工程地質(zhì)力學(xué)及其應用中的若干問(wèn)題

  1 引言

 

  地質(zhì)力學(xué)既是地質(zhì)學(xué)的一個(gè)分支也應當是力學(xué)的一個(gè)分支，涵蓋了與地質(zhì)體的演化、變形與破壞有關(guān)的大量?jì)热荨?a href="http://m.keyinmall.com/t/工程地質(zhì)力學(xué).html" >工程地質(zhì)力學(xué)著(zhù)重于研究與工程相關(guān)的地質(zhì)力學(xué)問(wèn)題。在這里，“工程”是指以工程為目的，研究工程尺度的問(wèn)題；“地質(zhì)”是指研究對象為地質(zhì)體；“力學(xué)”則代表學(xué)科性質(zhì)。作為地學(xué)、力學(xué)與工程科學(xué)相結合的交叉學(xué)科，工程地質(zhì)力學(xué)是以地學(xué)為基礎，以力學(xué)為手段，解決與工程相關(guān)的、涉及地質(zhì)體演化、變形與破壞的科學(xué)問(wèn)題。在李四光創(chuàng )立的地質(zhì)力學(xué)[1]的基礎上，谷德振[2]等率先開(kāi)展工程地質(zhì)力學(xué)的研究。之后，孫光忠[3]發(fā)表了專(zhuān)著(zhù)《巖體結構力學(xué)》，將巖體的結構進(jìn)行分類(lèi)，對不同種類(lèi)結構巖體并給出不同的力學(xué)分析方法；王仁[4]借助于有限元方法將彈塑性理論用于反演大地構造應力，成功地預測了未來(lái)地震危險地區，是力學(xué)和地學(xué)相結合取得重要成果的典型例證；王思敬[5]在工程巖體變形破壞機制研究的基礎上，發(fā)展了巖石工程穩定性分析原理和方法。

 

  近年來(lái)，隨著(zhù)我國實(shí)施西部開(kāi)發(fā)和大規模的基礎設施建設，越來(lái)越多的研究人員正在地學(xué)、力學(xué)和工程科學(xué)等領(lǐng)域從事地質(zhì)工程問(wèn)題的相關(guān)研究，并在世界范圍內形成了不可忽視的研究力量。已經(jīng)開(kāi)展的工作涉及巖石力學(xué)的集成分析[6]、多場(chǎng)耦合[7]、力學(xué)參數探測[8]、地應力變化[9]、損傷力學(xué)[10]和破損力學(xué)[11]、巖石動(dòng)力學(xué)[12]、深層巖石力學(xué)[13]等方面。然而，工程地質(zhì)力學(xué)的發(fā)展不僅面臨著(zhù)機遇，也面臨著(zhù)巨大的挑戰。許多超常規模的地質(zhì)工程建設中存在著(zhù)大量的經(jīng)典力學(xué)理論和方法難以解決的力學(xué)問(wèn)題[14，15]。為此，王思敬[16]在總結我國地質(zhì)力學(xué)的研究成果同時(shí)，也提出了未來(lái)巖石力學(xué)發(fā)展的任務(wù)。

 

  本文綜合前人的成果，針對我國地質(zhì)工程迫切需要解決的問(wèn)題，從力學(xué)的角度，首先分析了地質(zhì)體的特性，提出了工程地質(zhì)力學(xué)面臨的工程問(wèn)題和科學(xué)問(wèn)題，討論了工程地質(zhì)力學(xué)的研究方法以及與相關(guān)學(xué)科相結合的切入點(diǎn)，認為以地學(xué)為基礎、力學(xué)為手段、工程為目的的結合形式有利于工程地質(zhì)力學(xué)的發(fā)展。

 

  2 地質(zhì)體的主要力學(xué)特性

 

  地質(zhì)體是由賦存于一定地質(zhì)環(huán)境中并按照某種結構排列的巖石、土和水組成的。它具有非連續、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了地質(zhì)體與傳統力學(xué)研究對象的區別。

 

  非連續性：地質(zhì)體中含有大量的斷層、裂隙、節理、軟弱夾層(通稱(chēng)為結構面)等，它們共同的特性是復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(zhù)控制作用。

 

  非均勻性：通常賦存于古滑坡體、崩塌體中，表現為土石混合體，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(gè)量級以上的差別以及土體的斷裂可以導致更為復雜的力學(xué)行為。

 

  流–固耦合特性：主要體現在地質(zhì)體結構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、裂隙滲流規律，更為重要的是體現了山體的整體力學(xué)特性。

 

  地質(zhì)體的上述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)室內實(shí)驗進(jìn)行精細的分析并獲得形式多樣的本構關(guān)系和一些特殊的規律。然而，地質(zhì)體是一個(gè)復雜的系統，從這個(gè)系統中取出任何一個(gè)局部(巖體的試樣)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”地應力和未知的“初始”破壞程度(結構面的發(fā)育程度)，在這里，“初始”狀態(tài)是相對的，有時(shí)也可稱(chēng)為“當前”狀態(tài)，特指某一事件(開(kāi)挖、崩塌、降雨)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)構造運動(dòng)的歷史有關(guān)，并且決定著(zhù)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，如材料的各向異性特征、尺度效應、非彈性、非線(xiàn)性特性等，筆者認為這些特性主要與巖體結構面的空間分布有關(guān)。并且，由于地質(zhì)體的時(shí)間效應、溫度效應、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(zhù)密切關(guān)系的地質(zhì)體，特別是表層凍土隨著(zhù)天氣的變化而有相變發(fā)生，其力學(xué)過(guò)程更為復雜。

 

  3 工程地質(zhì)力學(xué)面臨的工程問(wèn)題

 

  地質(zhì)工程大致可歸為兩類(lèi)問(wèn)題：其一為地下工程，包括交通和水電工程中的隧道、地下廠(chǎng)房、地下核廢料庫以及地下礦藏開(kāi)采形成的采空區，地質(zhì)體中的軟巖、透水、活動(dòng)斷層等直接影響著(zhù)工程的成敗和工程建設的造價(jià)，主要的力學(xué)問(wèn)題是高地應力環(huán)境下卸荷后地質(zhì)體的變形和破壞；其二為地面工程，包括工程建設方面的大型基礎、航道、露天礦開(kāi)挖、鐵路公路的邊坡，引發(fā)的災害有滑坡、崩塌、泥石流。在我國當前由邊坡工程引發(fā)的災害極為嚴重，其主要的力學(xué)問(wèn)題是地質(zhì)體在重力、地震、水的作用等自然力作用下的破壞規律。工程建設主要包括選址、勘察、設計、施工、運營(yíng)幾個(gè)階段。

