岩體的力學分析

 

　　對岩體在受力條件改變時產生的變形和破壞的發展狀況進行預測性估算，是工程建築物穩定性研究的重要內容之一。在岩體上或岩體中建築各種工程時,岩體(見岩石和岩體)實際上是工程結構的一部分或全部。 工程建築物的穩定性不僅取決於人工建築物與外力相互作用的特點，而且也控制於岩體在受力狀況改變時所產生的變形和破壞狀況。有時岩體產生局部破壞並不導致工程建築物失穩，有時岩體變形過大或產生不均勻變形而導致工程失穩。岩體的力學分析不僅要分析岩體破壞狀況，而且要分析岩體變形狀況，才能獲得正確的結果。
　　工作程序 　岩體力學分析應在地質研究基礎上，考慮工程作用特點及岩體改造方案，按照合理的工程程序，鑒別岩體力學介質，提出岩體力學模型，採用相應的理論和方法組織岩體力學研究，進行岩體力學分析。工作程序如圖。它表明，岩體力學分析不是簡單的數學力學分析，而是工程地質與工程建築物相結合的綜合性工作。

　　力學模型 　岩體由於其組成成分、岩體結構及環境條件的複雜性，按應力傳播和變形規律，從岩體的力學作用角度出發，可將岩體劃分為五種力學模型。即①完整岩體。完整結構岩體和高地應力（見岩體中應力）作用下的碎裂結構岩體。在受力條件改變時不論應力傳播或變形發展都呈連續或似連續變化，其力學作用可用連續介質岩體力學理論分析。②碎裂岩體。在硬性結構面切割下岩體為碎塊組合體。其變形和破壞主要控制於硬性結構面發育狀況。這種岩體中應力傳播和變形發展是不連續的。其力學作用可用碎裂介質岩體力學理論分析。③塊裂岩體。在軟弱結構面切割下岩體成為若干大型塊體。其力學作用主要為被軟弱結構面切割的塊體沿軟弱結構面滑動。其變形和破壞可用塊裂介質岩體力學理論分析。④板裂岩體。層狀岩體中堅硬岩層在軟弱結構面或軟弱夾層分割下成為板狀，它的變形和破壞可用梁板結構力學理論分析。彎曲變形和潰屈破壞是這種岩體的基本力學作用。⑤鬆散岩體。具散體結構岩體，其變形和破壞可用土力學理論分析。
　　分析步驟 　①地質信息搜集。通過地質測繪、地質勘察搜集工程建築區的岩石、岩層組合、節理斷裂、褶皺等地質構造資料、地應力、地下水、地溫等環境因素資料。②抽象為地質模型。根據所得到的地質信息，按岩體結構抽象為代表性的、典型化的地質模型，即岩體結構模型。③轉化為岩體力學模型。根據地質模型，將岩體受力條件及力學性能轉化為一定力學作用機理的力學模型。④將岩體力學模型轉化為數學語言。根據力學模型、岩體變形本構規律、破壞判據及岩體力學性質資料,將岩體力學模型轉化為數學語言或數學力學方程,分析岩體變形和破壞狀況，提供分析工程穩定性的基礎性資料。
　　由於岩體結構、環境條件及岩體力學性質千變萬化，很難一次準確測得，岩體力學分析不可能一次完成。在施工中還要進一步考察岩體結構,組織岩體變形量測,進行岩體力學參數反分析，修改岩體力學模型，使岩體的力學分析儘可能符合實際。並修改原設計，以指導工程施工。
　　岩體的力學分析，除分析工程岩體整體變形特點外，更重要的是尋找岩體中可能導致工程破壞的薄弱環節，為設計岩體改造方案服務。