工程地質(zhì)力學(xué)及其應(yīng)用中的問(wèn)題分析

趙太陽(yáng)+彭偉剛+張超

內(nèi)蒙古地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司

【摘 要】伴隨著地質(zhì)力學(xué)的廣泛應(yīng)用，在實(shí)際工程中，切實(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力得以提高，但是其中依舊存在著許多問(wèn)題，亟待解決，且在很大程度上影響了工程的整體質(zhì)量。據(jù)此，本文主要對(duì)工程地質(zhì)力學(xué)及其應(yīng)用中的所存在的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析。

【關(guān)鍵詞】工程；地質(zhì)力學(xué)；應(yīng)用

一、地質(zhì)體的力學(xué)特性

地質(zhì)體是由賦存于一定地質(zhì)環(huán)境中并按照某種結(jié)構(gòu)排列的巖石、土和水組成的。它具有非連續(xù)、非均勻、流–固耦合以及未知“初始”狀態(tài)的特性。地質(zhì)體的這些特性充分體現(xiàn)了地質(zhì)體與傳統(tǒng)力學(xué)研究對(duì)象的區(qū)別。

（一）非連續(xù)性

地質(zhì)體中含有大量的斷層、裂隙、節(jié)理、軟弱夾層等，它們共同的特性是復(fù)雜而有序地分布在地質(zhì)體中，對(duì)地質(zhì)體整體的強(qiáng)度起著控制作用。

（二）非均勻性

通常賦存于古滑坡體、崩塌體中，表現(xiàn)為土石混合體，其中塊石和土的混合比例、分布、塊石的大小、形狀、空間姿態(tài)是隨機(jī)的。土、石兩種材料強(qiáng)度有兩個(gè)量級(jí)以上的差別以及土體的斷裂可以導(dǎo)致更為復(fù)雜的力學(xué)行為。

（三）流–固耦合特性

主要體現(xiàn)在地質(zhì)體結(jié)構(gòu)面上的強(qiáng)度與裂隙中水的壓力具有相同的量級(jí)。該特性不僅包括巖石或土作為材料的特性、裂隙滲流規(guī)律，更為重要的是體現(xiàn)了山體的整體力學(xué)特性。

地質(zhì)體的力學(xué)特性盡管在描述方法上仍然有很多問(wèn)題值得深入的研究和探索，但一般可通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行精細(xì)的分析并獲得形式多樣的本構(gòu)關(guān)系和一些特殊的規(guī)律。然而，地質(zhì)體是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，從這個(gè)系統(tǒng)中取出任何一個(gè)局部都不能代表它整體的特性，即試樣不具有代表性。從另一個(gè)方面說(shuō)，巖體的試樣離開(kāi)了地質(zhì)體就失去它作為母體中一部分的作用，甚至在有些情況下獲取試樣的過(guò)程中其特性就發(fā)生了改變。當(dāng)然，為研究地質(zhì)體的整體特征，充分地了解其局部特性是非常必要的，而更重要的是如何在此基礎(chǔ)上描述和探測(cè)出地質(zhì)體的整體特性。

地質(zhì)體未知“初始”狀態(tài)的特性可作為區(qū)別地質(zhì)體與巖土材料的要素之一。它包括未知的“初始”地應(yīng)力和未知的“初始”破壞程度，在這里，“初始”狀態(tài)是相對(duì)的，有時(shí)也可稱為“當(dāng)前”狀態(tài)，特指某一事件發(fā)生前的地質(zhì)體的狀態(tài)。地質(zhì)體的這一特性與地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的歷史有關(guān)，并且決定著地質(zhì)體的力學(xué)行為。按照力學(xué)的分析方法，不能定量化地給出初始的狀態(tài)就無(wú)法獲得定量化的結(jié)果。因此，探明地質(zhì)體的初始狀態(tài)，不僅是工程地質(zhì)力學(xué)的重要任務(wù)，也是使該學(xué)科真正能夠解決實(shí)際問(wèn)題的關(guān)鍵。

盡管地質(zhì)體還存在其他的特性，材料的各向異性特征、尺度效應(yīng)、非彈性、非線性特性等，這些特性主要與巖體結(jié)構(gòu)面的空間分布有關(guān)。并且，由于地質(zhì)體的時(shí)間效應(yīng)、溫度效應(yīng)、化學(xué)腐蝕特性是通常固體材料所共有的，而且這些特性對(duì)大多數(shù)的工程實(shí)際問(wèn)題的影響通常被地質(zhì)體的其他特性所掩蓋，因此，通常也可忽略。此外，冰川、凍土是與溫度有著密切關(guān)系的地質(zhì)體，特別是表層凍土隨著天氣的變化而有相變發(fā)生，其力學(xué)過(guò)程更為復(fù)雜。

二、目前我國(guó)工程地質(zhì)力學(xué)所面臨的問(wèn)題

（一）地下工程的地質(zhì)力學(xué)問(wèn)題

地下工程非常多，主要包括交通建設(shè)工程、水電工程的地下隧道、礦藏開(kāi)采的地下采空區(qū)等，這些地下工程與地質(zhì)體特性息息相關(guān)，地質(zhì)體巖石的堅(jiān)硬程度和透水性等都會(huì)對(duì)工程建設(shè)造價(jià)造成嚴(yán)重影響，甚至還會(huì)直接影響工程建設(shè)。地下工程面臨的地質(zhì)力學(xué)問(wèn)題，主要就是在高地應(yīng)力環(huán)境下，地質(zhì)體卸荷之后，發(fā)生嚴(yán)重變形，以及結(jié)構(gòu)面變化。

