巖土力學(xué)參數(shù)影響因素的分析

趙玉

摘 要：隨著土木工程的發(fā)展，巖土力學(xué)參數(shù)顯得越來越重要。由于多重因素的影響，準確測定巖土力學(xué)參數(shù)并不是一項輕松的工作。因此，分析主要因素及其產(chǎn)生的影響，對于準確測定和正確選取巖土力學(xué)參數(shù)至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：土木工程；巖土；力學(xué)參數(shù)；工程性質(zhì)

中圖分類號：TU452 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.019

巖土力學(xué)參數(shù)分為巖石力學(xué)參數(shù)和土的力學(xué)參數(shù)兩部分。具體來說，巖石力學(xué)參數(shù)主要有巖石的彈性模量、泊松比、體積模量、剪切模量、抗力系數(shù)和抗剪強度等；土的力學(xué)參數(shù)則分為土的彈性模量、泊松比、體積彈性模量、剪切模量、基床系數(shù)和抗剪強度等。

1 巖土自身因素產(chǎn)生的影響

巖質(zhì)和土質(zhì)是影響巖土力學(xué)參數(shù)的首要因素。比如沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖，它們的力學(xué)參數(shù)是不同的，沉積巖的力學(xué)參數(shù)取決于沉積環(huán)境，巖漿巖的力學(xué)參數(shù)與生成條件有關(guān)，變質(zhì)巖的力學(xué)參數(shù)則決定于變質(zhì)程度。另外，不同的土類，其力學(xué)參數(shù)的差別也是很大的，比如，密實砂、硬黏土的力學(xué)參數(shù)很大，軟黏土則較小。在長期的工程實踐中，在提高巖土力學(xué)參數(shù)方面，我國勞動人民積累了豐富的經(jīng)驗。比如，將黏土和砂土按照一定的比例混合，將水泥土、灰土按照一定的比例混合，對土體進行壓實，這些措施都能很好地提高巖土的力學(xué)參數(shù)，以便更好地滿足實際工程的需要。

巖土的礦物成分和土的粒徑級配也是重要的影響因素。巖土因其礦物成分不同，顆粒、塊體的硬度也會有所不同，從而它們的水理性、化學(xué)穩(wěn)定性、抗風化的能力也不同，因此，它們的強度和變形特性有所不同。比如角礫巖，它的塊體很堅硬，顆粒之間咬合作用很強，相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)就較大。對于土來說，礦物成分、粒徑級配以及顆粒形狀的差異，都會導(dǎo)致它的密實度不同，因此，其工程性質(zhì)、強度和變形性質(zhì)也不同。

巖土自身的風化情況也是重要的影響因素。這里涉及到的風化包括物理風化、化學(xué)風化和生物風化三種類型。巖土因其風化程度不同，力學(xué)參數(shù)也不同——隨著風化程度的不斷加強，其力學(xué)參數(shù)呈下降趨勢。風化不僅僅會改變巖土的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，而且也會改變巖土的工程力學(xué)性質(zhì)，從而影響了巖土的力學(xué)參數(shù)。

2 結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、含水情況產(chǎn)生的影響

巖土結(jié)構(gòu)是針對微觀情況而言的，比如晶格，結(jié)晶，顆粒的形狀、大小及排列，都屬于微觀層面的內(nèi)容。

巖土構(gòu)造是針對宏觀方面來說的，主要是指各組成部分之間的組合、排列、分布、外貌特征和接觸面情況。

巖土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不同，它們的力學(xué)反應(yīng)，強度及變形特征，物理、化學(xué)特征，水理反應(yīng)也有區(qū)別。在工程實踐中，可以運用物理、化學(xué)手段改變巖土結(jié)構(gòu)和構(gòu)造情況，從而改善其工程性質(zhì)。

水的存在和水的運動情況會對巖土性質(zhì)產(chǎn)生影響，進而影響到它的力學(xué)參數(shù)。巖土是否含水、是否飽和、其中是否有水的運動都至關(guān)重要。水會影響到巖土的重度、滲流壓力、飽和度、孔隙水壓力、潛蝕、流砂、結(jié)構(gòu)面的潤滑、巖石軟化及風化、水土流失等指標，從而影響到巖土的工程性質(zhì)和力學(xué)參數(shù)。

