地质力学概论：岩体怎么变形破坏，地质力学到底解决啥问题

我讲课教地质力学, 年头已经十几年了, 我带学生干过一些课题, 像隧道围岩的稳定性呀深部矿井岩爆怎么预警呢, 这些都在行, 每个新学期, 头一回上课的时候, 总是有些同学拿来一本《地质力学概论》, 翻到目录那一栏, 眉毛紧紧地皱在一起, 书里的符号实在太多, 概念密密麻麻地堆着。其实这门学科没有那么玄妙, 它需要回答的核心问题只有一个, 也就是自然界里的那块大石头, 在力的作用下会怎么运动、怎么样裂开、又是怎样坍塌。大家只有把这个问题搞清楚, 才能对于隧道会不会发生失稳、大坝会不会产生滑移、还有矿井的巷道需不需要进行支护这些情况, 做出有依据的判断。

地质力学主要研究啥

地质力学和普通力学最大的不一样就是, 它们的研究对象不再是均匀的钢材或者混凝土试块, 而是岩体。岩体天生就带有不少毛病, 像是节理、断层、劈理还有层理这些东西, 这些结构面把完整的一整块岩石切割得七零八碎。我带着学生去过秦岭隧道进行围岩监测, 光是看一个断面, 就能发现三组以上产状各不相同的裂隙。地质力学这项工作, 实际上是把岩体视作一种不连续介质来进行处理的, 其核心研究内容是去分析应力是如何在结构面上进行分配的, 以及变形又是如何沿着那些软弱面逐渐积累起来的。

落实到具体的教学内容层面而言, 我在课堂上一共花费最长时间进行的环节是结构面几何学统计以及节理定量描述这一块内容方面的讲授。之所以这么做是因为在后面开展的所有相关分析工作, 诸如边坡极限平衡分析、巷道支护参数反演计算, 还有储层渗流耦合模拟等诸多方面, 全都是建立在这个基础知识点之上的。

地质力学和岩石力学区别

你这两个词确实是很让人容易搞混的。岩石力学这个领域, 它更加侧重于材料本构方面, 也就是研究那一块完整的岩石在不同应力路径下的变形规律与破坏规律, 而且它的研究尺度是偏向于微观层次和中观层次的。 地质力学呢, 它是从工程尺度的角度来看待问题的, 它把岩体看作是包含多组结构面的一种地质体, 然后关注的是哪一个裂隙会先张开, 哪一組节理会先发生滑移位移, 整体是如何产生失稳状态的。

我平时老是拿这个事儿跟学生做比喻, 岩石力学大概是像在研究一根钢筋, 这钢筋会有屈服还有断裂的情况, 而地质力学大概是像在研究一堵砖墙, 看看在侧向的力之下, 这堵砖墙会不会发生整体的倾覆。 当你真的去做深部开采里面的岩爆预测工作的时刻, 你必须同时运用这两套工具, 第一步得把围岩的弹塑性本构给弄清楚, 第二步再去判断到底是哪一组结构面会优先发生滑移, 这二者互为补充, 但是他们建立的建模思路是完全不一样的。

地质力学能解决啥问题

工程应用里头, 我最熟悉的有三类情况。地下工程围岩控制是第一个, 比如修地铁隧道、搞引水隧洞, 还有矿井巷道, 开挖的时候应力会重新分布, 围岩到底会不会掉块儿, 变形程度大不大, 这些东西都得靠地质力学分析方法来确定支护的参数。

我见过有学生把在现场测到的数据随便填一个产状, 就强行进行计算, 最后得出的安全系数和实际情况比起来, 差别非常大。如果数据来源不够坚实可靠, 哪怕使用的模型再先进、再高级, 也起不到实际作用, 完全是白费心思。

读完这本概论流动人口服务中心，别指望背下每个公式。把"岩体等于岩石加结构面"这个基本图式刻进脑子里地质力学概论，再配几道边坡稳定性计算和巷道支护设计的综合题练手，底层框架就立住了。细节慢慢补地质力学概论，逻辑得先通。