 

  在不同的工程階段，工程目的不同，所遇到的工程問(wèn)題的側重點(diǎn)也不同，然而，一般而言，地質(zhì)工程是一個(gè)系統工程，各個(gè)階段相互關(guān)聯(lián)，需要綜合考慮不同階段依賴(lài)于工程地質(zhì)力學(xué)解決的問(wèn)題。

 

  3.1 地質(zhì)體穩定性判斷及其安全預測

 

  在大型工程建設中，“避讓”是一條基本的并且是非常重要的原則，要避開(kāi)危險的區域首先要知道哪些區域是危險的。在獲得一定地質(zhì)資料之后，就要對山體的穩定性做出判斷。穩定性判斷的可靠性關(guān)系到工程建設的成敗，道理很簡(jiǎn)單，建筑在不穩定的基礎上的工程一定是失敗的；另一方面，如果本來(lái)穩定的地質(zhì)條件被誤判為不穩定的，無(wú)論是避讓還是采取工程措施都會(huì )造成不必要甚至是非常巨大的浪費。在我國的工程實(shí)踐中，解決該問(wèn)題主要是依賴(lài)于地質(zhì)工程師豐富的實(shí)踐經(jīng)驗進(jìn)行定性的判斷；以剛體極限平衡條分法為基礎的邊坡穩定性判斷方法對滑面上的參數很敏感，而確定這些參數更重要的依賴(lài)于經(jīng)驗；有個(gè)別工程也采用有限元、離散元、有限差分等計算，仍屬有探索或科研性工作。從目前來(lái)看，給出可靠的分析方法并為工程接受還需要進(jìn)行大量的工作。

 

  3.2 探測地質(zhì)體力學(xué)特性的方法

 

  選址是地質(zhì)專(zhuān)家的工作，他們根據地形地貌、地質(zhì)條件，借助于多年積累的豐富經(jīng)驗，判斷工程建設的可行性，初步確定工程建設的地點(diǎn)、線(xiàn)路、以及區域。在此基礎上進(jìn)行地質(zhì)勘察，其主要目的是了解地質(zhì)條件，進(jìn)一步確認工程建設的可行性,通過(guò)各種手段獲得地質(zhì)資料為工程設計提供設計依據。勘察獲得的資料越豐富，工程設計的可靠性也就越大。然而，在實(shí)際工程中，盡管地質(zhì)勘察的手段很多，受勘察手段、經(jīng)費的限制，獲得詳細的地質(zhì)資料是很困難的，工程設計往往是在較大范圍內以修改結果為基礎。如何用最小的代價(jià)獲得最豐富的地質(zhì)信息，是地質(zhì)工程中最為迫切和關(guān)鍵的問(wèn)題。

 

  作為力學(xué)研究不僅研究給定條件的結果，還要提出如何獲得地質(zhì)條件的方法。用波動(dòng)、滲流以及表面位移監測的方法探測地質(zhì)體的力學(xué)特性，從理論上要比直接鉆孔、開(kāi)挖更合理。事實(shí)上這些方法不破壞地質(zhì)體的原有結構，反映了某個(gè)區域而不是某個(gè)點(diǎn)的特性，探測成本也低。這些方法已經(jīng)在地質(zhì)勘察中發(fā)揮了一些作用，但還很不夠，完成這一任務(wù)需要更基礎的理論工作和計算技術(shù)，否則很難獲得突破。地質(zhì)雷達是探測地質(zhì)體特性的重要手段之一，受發(fā)射能量的限制，探測深度在土體中一般不超過(guò)30 m，包括電法都存在著(zhù)如何將探測結果轉化為力學(xué)參數的問(wèn)題。用力學(xué)的方法(特別是地震波法)探測力學(xué)參數，應該更為直接和有效。

 

  3.3 地質(zhì)工程防治的設計依據

 

  對于工程而言，僅僅做出山體的穩定性判斷還不夠，還需要研究山體的變形與工程結構的相互作用。例如，庫區蓄水引起的庫岸變形(整體并不失穩)照樣可能導致上部結構的破壞，這是比山體滑坡更為普遍的地質(zhì)災害；有些情況工程建設地點(diǎn)不可避讓和無(wú)法選擇，必須要研究地質(zhì)體的變形。由于地質(zhì)體通常允許的變形比工程結構所能夠容許的變形大很多，研究地質(zhì)體與工程結構的相互作用遠比判斷山體穩定性以及分析單純結構的變形復雜得多，不清楚地質(zhì)體的初始狀態(tài)、地質(zhì)體的地質(zhì)結構和地應力場(chǎng)的分布，試圖給出科學(xué)和合理的工程設計非常困難，而工程設計的優(yōu)化要求更高一些。對地下工程常用的工程設計基礎是巖體分類(lèi)技術(shù)[18]，邊坡工程還沒(méi)有這樣的分類(lèi)。深入分析這種技術(shù)的理論基礎，仍然有值得探索的地方：給出分類(lèi)技術(shù)合理性的依據目前還不完全清楚；尋求獲得地質(zhì)體的力學(xué)參數更為普遍的方法；論證這種巖體分類(lèi)適用于我國西部復雜的地質(zhì)環(huán)境以及滿(mǎn)足超常規模的地質(zhì)工程的可行性。一般說(shuō)來(lái)工程巖體分類(lèi)是粗曠性的，主要用于初步設計、工程概預算和招投標階段。

 

  它不能取代具體工程的力學(xué)計算和分析，特別對一些復雜、大型、重要的工程，巖體分類(lèi)還遠遠不夠。

 

  當地質(zhì)條件復雜和有更多的工程方案供選擇時(shí)工程設計應該具體問(wèn)題具體分析，為此需要提出科學(xué)的分析方法和建立完整、可靠的設計依據。

 

  3.4 預報地質(zhì)工程安全的方法

 