3 人類活動、測試方法產(chǎn)生的影響

人是工程實踐中最活躍的因素，人類的存在及其工程活動無疑是影響巖土力學(xué)參數(shù)的重要因素。人類工程活動的影響大致包含了對巖土的加固和破壞兩部分。對巖土體進行爆破、開挖，在巖土體上面修建工程，在陡坡上墾殖和放牧，開墾荒山進行造田活動，整治邊坡，所有這些活動都在一定程度上改變了巖土地貌和巖土的工程力學(xué)性質(zhì)，在不同程度上影響了巖土的力學(xué)參數(shù)。

在巖土試驗中，由于試驗方法的不同、儀器設(shè)備的差別、測試人員技術(shù)水平和素質(zhì)的參差不齊，往往導(dǎo)致測試結(jié)果上的差異。不同的測試方法常常依據(jù)不同的原理采用不同的儀器，因而其測試結(jié)果也具有一定的針對性和局限性。另外，不同種類的儀器設(shè)備的敏感程度和反應(yīng)過程也不同，它們適用的條件也各異，這些同樣影響到了參數(shù)的測定結(jié)果。為了提高測試結(jié)果的合理性，提高測試人員嚴謹認真、一絲不茍、認真負責的基本品質(zhì)就顯得異常重要。

4 其他方面的重要影響

影響巖土力學(xué)參數(shù)的因素很多，除了上述主要因素，還有很多其他方面的因素。常見的因素還有地應(yīng)力情況，構(gòu)造運動情況，巖土的節(jié)理、裂隙展布、方位及填充情況，經(jīng)驗公式等。

地應(yīng)力和構(gòu)造運動是指巖土的生成環(huán)境、應(yīng)力歷史、自然歷史的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力水平、新舊構(gòu)造運動存在的序列及狀態(tài)、地應(yīng)力狀態(tài)的影響等。這方面屬于地質(zhì)力學(xué)問題。毫無疑問，巖土的應(yīng)力歷史會對巖土的工程力學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生影響。但是，地應(yīng)力情況和新構(gòu)造運動還會在巖土體中產(chǎn)生褶皺、斷層、裂隙和節(jié)理，從而更直接地影響當前的力學(xué)反應(yīng)，最終影響到巖土的力學(xué)參數(shù)。

巖土體中存在很多層理、斷裂構(gòu)造、節(jié)理、接觸面和裂隙，這些屬于巖土的整體性、完整性問題。其中，有些是張性的，而且有一定的寬度，這些叫作“裂縫”；有些存在泥質(zhì)或石質(zhì)充填，有些存在水的活動。所有這些都是不連續(xù)的介質(zhì)，同時表現(xiàn)出各向異性。這些與材料力學(xué)連續(xù)性假定有很大的不同，因此，其力學(xué)反應(yīng)和力學(xué)參數(shù)差異特別大。此外，作用力方向和裂隙展布情況也會影響到力學(xué)參數(shù)。作用力方向是平行、垂直于結(jié)構(gòu)面，還是傾斜于結(jié)構(gòu)面等情況的不同也會導(dǎo)致力學(xué)參數(shù)的差異。

最后一個重要的影響因素就是我們通常使用的經(jīng)驗公式。經(jīng)驗公式是長期統(tǒng)計的產(chǎn)物，在為工程實際提供極大方便的同時，也給人們帶來了一定的困惑。行業(yè)不同，時代不同，工作環(huán)境不同，采用的經(jīng)驗公式也有所不同。

5 結(jié)束語

巖土力學(xué)參數(shù)在工程實踐中具有重要的作用，正確測定和選取適當?shù)膸r土力學(xué)參數(shù)，對于指導(dǎo)實際工程具有非常重要的作用。而影響巖土力學(xué)參數(shù)的因素是多種多樣的，每一種因素又會產(chǎn)生其特殊形式的影響。合理分析主要因素及其產(chǎn)生的特定影響，可以為巖土力學(xué)參數(shù)的測定和選擇提供有價值的科學(xué)指導(dǎo)。

參考文獻

[1]沈珠江.理論土力學(xué)[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

[2]廖紅建.巖土工程測試[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

（編輯：劉曉芳）

Abstract： With the development of civil engineering， the mechanical parameters of rock and soil are becoming more and more important. Due to the influence of multiple factors， accurate determination of the mechanical parameters of rock and soil is not an easy job. Therefore， it is very important to analyze the main factors and the influence of the parameters， which is very important for the accurate determination and selection of mechanical parameters of rock and soil.

Key words： civil engineering； rock and soil； mechanical parameters； engineering properties