工程地質(zhì)力學(xué)及其應(yīng)用中的問題分析

趙太陽+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，在實際工程中，切實解決實際工程問題的能力得以提高，但是其中依舊存在著許多問題，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，本文主要對工程地質(zhì)力學(xué)及其應(yīng)用中的所存在的問題進行了詳細分析。

【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，對地質(zhì)體整體的強度起著控制作用。

（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)是隨機的。土、石兩種材料強度有兩個量級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)面上的強度與裂隙中水的壓力具有相同的量級。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題值得深入的研究和探索，但一般可通過室內(nèi)實驗進行精細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)體是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，從這個系統(tǒng)中取出任何一個局部都不能代表它整體的特性，即試樣不具有代表性。從另一個方面說，巖體的試樣離開了地質(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)是相對的，有時也可稱為“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)造運動的歷史有關(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)科真正能夠解決實際問題的關(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，而且這些特性對大多數(shù)的工程實際問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)過程更為復(fù)雜。

二、目前我國工程地質(zhì)力學(xué)所面臨的問題

（一）地下工程的地質(zhì)力學(xué)問題

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)體巖石的堅硬程度和透水性等都會對工程建設(shè)造價造成嚴重影響，甚至還會直接影響工程建設(shè)。地下工程面臨的地質(zhì)力學(xué)問題，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)問題

地面工程主要就是在地面所開展的大型基礎(chǔ)建設(shè)和邊坡工程等，航道、鐵路公路邊坡等，這些地面工程會導(dǎo)致大量災(zāi)害發(fā)生，尤其是滑坡和泥石流等。近年來，由于邊坡工程所引發(fā)的災(zāi)害事件屢見不鮮。地面工程面臨的地質(zhì)力學(xué)問題在自然環(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)的計算形式，并全面計算和了解地下工程的形態(tài)和結(jié)構(gòu)等各項內(nèi)容。從另一角度進行分析，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)探測點，這樣每個探測點之間可以有比較密切的聯(lián)系。另外，在實際的工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用過程中，工作人員合理利用一些比較簡單的處理方式方法，以此有效解決大量實際問題，為地下工程發(fā)展發(fā)揮著非常重要的作用。與此同時，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，對地下工程結(jié)構(gòu)和形態(tài)等方面做一個全面了解，并對其中的不均勻地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行探測、計算，以此能夠更加有效實現(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，工作人員應(yīng)該對影響地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測的相關(guān)因素，并對其地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化形式，進行全面分析，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，初始狀態(tài)是相對來說的。所以，在工程地質(zhì)力學(xué)實際應(yīng)用時，主要是針對斜坡和地下水文等方面做全面了解。與此同時，對地質(zhì)構(gòu)造的運行形式和演變過程做簡明扼要地闡述。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，對地面工程地質(zhì)狀態(tài)進行全面描述，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)用過程中，對地質(zhì)工程特性、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等各方面信息和數(shù)據(jù)，工作人員切實利用計算機形式，實時傳遞信息和數(shù)據(jù)，這樣一來，可以在很大程度上確保信息與數(shù)據(jù)及時傳遞到相關(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)用效果實現(xiàn)最佳狀態(tài)。

（三）地質(zhì)演化過程中的應(yīng)用形式

在工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用時，能夠有效地簡明扼要地分析和闡述地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化過程，并構(gòu)建一個完善的、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)展研究奠定堅實的基礎(chǔ)。但是，在不斷的深入探究過程中，因為相關(guān)內(nèi)容的不足，使得實際結(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，切實解決相關(guān)行業(yè)發(fā)展過程中所遇到的問題，從而推動相關(guān)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

四、結(jié)語

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。在新形勢下，工程地質(zhì)力學(xué)面臨著更好的機遇，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，以此推動工程地質(zhì)力學(xué)的健康可持續(xù)發(fā)展。

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