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。

并且，由于20世纪70年代伺服控制的高速测试机器的出现，样品从开始压实到完全解体的整个力学性能可以被详细地研究。

图8中就是一个大理岩的完整的应变曲线的例子。

通过带有伺服控制的多轴性测试机器的应用，完整岩块的表现就可以在只被想象限制的情形中研究。

不过，还有完整岩块的一些方面需要进一步的研究，特别是与岩块多向性、各向异性以及时控性（随时间变化而变化的性质）有关的。

图9的分析表明：被挖之地外围岩石的潜在破裂的研究既是外围集中岩石应力又是不同方向的岩石强度的研究。

鉴于这个问题，对于岩石强度的认识如各向异性是需要。

这也适用于岩石的多向性和它的时控性。

而且，尽管已经做了大量有关完整岩块力学性能的工作，还是有很多与完整岩块的不连续性、非均一性、各向异性和无弹性的性质有关的问题没有解决。

也许最令人惊奇的遗漏就是在合并三种主应力时一直在用一种错误标准。

尽管岩石应力具有作为一种张量伴随有三种主应力的性质。

最普遍地应用于模拟和实践于完整岩块和岩体的错误标准有Mohr-Coulomb and Hoek-Brown准则。

这两个准则都只是包括了主要和次要的主应力，而没有包括中级的主应力。

考虑到要解决这些问题，多相性和多向异性通过测试和数值模拟可以很容易地获取，但是完整岩块随时间变化的性质就很难确定了。

普遍用失败的标准来合并三个主应力将淘汰，因为候选准则已经在相关文献中有建议到。

3.4、裂隙图片3—5已经指出可能出现的不同类型的裂隙，并且强调了一个研究岩石力学的构造地质师的重要性。

事实上，如图10所示，从地质观点来看考虑岩石裂隙的光谱十分有用。

注意在图10下端波段的备注，描绘未变形岩石带有渗透性的变形组构比描绘复杂型式的岩石裂隙要容易得多。

ISRM已经在图11中说明了衡量需要的裂隙的特性。

从钻孔核心还是井壁的电视图像中衡量得到的裂隙特性是不同。

裂隙的间距可以很容易地评估，但是很多其他方面例如连续性不能评估。

在图12中，Follin[5]已经说明在有限的尺度中能获得的裂隙信息。

考虑到岩石的DIANE中的不连续性，描绘裂隙的几何和力学表现的能力对于岩土工程设计模型的输入和完成Leopold Müller最初成立ISRM的雄心，即评估岩块强度都很重要。

因此，发展适当地建立和描绘在特定场地岩石裂隙的几何和力学特性的能力是一个主要与岩石裂隙这个专题有关的未解决问题。

尽管可靠地获取裂隙信息的问题可能看起来比获取可靠的给定岩块的应力信息要简单些。

但还是有一段很长的路要走，因为岩石裂隙的多参数性及其与将裂隙数据的数量减少到能够输入到数值模型的数量的关联的不确定性。

3.5渗透率描述岩石裂隙之后就下来的一个专题就是建立岩块渗透率，它是三个主要组分的另一个张量。

注意图13中的白色箭头说明了图中岩块高度局部的水流性质。

对于相对没有渗透性的完整岩块，水流及其伴生的传导性张量将被裂隙的网络（他们的几何、连通性和开口）和岩石应力状态控制。

严重破裂的岩块中的水不是仅仅存在于一条裂隙中，而是顺着裂隙的一个特定的点存在，指示着裂隙中水流的渠道。

另外，这个水流渠道可以改变，如果有工程活动导致明显的裂隙位移。

在将裂隙几何组建成不相关的裂隙网络以及建立伴生岩块的流动特性方面已经取得相当多的进步。

然而，问题是如何获取关于裂隙特性的有效准确的数据。

这是一个有关岩块渗透性的主要未解决的问题。

这个问题的解决方案也是难以取得的，因为这不仅需要裂隙的几何学数据，还需要水文地质学数据，特别是裂隙的孔缝。

3.6、模拟在岩石力学发展的早期，物理模型在支持岩土工程设计，特别是基于岩块上的堤坝设计中扮演着一个非常重要的角色。

而且，现在这种物理模型还在确定机制和核实数值模型上起着十分有用的作用。

然而，重点已经渐渐地转移到岩块分级方法和电脑数值模拟上来，特别是用不相关元素的方法（Jing and Stephansson[6]）。

在数值模拟领域主要未解决的问题产生于要开发出一种能够囊括所有要求的变量、机制和参数的模型，例如与分离的亚学科有关的模型要让步于满足要求所有峰值联合的模型。

可以预料这种模型将包括以下几个方面在其中：1、地质：位置几何、岩性、断裂2、热力：热源、热流3、力学：岩石应力、刚性、强度4、化学：岩石和水化学5、工程：挖掘的影响目前，这些分离的模型都是建立在分离的亚学科之中的，例如力学的和水力的，这些经常需要“缝在一起”，这又不是总能顺利地完成的。