（二）地面工程的地質(zhì)力學(xué)問(wèn)題

地面工程主要就是在地面所開(kāi)展的大型基礎(chǔ)建設(shè)和邊坡工程等，航道、鐵路公路邊坡等，這些地面工程會(huì)導(dǎo)致大量災(zāi)害發(fā)生，尤其是滑坡和泥石流等。近年來(lái)，由于邊坡工程所引發(fā)的災(zāi)害事件屢見(jiàn)不鮮。地面工程面臨的地質(zhì)力學(xué)問(wèn)題在自然環(huán)境自然力作用下，即重力作用和水作用等，地質(zhì)體被破壞。

三、工程地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用形式分析

（一）地下工程中的應(yīng)用形式

地下工程是一種常見(jiàn)的應(yīng)用形式，最常用的方式是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的性質(zhì)，合理利用離散顆粒的形式，并利用與之相適應(yīng)的計(jì)算形式，并全面計(jì)算和了解地下工程的形態(tài)和結(jié)構(gòu)等各項(xiàng)內(nèi)容。從另一角度進(jìn)行分析，連續(xù)介質(zhì)力學(xué)主要利用的是應(yīng)變、應(yīng)力和應(yīng)變率等，構(gòu)建各地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)點(diǎn)，這樣每個(gè)探測(cè)點(diǎn)之間可以有比較密切的聯(lián)系。另外，在實(shí)際的工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用過(guò)程中，工作人員合理利用一些比較簡(jiǎn)單的處理方式方法，以此有效解決大量實(shí)際問(wèn)題，為地下工程發(fā)展發(fā)揮著非常重要的作用。與此同時(shí)，想要有效提升工程地質(zhì)力學(xué)在地下工程應(yīng)用的效率和質(zhì)量，主要從以下兩方面入手。

1、利用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)形式，對(duì)地下工程結(jié)構(gòu)和形態(tài)等方面做一個(gè)全面了解，并對(duì)其中的不均勻地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)、計(jì)算，以此能夠更加有效實(shí)現(xiàn)工程地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)變能力。

2、在工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用時(shí)，工作人員應(yīng)該對(duì)影響地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)的相關(guān)因素，并對(duì)其地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化形式，進(jìn)行全面分析，以此能夠有效提升工程地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用形式，對(duì)相關(guān)行業(yè)提供更多重要參考信息。

（二）地面工程中的應(yīng)用形式

工程地質(zhì)力學(xué)在地面工程應(yīng)用時(shí)，初始狀態(tài)是相對(duì)來(lái)說(shuō)的。所以，在工程地質(zhì)力學(xué)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，主要是針對(duì)斜坡和地下水文等方面做全面了解。與此同時(shí)，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的運(yùn)行形式和演變過(guò)程做簡(jiǎn)明扼要地闡述。由此可知，工程地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用形式非常重要。但在工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用過(guò)程中，地質(zhì)構(gòu)造中的初始狀態(tài)，經(jīng)常是已經(jīng)被破壞的狀態(tài)，其特性在整個(gè)應(yīng)用中，占據(jù)著非常重要的地位。但是，在工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用時(shí)，對(duì)地面工程地質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行全面描述，其也是工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用中的重要內(nèi)容。此外，在工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)地質(zhì)工程特性、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等各方面信息和數(shù)據(jù)，工作人員切實(shí)利用計(jì)算機(jī)形式，實(shí)時(shí)傳遞信息和數(shù)據(jù)，這樣一來(lái)，可以在很大程度上確保信息與數(shù)據(jù)及時(shí)傳遞到相關(guān)企業(yè)中，從而為地面工程建設(shè)與發(fā)展，提供更加重要的參考信息和數(shù)據(jù)，把工程地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用效果實(shí)現(xiàn)最佳狀態(tài)。

（三）地質(zhì)演化過(guò)程中的應(yīng)用形式

在工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用時(shí)，能夠有效地簡(jiǎn)明扼要地分析和闡述地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化過(guò)程，并構(gòu)建一個(gè)完善的、科學(xué)合理的力學(xué)模型，以此提高工程地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用效率和質(zhì)量，并為后續(xù)發(fā)展研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，在不斷的深入探究過(guò)程中，因?yàn)橄嚓P(guān)內(nèi)容的不足，使得實(shí)際結(jié)果與理想結(jié)果之間存在較大差異。所以，仍舊需要根據(jù)專業(yè)人員的積極努力，以此提高工程地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用質(zhì)量，切實(shí)解決相關(guān)行業(yè)發(fā)展過(guò)程中所遇到的問(wèn)題，從而推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，工程地質(zhì)力學(xué)提出了全新的研究方法，也在很大程度上為新工程地質(zhì)力學(xué)方法提出了全新的要求。在新形勢(shì)下，工程地質(zhì)力學(xué)面臨著更好的機(jī)遇，以及更多的新挑戰(zhàn)。只有從根本上解決工程地質(zhì)力學(xué)及其應(yīng)用問(wèn)題，才可以從根本上提高地質(zhì)工程施工效率和水平，以此推動(dòng)工程地質(zhì)力學(xué)的健康可持續(xù)發(fā)展。

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