工程地質(zhì)力學(xué)及其應(yīng)用中的若干問(wèn)題

齊書(shū)林

摘要：在我國(guó)的工程建設(shè)中，工程地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)解決了很多方面的問(wèn)題。但是，工程地質(zhì)力學(xué)在應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)若干問(wèn)題的處理并沒(méi)有達(dá)到理想的效果，總體上的應(yīng)用還有待提升。地質(zhì)力學(xué)在實(shí)際工程建設(shè)中，不斷提高對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的解決能力，但還存在一些問(wèn)題亟待解決。本文基于對(duì)工程地質(zhì)力學(xué)及其應(yīng)用中的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討。

關(guān)鍵詞：工程；地質(zhì)力學(xué)；應(yīng)用；問(wèn)題

引言

工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)既是基礎(chǔ)學(xué)科，又是應(yīng)用學(xué)科，它幾乎與所有工科專(zhuān)業(yè)交叉，直接解決工科專(zhuān)業(yè)發(fā)展和工程實(shí)際中的力學(xué)難題?，F(xiàn)在的工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)，與時(shí)俱進(jìn)，多增加了使用大型工程力學(xué)分析軟件解決實(shí)際問(wèn)題以及利用計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行工程測(cè)試和分析的學(xué)習(xí)。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)工程地質(zhì)力學(xué)得到了快速的發(fā)展，并且一些相關(guān)行業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)工程地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用也給予了高度的重視。在工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用的過(guò)程中，所涉及到的內(nèi)容非常之多，例如：地質(zhì)考察、地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析等工作形式。那么，在工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用的過(guò)程中，就會(huì)出現(xiàn)很多的問(wèn)題，進(jìn)而影響工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)用的質(zhì)量。

1、工程地質(zhì)力學(xué)研究方法中存在的問(wèn)題

1.1 判斷地質(zhì)體問(wèn)題

有許多種類(lèi)的工程地質(zhì)力學(xué)的地下工程問(wèn)題都與地質(zhì)體有關(guān)。如地下隧道在施工項(xiàng)目中的交通問(wèn)題，以及地下采空區(qū)的開(kāi)采，這些都是巖石、水和硬度等特性，而地質(zhì)體也影響著整個(gè)工程建設(shè)的投資和效果。在工程地質(zhì)力學(xué)的地下工程的主要問(wèn)題是由于卸載高地應(yīng)力條件下地質(zhì)體的破壞。而工程地質(zhì)力學(xué)的地面工程，就是在地面上所進(jìn)行的各種基礎(chǔ)建設(shè)以及為滿足工程需要而對(duì)自然邊坡進(jìn)行的改造。例如在公路和航道兩側(cè)的邊坡，在這些地面工程建設(shè)的過(guò)程中，也都會(huì)引起滑坡和泥石流等自然災(zāi)害的發(fā)生。工程地質(zhì)力學(xué)的地面工程所面臨的問(wèn)題大部分都是在重力和水力等自然力的作用下，所導(dǎo)致的地質(zhì)體破壞。

工程建設(shè)前應(yīng)勘測(cè)地質(zhì)體，之前應(yīng)對(duì)地質(zhì)體穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，對(duì)于工程建設(shè)質(zhì)量具有決定性作用。在實(shí)際建設(shè)中最重要的是應(yīng)采取避讓原則，將危險(xiǎn)、不穩(wěn)定地質(zhì)體避開(kāi)，使風(fēng)險(xiǎn)降低，但將地質(zhì)體穩(wěn)定性的判斷還是依靠地質(zhì)工程師經(jīng)驗(yàn)，如基于剛體極限平衡條分法對(duì)滑面參數(shù)敏感性的邊坡穩(wěn)定性判斷方法容易造成不安全性和風(fēng)險(xiǎn)，另外，在科研工作中計(jì)算有限元、悠閑差分等，確定分析研究方法可靠后，還需要很多大量工作。