  主要涉及到已有的難以治理的工程，為避免和減少災害造成的損失，需要對災害的破壞程度做出預測，預報災害可能發(fā)生的時(shí)間。在靜態(tài)問(wèn)題沒(méi)有清晰的認識之前，考慮地質(zhì)體的時(shí)間效應很困難，但是，這是一個(gè)十分迫切的亟待解決的問(wèn)題，它不僅是一個(gè)預測、預報方法的理論問(wèn)題，同時(shí)涉及到如何進(jìn)行監測和如何分析測量結果。盡管如此，有一點(diǎn)可確定：地質(zhì)災害的發(fā)生是地質(zhì)體經(jīng)過(guò)長(cháng)期演化后在突發(fā)事件的作用下發(fā)生的。根據監測結果能夠了解和預測地質(zhì)體在觀(guān)測時(shí)間尺度內的演化過(guò)程，但是，災害發(fā)生的時(shí)間不只是與演化的時(shí)間有關(guān)，而是取決于突發(fā)事件的時(shí)間。由此可知，如果不能夠預報突發(fā)事件的時(shí)間，就不能預報災害發(fā)生的時(shí)間。例如，三峽新灘滑坡如果沒(méi)有對黃巖危巖體崩塌這一重要事件的預報，那么根據前兩年的監測數據預報滑坡發(fā)生的時(shí)間，就如同不知道東南亞何時(shí)、何地發(fā)生地震卻能夠預報印度尼西亞海岸哪一天發(fā)生海嘯一樣。地質(zhì)災害預測、預報脫離不了現場(chǎng)監測，在此基礎上能夠解決實(shí)際問(wèn)題的工作集中在對地質(zhì)災害的短期預報(臨發(fā)預報)和針對具體的地點(diǎn)給出發(fā)生災害的外界條件，即經(jīng)過(guò)研究能夠預測出在什么條件下會(huì )發(fā)生地質(zhì)災害。

 

  長(cháng)期以來(lái)，人們?yōu)榻鉀Q上述工程問(wèn)題積累了豐富的經(jīng)驗，也從不同的角度、深度探索科學(xué)的解決方法，提出了一些非常有意義的科學(xué)問(wèn)題，但還不盡人意，地質(zhì)災害仍然是防不勝防，這涉及到更深層次的科學(xué)問(wèn)題。

 

  4 工程地質(zhì)力學(xué)中的科學(xué)問(wèn)題

 

  應用科學(xué)研究的目標一方面能夠解決制約著(zhù)工程技術(shù)發(fā)展的科學(xué)問(wèn)題；另一方面是能夠引領(lǐng)新技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。工程地質(zhì)力學(xué)作為一門(mén)應用性科學(xué)，需要通過(guò)研究地質(zhì)體的變形和破壞規律這個(gè)共性的問(wèn)題，解決工程中的共性問(wèn)題，其主要包括：

 

  地質(zhì)體的本構關(guān)系、獲得未知的初始狀態(tài)以及描述地質(zhì)體由連續到非連續的演化過(guò)程。

 

  4.1 本構關(guān)系

 

  應當說(shuō)介質(zhì)的本質(zhì)是非連續的，連續介質(zhì)力學(xué)采用簡(jiǎn)化的處理方法為解決大量的力學(xué)問(wèn)題做出了巨大的貢獻。它將由離散顆粒構成的材料，用有限的方程來(lái)描述。也就是要建立應力–應變、應力–應變率、應力與速度梯度、力與位移等之間的聯(lián)系。連續介質(zhì)力學(xué)可得到很好的結果，廣泛地應用于工程實(shí)踐，主要有兩方面的原因：其一，大量的連續介質(zhì)力學(xué)研究的問(wèn)題中介質(zhì)通?？梢院?jiǎn)化為連續的，非連續特性的尺寸與研究區域的尺寸相差兩個(gè)甚至幾個(gè)量級以上；其二，介質(zhì)非連續的特性在實(shí)際問(wèn)題中一般不能表現出來(lái)或者說(shuō)可以避免這種表現出現。對于一般的材料，沒(méi)有必要研究缺陷帶來(lái)的影響。大部分金屬構件，人們?yōu)榱税踩鹨?jiàn)，只是利用它的線(xiàn)彈性部分，不考慮由于材料的缺陷帶來(lái)的非線(xiàn)性等因素就可以滿(mǎn)足實(shí)踐的要求。當然，隨著(zhù)材料科學(xué)研究不斷的深入，對力學(xué)研究的要求不斷提高，需要建立一些復雜的本構關(guān)系，進(jìn)而產(chǎn)生了一些新的研究理論和研究方法，比如非線(xiàn)性力學(xué)、應變梯度理論等。

 

  對地質(zhì)體問(wèn)題，結構面的尺寸與研究區域的尺寸有相同的或者接近的量級，不考慮結構面的影響，就不能從根本上解決問(wèn)題。描述地質(zhì)體的非連續特性的方法有兩種：一種是均勻化的方法，該方法建筑在根深蒂固的連續介質(zhì)理論之上，將介質(zhì)復雜的結構性用復雜的應力應變關(guān)系等效，不考慮結構面上的力學(xué)特性，而是將結構面的這種特性等效在連續介質(zhì)的應力應變關(guān)系之中，如損傷模型；另一種是直接考慮結構面的力學(xué)特性，將介質(zhì)的非連續幾何特征充分的概化，使得材料的本構關(guān)系非常簡(jiǎn)單，界面上滿(mǎn)足虎克定律和摩擦準則，非界面的區域內采用線(xiàn)彈性的關(guān)系，這種方法使得整個(gè)研究區域的結構變得復雜。一種形象比喻稱(chēng)前者為“復雜的本構、簡(jiǎn)單的結構”，這是較為傳統的方法，而后者為“復雜的結構、簡(jiǎn)單的本構”，正在為人們所接受。

 

  作者也希望在這方面進(jìn)行一些研究，同時(shí)，也認為這種思想更具有生命力。

 

  比較兩種方法可知，連續介質(zhì)力學(xué)的研究方法，是將地質(zhì)體復雜的結構的幾何問(wèn)題轉化為物理問(wèn)題，簡(jiǎn)單而言，就是將結構面的幾何分布轉化為本構關(guān)系。而非連續介質(zhì)的做法，是試圖直接考慮介質(zhì)的幾何結構。

