兰和英国的应力数据中发现了类似的应力比例，这说明地壳处于一个有限平衡的状态中。

岩石应力中主要未解决的问题有：要发展出一种快速且可靠的方法来评估在给定地点的岩石应力张量的六个组分，同时要理解不同尺度中的裂隙产生的不同应力状态的变化。

这里的第一个问题是很难应付的，并且不可能很快解决。第二个问题服从于数值模拟的研究，且能很快得到相应的解决。

3.3、完整岩块

因为完整岩块样品的获取和测试都比较简单，所以在岩石力学中这个专题已经得到最详细的研究。我们现在需要对于完整岩块行为以及不同类型岩石及其力学特征足够的理解。