1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)及分析方法

判斷地質(zhì)體穩(wěn)定性只是工程建設(shè)中的一部分工作，還應(yīng)研究山體變形、工程結(jié)構(gòu)等相關(guān)內(nèi)容，由于工程建設(shè)地點(diǎn)在部分情況下不能選擇或不符合避讓原則，應(yīng)研究地質(zhì)變形，相對(duì)于工程結(jié)構(gòu)變形而言，地質(zhì)體可以存在較大的變形，研究工程結(jié)構(gòu)與地質(zhì)體之間的相互作用。為提高工程設(shè)計(jì)合理性及不斷優(yōu)化，應(yīng)研究勘測(cè)地質(zhì)體初始狀態(tài)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)及地應(yīng)力場(chǎng)地分布等方面的內(nèi)容。在地下工程中目前巖體分類(lèi)技術(shù)較常用，但在分類(lèi)技術(shù)方面還存在如分類(lèi)技術(shù)合理性依據(jù)不夠清晰等有待于深入探索的問(wèn)題。

2、工程地質(zhì)力學(xué)及其應(yīng)用中的若干問(wèn)題

我國(guó)工程地質(zhì)力學(xué)中目前主要面臨地下工程的地質(zhì)力學(xué)和地面工程地質(zhì)力學(xué)兩類(lèi)問(wèn)題，在地下工程的地質(zhì)力學(xué)問(wèn)題方面，地下工程主要有交通與水電工程中的地下隧道、開(kāi)采地下礦藏采空區(qū)等很多，與地質(zhì)體特性具有比較密切的關(guān)系，巖石堅(jiān)硬度、透水性等在地質(zhì)體中對(duì)于工程建設(shè)造價(jià)及工程建設(shè)質(zhì)量都具有一定影響，這類(lèi)問(wèn)題主要指在高地應(yīng)力環(huán)境下地質(zhì)體卸荷后產(chǎn)生變形與破壞。地面工程主要是地面進(jìn)行航道、鐵路公路邊坡等大型基礎(chǔ)建設(shè)，容易造成滑坡、泥石流等災(zāi)害，近年來(lái)很多災(zāi)害事件都是因邊坡工程而產(chǎn)生，這類(lèi)問(wèn)題主要是指地質(zhì)體在重力、水等自然力作用下受到的破壞。

由于工程地質(zhì)力學(xué)所研究的對(duì)象主要是應(yīng)用型，并且還需要對(duì)建設(shè)地點(diǎn)和地質(zhì)條件的勘測(cè)和測(cè)量，同時(shí)還需要研究地質(zhì)體的一系列問(wèn)題，從而對(duì)工程中的一些問(wèn)題進(jìn)行解決。在工程地質(zhì)力學(xué)中，所面臨的共性問(wèn)題主要包括以下幾方面。

2.1本構(gòu)關(guān)系

在實(shí)際生活中，最常見(jiàn)的就是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，它的主要材料都是由離散顆粒所組成的，用來(lái)描述結(jié)果得失一個(gè)有限的方程。在工程實(shí)踐中，它通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單的處理方法的應(yīng)用，為力學(xué)解決了很多問(wèn)題，同時(shí)也為力學(xué)領(lǐng)域做出了龐大的貢獻(xiàn)。相對(duì)而言，工程地質(zhì)力學(xué)在應(yīng)用過(guò)程中，能夠通過(guò)多種方法來(lái)表達(dá)，其得到的效果也是不同的。連續(xù)地質(zhì)力學(xué)是工程地質(zhì)力學(xué)的代表研究?jī)?nèi)容，其研究的內(nèi)容和服務(wù)范圍都比較大。簡(jiǎn)單來(lái)講，連續(xù)地質(zhì)力學(xué)主要是對(duì)應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變率、速度梯度等方面聯(lián)系的研究。無(wú)論是地質(zhì)問(wèn)題，還是力學(xué)問(wèn)題，都能夠簡(jiǎn)化成連續(xù)性的內(nèi)容，以此來(lái)更好的開(kāi)展研究。通過(guò)應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，與介質(zhì)非連續(xù)性相互對(duì)比后，其差異非常鮮明。

2.2初始狀態(tài)