 

  4.2 初始狀態(tài)

 

  地質(zhì)體當前的狀態(tài)是經(jīng)過(guò)地質(zhì)年代的長(cháng)期演化的結果，與地質(zhì)體形成演化過(guò)程密切相關(guān)。事實(shí)上，初始狀態(tài)是相對的，如邊坡開(kāi)挖工程，只需將開(kāi)挖以前斜坡的狀態(tài)作為初始狀態(tài)；而隧道工程，將隧道開(kāi)挖前的狀態(tài)作為初始狀態(tài)。當然，也有些問(wèn)題就很難界定什么是初始狀態(tài)，如山體滑坡問(wèn)題，通常有記錄的時(shí)間都是很短的，人們幾乎不能了解記錄之前變形了多少，最初的狀態(tài)只能根據地貌和地表特征等做出定性地判斷。

 

  搞清地質(zhì)體的形成演化過(guò)程是獲得地質(zhì)體初始狀態(tài)的基礎。例如，地質(zhì)體當前的構造和結構一般是經(jīng)歷了多期、次構造運動(dòng)留下的形跡，每次構造運動(dòng)的構造形跡不同，地質(zhì)體力學(xué)特性的差別就很大。如果了解了某一工程區構造運動(dòng)的演化史，就能夠深刻認識和理解該工程區的構造格局及其宏觀(guān)力學(xué)特性。主應力狀態(tài)是地質(zhì)體經(jīng)過(guò)若干次構造運動(dòng)后形成的，最近的一次構造運動(dòng)往往決定了當前的主應力狀態(tài)。因此，搞清楚了地質(zhì)體、構造運動(dòng)以及構造應力場(chǎng)的形成演化過(guò)程，對判斷和確定主應力方向非常重要。

 

  地質(zhì)學(xué)家通?？梢越o出地質(zhì)形成的年代、地質(zhì)體的建造和改造過(guò)程，這是力學(xué)家望塵莫及的。在此基礎上，地質(zhì)工程師就可以憑借豐富的經(jīng)驗對地質(zhì)體的穩定性做出基本的判斷；而對力學(xué)分析而言，不僅要知道不同特性的地質(zhì)體所在的區域、最大主應力方向，還需要定量地知道在不同區域內力學(xué)特性和最大主應力的具體數值，然后，才能夠借助力學(xué)分析給出工程上所需要的結果。由此可以清楚地發(fā)現地學(xué)、力學(xué)不同的工作特點(diǎn)以及在工程應用中所發(fā)揮的作用。地質(zhì)工作探明了地質(zhì)的成因和演化，需要進(jìn)行定量化的描述，進(jìn)一步借助于力學(xué)手段給出定量化的結果。力學(xué)工作依賴(lài)于地質(zhì)分析：

 

  將看起來(lái)相同的地質(zhì)體劃分為不同的類(lèi)別，確定了地質(zhì)勘查的對象、范圍。

 

  地學(xué)根據地質(zhì)分析向力學(xué)提供哪些基本的地質(zhì)特征，以及力學(xué)如何根據地學(xué)提供的定性分析獲得定量化描述的參數是地學(xué)和力學(xué)相結合的切入點(diǎn)，也是獲得地質(zhì)體初始狀態(tài)的基本途徑。

 

  工程實(shí)踐中，初始的地應力有很多的方法可以測量，當構造應力較大并且地層較均勻時(shí)，能夠得到一些可以利用的結果。但是，地質(zhì)體的不均勻和復雜的地質(zhì)構造致使地應力的分布本身就是不均勻的。通常測量傳感器的尺寸很小，所代表的范圍非常有限，測量時(shí)有些點(diǎn)測得的應力值很大，而由另一些點(diǎn)得到的值很小，甚至為0。上述現象較為普遍，為了獲得準確的地應力信息通常要設置較多的測點(diǎn)。應當說(shuō)，初始地應力狀態(tài)的不確定性是由于地質(zhì)構造的不確定性而決定的。

 

  初始的地質(zhì)構造表征著(zhù)地質(zhì)體經(jīng)受過(guò)破壞的特性。對于巖體，未知的初始狀態(tài)包含了未知結構面的形狀、方位、間距以及連通率；對土石混合體，包含了土石混合比、塊石的尺寸、形態(tài)、分布；滲流場(chǎng)是未知初始狀態(tài)的另一個(gè)重要的特征，在研究地質(zhì)災害時(shí)，這一因素起著(zhù)極其關(guān)鍵的作用，在巖體中，滲流場(chǎng)不再是均勻滲流，裂隙中水的流動(dòng)與巖塊中水的滲流速度相差幾個(gè)量級。因此，如果不能描述巖體的結構，巖體內部的滲流規律也很難得到。

 

  由此可知，無(wú)論是地質(zhì)體初始地應力的不確定性、地質(zhì)體結構和滲流場(chǎng)的復雜性，都可以歸結為地質(zhì)結構的幾何問(wèn)題。

 

  4.3 地質(zhì)體變形與破壞的演化過(guò)程

 

  描述巖體受到擾動(dòng)發(fā)生變形、破壞不能單純研究地質(zhì)體的結構，需要認識兩方面的問(wèn)題：其一，地質(zhì)體內部已經(jīng)有了很多的破壞面——結構面，這些結構面的存在影響著(zhù)應力場(chǎng)的分布，描述地質(zhì)體的復雜結構，并且能夠得到準確的地應力場(chǎng)需要建立合理的力學(xué)模型；其二，地質(zhì)體發(fā)生災變是逐步演化而來(lái)的，發(fā)生災變的關(guān)鍵并不是這些結構面的破壞，而是那些結構面以外，具有較高強度的巖塊(巖橋)的破壞。在應力場(chǎng)作用下巖橋破壞，地質(zhì)體內會(huì )形成新的結構面，并改變地質(zhì)體的整體特性，應力場(chǎng)重新分布，進(jìn)而誘發(fā)新的破壞。

 

