我国岩石力学问题的现状和发展

我国岩石力学问题的现状和发展

本文的立意在于描述中国岩石力学在土木工程、地质工程、采矿工程、水利工程、交通工程等的领域出现的主要问题的同时应用岩体力学的知识探讨和处理这类问题的一些现状和特征。如何使岩石力学与工程充分应用于工程实践中去，发挥出更大的效益是目前我国面临的主要问题。由于岩体力学在处理工程问题的重要地位，使得我国在拓展岩石力学在理论概念和工程技术上变得更加迫切。我们要采取多重综合集成的途径，去发展适应新生产力的岩石力学。

关键词岩石力学问题，智能化，岩石力学的系统与系统动力学的多种集成，多重综合集成, 科技化

岩体力学的时代背景岩体力学是介于地学与力学两门学科之间的边缘学科，虽然说不是一门系统的学科，但其能解决传统的土力学不能解决的岩石问题，因此它在各种工程的领域都有广泛的应用。随着现阶段的矿山开采的智能化和集成化，处理岩体的问题越来越需要应用岩体力学的问题来完成设计和施工。近几十年来，尽管国内的工程规模和复杂程度的不断加大，我国岩石工作者经过不懈努力，已经累积了在复杂地质条件下修建多种岩石工程的丰富经验。使得岩体力学的研究工作有了飞速的发展。这为笔者对本文的编写提供了丰富的资料。但是从总体上看，与国际先进水平相比，尚有一定的差距。尤其在综合运用研究成果，并将成果转化为生产力产生效益这一方面，尚嫌不足。并且不少岩体力学出来的新科研成果，未能充分应用于工程实践中去，发挥出更大的效益。

我国岩体力学的发展历史和现状在新中国成立前，岩体力学研究基本上属于空白的。尽管我们的祖先们曾创造过世界瞩目的工程建设，如长城和岷江都江堰。但是岩体力学作为一门单独的学科进行研究还是相对起步较晚的。在中华人民共和国成立之后，我国充分发挥社会主义制度的优越性，对岩体力学中的一些前沿课题，在全国范围内组织力量进行了一系列的科技攻关。即便是在文化大革命期间，岩体力学业的研究工作遭受到极大的干扰，我国的科技人员仍然发挥自强不息的爱国主义精神，在很多的重点水电工程(如葛洲坝，刘家峡)、矿山(工程如金川镍矿)、铁路工程(如成昆线)，做出了突出的贡献。并且在总结了一系列的成功的经验与失败的教训后,我国的科研工作者解决了像葛洲坝和三峡坝区以及秦山核电站等重大的岩石施工的建设项目。这些成就都使得岩体力学的研究工作取得了重大成果，这些理论成果在国际上也占有重要的地位。

在取得重大的实践成功的基础上，我国在岩体力学的理论的研究进行了系统的的集成。自1978年以来，我国陆续在全国性的学会上成立了专门岩体力学的研究机构。如中国煤炭学会岩石力学专业委员会、中国水利学会岩土力学专业委员会等。并成立了相应的专门期刊。这些的工作和成就，大大提高了我国的岩体力学的水平。

我国岩体力学面临的问题

随着取得成就的同时,面临的问题也逐渐突出而来。

①岩体力学的理论与技术研究中的有3个核心问题。这三个核心问题是:时间不可逆，多层次了系统与非线性，以及不确定的原始数

值(初值)。上述3个核心问题构成了非确定性研究的必要性，但是，在生产实践中的经验告诉我们，开挖过程中存在着两种稳定状态：一种是稳定的，可以做出决定性的决策。另一种是不稳定的，具有不稳定性或明显的危险表征。这就构成了研究方法的复杂性。而我国在处理这些非确定性的问题上没有形成系统的系数，对生产设计存在着一些不稳定因素。

②西部开发首先面临着的生存发展基础的建设，即基础设施和生态环境的建设。而西部地区环境恶劣而且岩体脆弱。环境如沙澳戈壁，冻土灾害，黄土侵蚀，高山峡谷般恶劣，地质作用活跃，环境灾害频繁，基础工程建设极为艰难，风险度高。岩体力学的理论数据在这些环境上的应用还显得不足。