在地質(zhì)體的各種狀態(tài)當(dāng)中，初始狀態(tài)并不是固定的，它是一種相對(duì)而言的狀態(tài)。從客觀的角度來(lái)分析，地質(zhì)體初始狀態(tài)，主要是以地質(zhì)體演變的過(guò)程作為基礎(chǔ)來(lái)開(kāi)展的，這樣一來(lái)就能夠?yàn)閱?wèn)題的解決的實(shí)施，提供較多的幫助。在地質(zhì)體的狀態(tài)下，初始狀態(tài)是相對(duì)的。地質(zhì)體的初始狀態(tài)是以地質(zhì)體演化過(guò)程為基礎(chǔ)的。例如，在邊坡開(kāi)挖中，邊坡的初始狀態(tài)是開(kāi)挖狀態(tài)。因此，研究和分析地質(zhì)體和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的演化是一個(gè)非常重要的過(guò)程。在實(shí)際地質(zhì)工程中，可以認(rèn)為地質(zhì)體初始狀態(tài)的應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造等特征對(duì)地質(zhì)工程十分重要。就現(xiàn)階段的工作而言，通過(guò)開(kāi)展初始狀態(tài)的調(diào)查，能夠?qū)Φ刭|(zhì)體初始狀態(tài)進(jìn)行總結(jié)和分析，包括應(yīng)力、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、其他特性等等，這些對(duì)于地質(zhì)工程而言，是非常重要的，以此能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的提升。

2.3地質(zhì)體的演化過(guò)程

利用工程地質(zhì)力學(xué)，開(kāi)展地質(zhì)體的演化過(guò)程研究，能夠了解目前所面對(duì)的自然災(zāi)害、演變形式、未來(lái)的發(fā)展方向等等。在地質(zhì)體當(dāng)中，存在較多類(lèi)型的結(jié)構(gòu)面，這些結(jié)構(gòu)面，可以從不同的角度，對(duì)應(yīng)力的作用產(chǎn)生較大的影響。在地質(zhì)體中，有很多的結(jié)構(gòu)面存在，并且這些結(jié)構(gòu)面還從不同角度影響著應(yīng)力的作用，因此只有正確合理的建立一個(gè)力學(xué)模型，才能將應(yīng)力作用體現(xiàn)得更為準(zhǔn)確。在對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地質(zhì)體進(jìn)行研究時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)地質(zhì)體地破壞的過(guò)程是由局部向整體進(jìn)行演化的。所以研究人員就對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了大量的測(cè)量和研究，并設(shè)計(jì)了很多力學(xué)模型，但最終，由于知識(shí)的不夠完善，導(dǎo)致了結(jié)果也不夠理想化。為此，在地質(zhì)體的演化過(guò)程研究中，技術(shù)人員需要正確合理的建立力學(xué)模型，這樣才能更好的處理各種問(wèn)題，同時(shí)將應(yīng)力作用，表現(xiàn)的更加準(zhǔn)確，減少隱患的出現(xiàn)。地質(zhì)體的演化過(guò)程雖然緩慢，但卻是在不斷運(yùn)行的，每天都在演化，在達(dá)到階段的時(shí)候，就會(huì)形成具體的表現(xiàn)。需加強(qiáng)對(duì)局部的研究，才能夠更好的了解地質(zhì)體的演變方式和演變方向，以此來(lái)獲得更多的參考資料，為我國(guó)的工程建設(shè)和社會(huì)建設(shè)、自然環(huán)境保護(hù)，提供較多的幫助。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，工程地質(zhì)力學(xué)的發(fā)展，依賴(lài)于對(duì)地質(zhì)、力學(xué)、工程研究的深入，由此創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是非常理想的。工程地質(zhì)力學(xué)及其應(yīng)用問(wèn)題只有從根本上進(jìn)行解決，才能使地質(zhì)工程建設(shè)水平整體提高，對(duì)于我國(guó)工程地質(zhì)力學(xué)發(fā)展也具有一定的促進(jìn)作用。在今后的工作中，我們應(yīng)加強(qiáng)工程地質(zhì)力學(xué)及其若干問(wèn)題的研究廣度和深度，從多方面創(chuàng)造較多的科研成果，并將成果付諸實(shí)際應(yīng)用。

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（作者單位：遼寧省冶金地質(zhì)四〇二隊(duì)有限責(zé)任公司）