  準確地給出地質(zhì)體內部的應力場(chǎng)、描述地質(zhì)體內部應力轉移的過(guò)程就是研究地質(zhì)體由局部破壞引發(fā)整體破壞的過(guò)程，也可認為是局部連續的區域演化為破壞面的過(guò)程?？陀^(guān)地描述這樣的力學(xué)過(guò)程比較困難，人們借助于不同的力學(xué)模型作了大量的工作，結果還是不理想。相關(guān)基礎理論或相應計算方法的不完善制約了力學(xué)在地質(zhì)工程中的應用。

 

  總之，筆者認為，研究地質(zhì)體的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題包括：提出合理的描述地質(zhì)體特性的力學(xué)模型、將力學(xué)和地學(xué)結合給出探測地質(zhì)體的初始狀態(tài)方法、研究定量地描述地質(zhì)體由局部破壞演化為整體破壞的過(guò)程的力學(xué)分析方法。

 

  5 工程地質(zhì)力學(xué)的研究方法

 

  5.1 上、下限解定理與解析解

 

  按照“復雜結構、簡(jiǎn)單本構”的思路，不同的山體其地質(zhì)體的結構性不同。不同的山體就如不同的建筑物，地質(zhì)體的結構與人造的建筑結構相比復雜得多，很難將一個(gè)工程的結果用于另一個(gè)工程，這就需要針對具體的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，很難從中總結出一個(gè)具有普遍意義的解析解。事實(shí)上，解析解真正能夠解決的問(wèn)題甚少，一些通過(guò)實(shí)驗整理出的經(jīng)驗公式所能應用的范圍也比較有限。

 

  在結構塑性極限分析中有兩個(gè)定理——上、下限定理。其中，上、下限是指使得系統破壞外加力的最大值和最小值。簡(jiǎn)而言之，當外加力超過(guò)系統允許的上限時(shí)系統一定會(huì )發(fā)生塑性破壞，并會(huì )發(fā)生整體的運動(dòng)；當外力小于系統允許的下限時(shí)，整個(gè)系統一定不會(huì )發(fā)生塑性破壞。定理還強調了用運動(dòng)學(xué)的方法可以確定材料的上限，用靜力學(xué)的方法可以確定下限，而上、下限定理本身并沒(méi)有給出具體的求解方法。如果對地質(zhì)體進(jìn)行極限分析，在滿(mǎn)足塑性極限分析的條件的基礎上，外加的力是不變的，通常的分析方法是通過(guò)降低巖體內部的材料強度來(lái)分析地質(zhì)體的破壞安全度。材料強度降低相當于外力增大，反之，則是外力減少。這樣，如果用材料的強度來(lái)說(shuō)明上、下限定理就是當介質(zhì)的強度低于系統允許的強度下限時(shí)，系統就會(huì )破壞，當介質(zhì)的強度高于系統允許強度的上限時(shí)，系統一定不會(huì )發(fā)生破壞。有必要說(shuō)明的是，上、下限的定理是普遍意義下的理論敘述，適用于各種給定的力學(xué)模型，但是，根據上、下限定理并不能鑒別力學(xué)模型是否客觀(guān)。舉例說(shuō)明，剛體極限平衡的條分法借助于上、下限定理，可給出一種山體的破壞狀態(tài)，該結果的合理性取決于地質(zhì)體可簡(jiǎn)化成為條分結構和沿滑面滑動(dòng)的假設。如果復雜的地質(zhì)體不滿(mǎn)足這種假設，所得到的結論也就不一定合理。

 

  研究含有復雜結構的地質(zhì)體，給出解析解通常是比較困難的，這方面的研究成果距離解決實(shí)際問(wèn)題還比較遠。隨著(zhù)計算方法逐漸成熟和計算技術(shù)的不斷提高，人們已經(jīng)不再期望通過(guò)解析解來(lái)解決實(shí)際工程問(wèn)題。

 

  5.2 室內實(shí)驗研究

 

  在解析解應用范圍非常有限的情況下，開(kāi)展室內實(shí)驗研究不失為一種探索地質(zhì)體力學(xué)特性的方法。室內實(shí)驗研究主要可分為模型實(shí)驗、模擬實(shí)驗和巖石力學(xué)性能的測量。模型實(shí)驗只能給出實(shí)驗尺寸條件下的結果，模擬實(shí)驗試圖給出相似條件下原型尺寸下的結果。

 

  5.2.1 模型實(shí)驗

 

  一般不考慮相似率，實(shí)驗結果只是用于模型的尺寸，用于觀(guān)察實(shí)驗現象和得到實(shí)驗尺度上的規律性。從實(shí)際應用的角度而言，模型實(shí)驗似乎沒(méi)有意義，也由于不滿(mǎn)足相似率經(jīng)常遭到非議。然而，如果將實(shí)驗的目的用于驗證數值模擬結果的可靠性，或者說(shuō)將實(shí)驗和數值模擬相結合，其研究意義就不同。模型實(shí)驗中，可以制造一些復雜的巖體結構，精確的測量、研究某些參數逐漸變化得到某種條件下“山體”變形和破壞的規律，然后用數值方法模擬該實(shí)驗，并將兩種方法得到的結果比較，驗證數值方法的正確性，最后通過(guò)數值模擬給出回答工程問(wèn)題的答案。數值模擬有時(shí)可以通過(guò)改變參數得到所需要的結果，得到與某個(gè)工程測量結果相接近也不困難，但是，如果幾個(gè)力學(xué)參數變化的規律都能夠做到實(shí)驗和數值模擬吻合或得到相同的規律，計算程序就比較可信。目前大量的計算軟件是基于連續介質(zhì)力學(xué)模型的，模擬巖體問(wèn)題受到很多限制，在用于模擬工程以前很有必要通過(guò)室內實(shí)驗驗證這些方法的可靠性。

 

  5.2.2 模擬實(shí)驗

 

  對地質(zhì)工程而言，主要的相似參數是幾何相似和重力相似參數。

 

  在幾何相似方面，由于山體的尺寸很大，幾何相似時(shí)，要求對實(shí)驗材料的制作有了很高的要求，如山體的尺寸為幾百米，考慮結構面的間距為米的量級；若幾米的模型實(shí)驗中結構面間距的尺寸要小于1 cm，就給模型制作增加了難度，如果要想考慮結構面的厚度，模型實(shí)驗真正實(shí)現起來(lái)并不容易。

 