③现阶段的工程的规模巨大，在处理上是岩体力学的系统与系统动力学的多种集成或多重综合集成，因此在面对工程的问题解决上，考虑的因子必须多元化，因素的增多表示着变数的增多。研究对象的多种因素相互作用，极大地增强了问题的不确定性和非线性。这就要求我们科学研究者处理工程问题需要极大的数据库资料和数据运算。有人说:“岩石力学是数学力学游戏，解决不了工程问题”。这是便是极其不对的。

④我国岩体力学出现的关键问题在于理论和实践结合上出现了断层。很多的理论成果无法在实际的设计施工中发挥其应有的作用。如岩体力学在岩基工程中的应用一块中岩基上的基础形式和岩基上的基础的沉降，这些都已经有了系统的理论，而在施工中岩基的复杂

情况下往往忽略掉，凭借以往的经验进行施工。还有高烈度地震，巨型山崩、滑坡、泥石流，大型矿山的塌陷等从孕育、形成、发展到成灾的非线系统动力学过程和时空预测将是重大的研究难题，其不确定性更加严重，而统计例数则甚为稀罕。所以说，如何把研究出来的成果广泛的应用到实践中去时现阶段岩体力学的重要问题。

我国岩体力学发展的新途径和新方法进入21世纪以来，随着经济一体化的进程加速，全球化正以空前的规模和速度推动着人类向知识经济社会迈进。我国岩体力学正面临一系列新的机遇和挑战，我们必须探索新思路、新途径，发展新理论、新方法，迎接岩石力学与工程学科的新纪元。

在新世纪中我们期待着中华振兴和现代化的实现。工业的发展仍然是关系社会的发展的先决条件。我国岩石力学专家们义不容辞的新使命就是为人类社会可持续发展去创新，走向岩石力学与工程的新世纪。为了实现岩体力学的新使命，岩体力学与工程的理论概念和技术方法应该相应的转变。转变的方向是由相对比较单一、范围比较小的裂隙岩体问题的解决转向复杂的、大范围的地体系统问题的研究和解决。

随着科技的不断攀升，生产的智能化将是时代的主题。综合智能分析方法及其在岩石力学与工程中的采用是将要攻关的课题。智能科学与岩体力学的结合将把岩体力学推向新的领域。这是对全球化的工业发展的必然要求，也是兴旺之路。在这些课题中，一些学者提出的人工智能(专家系统)和人工神经网络或智能采矿学以及处理岩石

力学智能化问题，都是智能化的体现。

智能化发展的同时，必然的要应用新的数值方法。随着电子计算机科学的速猛发展，作为岩石力学分析的重要内容的数值方法，在新的时代的进展必将神速。功能越来越强的数值法将不断长进。笔者认为几种有前景的新的数值方法：1半解析元法2分形块体力学法3非连续变形分析(DDA)法4非线性大变形问题有限差分((FLAC)法5流形元法。这些新型的数值方法已经在许多的设计中体现出来其优秀简捷的特点了。如实践已证明，半解析元法适应性强而应用范围广，可用于分析非匀质、变刚度、非线性，特别是多维间题由于采用了解析函数而能以收到降维的效果。在计算工作量和程序前、后处理方面都会有很大程度的节约。

计算机新技术科学在岩石力学与工程中的采用。计算机的应用可以用于参数估计与模型辨识，工程施工三维系统仿真模拟研究与应用，利用地理信息系统(GIS)在岩土公害险情预报与分析中的应用等等。

笔者相信随着我国社会经济向新的战略目标迈进，坚持走中国特色的社会主义道路，发展中国特色的工业化道路，我们振兴中华的理想会越来越显出光辉，年轻的岩体力学将会随着科研工作者的不懈努力迎来岩体力学新时代的来临，并为祖国的工业大力发展做出贡献。