  在重力相似方面，可寫(xiě)出重力產(chǎn)生的應力與強度的比(ρgh) /τ 這一量綱一的量，其中ρ 為密度、g為重力加速度、h 為巖體的特征尺寸，τ 為材料的強度。滿(mǎn)足相似率可以通過(guò)增加材料的密度和降低材料強度的方法，也可以用原材料做離心機實(shí)驗研究水的特性還需要分析滲流過(guò)程中的動(dòng)力相似問(wèn)題，將更加復雜。即使不考慮滿(mǎn)足幾何相似的制作困難、也不考慮相似材料的不相似性以及離心機實(shí)驗中除重力之外其他不相似的因素，仍然可以認為，如果期望模擬實(shí)驗能夠模擬實(shí)際工程問(wèn)題，給出實(shí)際工程真正需要的結論，必須很清楚地質(zhì)結構，而這是很困難的。事實(shí)上，模擬實(shí)驗最重要的模型的相似性，但是，在地質(zhì)體原型的結構還不知道的情況下，不可能做出具有相同結構實(shí)驗模型，不能做到結構的一致性，也就不能達到實(shí)驗模擬目的。更為明確地講，正是地質(zhì)體未知的“初始”狀態(tài)，降低了離心機實(shí)驗的使用價(jià)值。由此可知，無(wú)論模型實(shí)驗還是模擬實(shí)驗，室內實(shí)驗更重要的作用是為數值模擬提供驗證的依據和定性地觀(guān)察一些實(shí)驗現象。

 

  5.2.3 巖體力學(xué)性能測量

 

  巖體力學(xué)性能室內實(shí)驗主要是測量巖樣、土樣的力學(xué)性能，主要的工作是在材料實(shí)驗機上完成的，包括巖塊的本構關(guān)系、強度實(shí)驗以及結構面的強度實(shí)驗等。常規的實(shí)驗內容基本上還是借用金屬材料特性實(shí)驗的方法和儀器，針對巖土特性的實(shí)驗加入了峰后特性(post-peak failure)、結構面剪切、化學(xué)腐蝕以及流、固耦合方面的實(shí)驗儀器。需要指出的是，在已獲得應力應變關(guān)系為基礎的實(shí)驗中，一個(gè)最基本的假設是通過(guò)對試樣的測量得到巖體中一個(gè)點(diǎn)的力學(xué)特性。這樣，從有限體積試樣的實(shí)驗中得到本構關(guān)系和強度準則需要滿(mǎn)足一些基本的條件：材料是均勻的、外加荷載是均勻的。對于非均勻材料，當施加力的邊界是剛性邊界時(shí)，也就是給定位移邊界(邊界上各點(diǎn)的位移相等)，邊界上力的分布就是非均勻的。換言之，對土石混合體、含結構面巖體、以及有內部缺陷的巖塊如果用常規的材料實(shí)驗機進(jìn)行實(shí)驗，實(shí)驗給出的是已知邊界合力、未知應力分布條件下的結果。因此，當非均勻材料作常規實(shí)驗得到一些不規律的實(shí)驗結果并不奇怪(特別是試樣的強度離散度較大)，因為實(shí)驗中的所加的荷載本身就是不確定的。一種新型的材料試驗機即柔性邊界加載的材料試驗機試圖解決這一問(wèn)題。

 

  5.3 現場(chǎng)地質(zhì)調查與現場(chǎng)監測

 

  盡管在地質(zhì)體的研究過(guò)程中，人們經(jīng)常采用類(lèi)比的方法對山體的穩定性做出判斷，但是在工程實(shí)踐中，幾乎很難發(fā)現地質(zhì)條件相同的兩個(gè)山體，這也正是工程地質(zhì)力學(xué)研究的主要的難點(diǎn)之一。深入細致地進(jìn)行調查研究，了解和掌握地質(zhì)體的演化、分層特性、層內介質(zhì)的力學(xué)特性、地質(zhì)體的結構等對概化力學(xué)模型是非常重要的。這項工作是工程地質(zhì)力學(xué)的基礎工作，是建立力學(xué)模型的基本出發(fā)點(diǎn)，對工程地質(zhì)力學(xué)研究成果的可靠性起著(zhù)關(guān)鍵的作用。

 

  現場(chǎng)地質(zhì)調查、勘察和分析應當是地質(zhì)力學(xué)研究的一部分，除了上述為力學(xué)模型建立做準備的工作，還應當包括了力學(xué)分析方法作為地質(zhì)調查、勘察基本手段的內容。隨著(zhù)現代通訊技術(shù)和測量?jì)x器的發(fā)展，現場(chǎng)地質(zhì)測量的技術(shù)水平也相應有了大幅度提高。筆者認為，基于新的力學(xué)分析手段可以提出所需要的力學(xué)參數，為了定量地獲得這些參數就必須要在地質(zhì)調查過(guò)程中進(jìn)行現場(chǎng)的測量，而有些測量?jì)x器的開(kāi)發(fā)和測量結果的分析又需要力學(xué)的分析工具來(lái)實(shí)現。也就是說(shuō)，地質(zhì)調查是建立力學(xué)模型的基礎、現場(chǎng)測量為確定計算參數提供原始數據，力學(xué)分析是確定力學(xué)參數一種手段。

 

  地質(zhì)工程師的工作是在地質(zhì)調查的基礎上直接做出判斷并給出結論，而工程地質(zhì)力學(xué)是在此基礎上進(jìn)行測量，獲得定量的參數，建立力學(xué)模型，通過(guò)分析和計算才給出結論，這正是地學(xué)與工程地質(zhì)力學(xué)的主要差別之一。

 

  5.4 數值模擬

 

  隨著(zhù)數值模擬在其他力學(xué)分支學(xué)科扮演著(zhù)越來(lái)越重要的作用，人們也試圖將數值模擬發(fā)展為工程地質(zhì)力學(xué)研究中最主要的工具之一。然而，現有的數值方法在模擬復雜地質(zhì)體方面，還遠遠不能滿(mǎn)足工程的要求，所給出的結果也通常不盡人意。面對應用于工程地質(zhì)力學(xué)領(lǐng)域內的眾多數值方法，有必要考察其適用范圍，驗證其可靠性。為此，筆者建議從以下4 個(gè)方面對數值方法的可靠性進(jìn)行判斷：

 

  (1) 能夠定量地描述復雜的地質(zhì)環(huán)境；(2) 能夠模擬地質(zhì)體由變形到破壞的演化過(guò)程；(3) 能夠實(shí)現數值模擬結果與地質(zhì)體幾何結構及力學(xué)響應之間的信息互饋；(4) 計算結果和判斷方法能夠被工程師所接受。L. Jing[20]已經(jīng)對巖石力學(xué)中所涉及的數值方法作了較為全面和準確的論述，本文基于以上4 個(gè)方面簡(jiǎn)要地評述幾種主要數值方法的適用性。

 

  5.4.1 有限差分方法

 

  有限差分方法是一種最直接、最本能的求解偏微分方程的數值方法，特別適于處理涉及流變體，如流體動(dòng)力學(xué)、熱傳導等的工程問(wèn)題。但對于巖石材料而言，該方法在處理連續問(wèn)題方面，與有限元相比并不具有優(yōu)勢；在處理非連續問(wèn)題方面，由于可看作顯示離散元方法的基礎，也可被后者所取代。因此，有限差分方法與其他數值方法雜交，可更為有效地應用于流–固耦合問(wèn)題。

 

  5.4.2 有限元方法

 

  有限元方法建立在連續介質(zhì)力學(xué)模型的基礎之上，能夠很好地描述在均勻化假定下巖土的力學(xué)特性。近年來(lái)大量的研究工作致力于有限元方法的擴展算法，試圖模擬巖土材料的破壞過(guò)程。Goodman單元在前處理中，根據巖體結構面的幾何分布來(lái)劃分網(wǎng)格，可模擬已知結構面材料的失效過(guò)程。

 

  對于含有大量結構面的巖體，劃分單元的工作將十分繁重。最近，嵌入不連續的有限元方法得到較大的發(fā)展，該方法可在無(wú)需網(wǎng)格重劃分的前提下，將不連續表面或裂紋引入有限元中，也已經(jīng)應用于對不連續問(wèn)題的研究。此外，利用生死單元并借助處理塑性單元的技術(shù)在一定程度上也可模擬材料的拉伸破壞，由于該方法存在網(wǎng)格不客觀(guān)問(wèn)題，數值結果的意義主要還是在定性的方面，還需要從單元破壞的物理意義上開(kāi)展更深入的研究。

 

  5.4.3 離散元方法

 

  模擬巖體的離散元方法主要是塊體離散元(包括DDA)。該方法能夠方便地描述巖體中結構面的復雜分布模式，也可模擬材料變形和破壞過(guò)程，在結構面上所使用的剪切破壞準則類(lèi)似于常規的剛體極限平衡方法，可給出工程師習慣使用的安全系數。該方法的缺點(diǎn)主要是沒(méi)有嚴格的理論基礎，確定結構面的剛度依賴(lài)于經(jīng)驗；不能夠很好地描述地質(zhì)體中具有連續介質(zhì)特性的部分；對結構面事先給定的模型也不能模擬演化過(guò)程，可斷裂塊體的模型將塊體用連續模型描述還是擺脫不了連續模型的限制。當然，工程地質(zhì)力學(xué)模型本身已經(jīng)進(jìn)行大量的簡(jiǎn)化，這種靠經(jīng)驗確定結構面剛度的方式有時(shí)候不影響離散元在實(shí)際工程中的應用，因為與常規的剛體極限平衡方法相比，離散元方法考慮了更多的地質(zhì)因素。但是，應當明確各種模型下離散元界面剛度的物理意義[30](李世海，2004)還要對該方法的適用范圍有足夠的認識；基于連續介質(zhì)的離散元方法試圖給出結構面單元剛度的確定方法和分析地質(zhì)體由連續到非連續的演化過(guò)程。

 

  5.4.4 剛體極限平衡方法

 

  L. Jing的相關(guān)研究中，剛體極限平衡方法由于沒(méi)有被列為數值分析方法，未做討論。J. M.Duncan對該方法有較為全面的綜述，認為極限平衡方法比有限元方法更為保守，有限元計算地應力可以作為極限平衡方法的補充。筆者認為，剛體極限平衡方法盡管能夠為工程師提供容易理解的分析結果，但其固有的缺陷弱化了它的實(shí)用價(jià)值。該方法通過(guò)尋找滑面的方式描述地質(zhì)結構，提供一種破壞狀態(tài)，而無(wú)法描述變形及破壞的過(guò)程；條分和沿破壞面滑動(dòng)的假設，掩蓋了地質(zhì)體復雜特性對穩定性的作用，至于是偏保守還是偏危險(與離散元相比要偏危險)，取決于各種方法所建立的力學(xué)模型，不能一概而論；只是研究破壞狀態(tài)不能夠充分利用一些地質(zhì)勘查和測量的結果。但是，在目前情況下，要取代該方法，還需要進(jìn)行大量的工作。主要原因在于：其一，該方法在某些特定條件下仍然有其可取之處；其二，到目前為止，還沒(méi)有一種令人信服的方法能夠取代剛體極限平衡方法，人們仍習慣使用傳統方法；其三，一種新的方法能夠推廣應用，必須要通過(guò)大量的室內實(shí)驗和工程實(shí)踐證明其可靠性和實(shí)用性；其四，需要提高工程技術(shù)人員對計算技術(shù)和力學(xué)模型的認識水平，使他們真正地認識到傳統方法的固有缺陷。

 

  5.4.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )及遺傳算法

 

  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )及遺傳算法是一種經(jīng)驗方法，其可靠性基于在對大量工程數據積累。當所獲得的地質(zhì)體數據的準確性受到質(zhì)疑時(shí)，該方法提供的分析結果也就值得懷疑[35，36]。此外，如何抽取各種計算因子并確定它們的權重都是必須解決的問(wèn)題。事實(shí)上，這些問(wèn)題的真正解決仍然依賴(lài)于對地質(zhì)體定量化的描述。支持向量機[37]是一種進(jìn)行參數敏感性分析的計算工具，它將由參數變化產(chǎn)生的結果用函數的形式表示出來(lái)，可以通過(guò)對該函數的運算，判斷進(jìn)一步計算參數改變的方向，以求得節省計算工作量。

 

  當前一種將敏感度分析——支持向量積、確定性算法和遺傳算法相結合的方法，可以高效率地分析出各種參數對工程地質(zhì)力學(xué)響應的影響度，回答工程問(wèn)題。利用該方法，可將選取的影響因子與力學(xué)模型的基本參數對應起來(lái)，來(lái)補充修正力學(xué)模型。如果將支持向量機中的影響因子用量綱一的量表述，也可以減少計算的工作量并且使計算結果分析更具有物理意義。

 

  由于地質(zhì)體中各種力學(xué)參數的選取具有不確定性，給出確定性的穩定性結論和確定性的預報結果實(shí)際上是不可能的。因此，在研究地質(zhì)體的工程問(wèn)題時(shí)，需要采用概率統計方法來(lái)表征參數的不確定性。實(shí)現概率統計結果的可靠性仍然依賴(lài)于工程地質(zhì)力學(xué)中的兩個(gè)基本要素：其一，力學(xué)參數分布函數的可靠性，如現場(chǎng)地質(zhì)調查得到的巖體結構面間距的均值和方差是否準確可靠。這需要以地學(xué)為基礎；其二，計算方法的科學(xué)性。如果采用的計算方法過(guò)于簡(jiǎn)單，以至于不能反映研究問(wèn)題中復雜地質(zhì)體的基本(或主要)特征，則所得到的概率結果仍然不可靠。

 

  總之，發(fā)展地質(zhì)力學(xué)數值分析方法，要客觀(guān)描述地質(zhì)體的運動(dòng)規律，新方法所給出的結果應該采用傳統的表達方式，以便能夠為工程師接受并可與當前的規范相結合，從而逐步將其推廣使用。實(shí)現這一目標的關(guān)鍵還是要通過(guò)模擬大量的實(shí)驗和工程驗證方法的可靠性。

 

  6 地學(xué)、力學(xué)與工程結合的問(wèn)題

 

  長(cháng)期以來(lái)，我國的科學(xué)家就非常注重地學(xué)與力學(xué)的結合，并強調以工程建設為目的。然而，影響這種結合的主要因素包括力學(xué)基本理論的發(fā)展、測量和勘查技術(shù)以及大型工程建設的需求。在力學(xué)的研究工具不足以模擬復雜的地質(zhì)結構時(shí)，那些簡(jiǎn)單模型下給出的結論很難滿(mǎn)足工程的要求。數值計算結果的計算參數來(lái)自于經(jīng)驗的估計，計算給出的結果就只能是供參考，超出不了工程師的經(jīng)驗判斷；如何擺脫這種局面，需要地學(xué)和力學(xué)的相互滲透并將研究目標著(zhù)眼于解決工程的實(shí)際問(wèn)題。

 

  6.1 力學(xué)研究成果應用面臨的困難

 

  (1) 不了解地質(zhì)演化的基本規律，不能準確地將地質(zhì)演化過(guò)程中特殊的構造融入到計算模型中。

 

  而這些特殊的構造是地質(zhì)工程師經(jīng)驗判別的主要因素，因此，那些結果難以得到地質(zhì)工程界的認同。

 

  (2) 均勻化的力學(xué)模型建立了復雜的本構關(guān)系，用于描述地質(zhì)結構時(shí)有些困難，研究成果不實(shí)用。

 

  (3) 計算結果依賴(lài)于參數選取，參數選取具有很大的人為性，當得到的結果與工程師長(cháng)期積累的經(jīng)驗不符合時(shí)，又缺少充分的依據給予證明。

 

  6.2 地學(xué)研究成果應用面臨的困難

 

  (1) 根據工程地質(zhì)、施工地質(zhì)的大量的地質(zhì)調查結果直接做出判斷，沒(méi)有將調查結果抽象為用于定量化分析的參數，給出的結論缺少多種因素和定量化分析的結果。

 

  (2) 對大型的現代化工程，特別是工程治理設計，經(jīng)驗判斷不能給出設計參數，滿(mǎn)足不了現代化工程的需求。

 

  地學(xué)和力學(xué)研究成果應用的困難導致了地質(zhì)災害防治的傳統工藝、分析方法和防治思路難以獲得突破：物探、監測獲得的地質(zhì)體信息難以直接用于分析方法當中；難以檢驗工程治理的效果：盡管治理后的邊破是穩定的，但是，難以判斷該邊坡是否有必要治理。地質(zhì)體與工程結構的相互作用并不是整體失穩和失穩條件下的結果，準確、定量描述變形的過(guò)程，需要科學(xué)的計算方法。

 

  在工程實(shí)踐中，由于地質(zhì)工程師的經(jīng)驗和長(cháng)期的地質(zhì)調查工作積累，往往可對某一地區的地層直接做出判斷，在此基礎上開(kāi)展地質(zhì)調查可以有的放矢，進(jìn)而節約經(jīng)費和時(shí)間。如果地質(zhì)判斷失誤，已有的經(jīng)驗會(huì )導致工程失敗，在此基礎上的力學(xué)分析也不會(huì )成功。反過(guò)來(lái)，在地質(zhì)調查中，需要補充力學(xué)的分析手段，更準確地獲得地質(zhì)體的力學(xué)參數。

 

  工程地質(zhì)對地質(zhì)體的判斷借助于力學(xué)的手段定量化，并通過(guò)力學(xué)的理論方法進(jìn)行定量分析，給出滿(mǎn)足工程設計要求的設計依據。將地質(zhì)環(huán)境定量化，在考慮地質(zhì)構造形成的宏觀(guān)運動(dòng)過(guò)程和地層的辨認和定性地描述的同時(shí)，還要注重地層幾何特性、物理特性的定量化，并結合地質(zhì)勘查和現場(chǎng)的監測彌補經(jīng)驗判斷的不足，避免失誤。

 

  工程地質(zhì)力學(xué)是地學(xué)、力學(xué)和工程科學(xué)的交叉學(xué)科，遵循以地學(xué)為基礎、以力學(xué)為手段、以工程為目的的基本思路，就可以將各個(gè)學(xué)科有機聯(lián)系起來(lái)，推動(dòng)工程地質(zhì)力學(xué)的發(fā)展。

 

  7 工程地質(zhì)力學(xué)的主要研究?jì)热?/div>