李 涵 宓 剑

（1.沈阳欧施盾新材料科技有限公司，辽宁 沈阳 110136；

2.北京黎明航发动力科技有限公司沈阳黎明燃机分公司，辽宁 沈阳 110043）

岩体与一般介质相比，其内部结构呈现多裂隙状态，岩体结构面起着控制作用，这些裂隙的存在导致岩体具有分均质特性。改变其力学性能，间接影响其渗透特性，更是其弱处所在，岩体更加容易变形，这给岩土的力学分析带来相当大的难度。

1 岩体力学分析研究现状和发展

如何通过有效的方法描素岩体的力学特性一直是岩体力学的重点研究对象。通常我们直接采用模拟和等效连续介质模拟两种方法。直接模拟岩体节理和内部特性为基础，对其各种所受应力分析。显然，这种方法可以直观简洁的阐述出岩体真实的形态。常用的数值分析方法有有限元法和边界元法等。在有限元法中，主要是描素节理特点。边界元法中常用节理单元或位移不连续法，基于有限差分法的快速拉格朗日分析法（FLAC）也可以用于节理岩体的应力分析；对于少量节理，可用界面单元，而对复杂密集的节理岩体则采用遍历节理模拟。

随着计算机技术、高等数学教育、线性代数及概率试验技术与测试技术的发展，岩石力学数值分析将不再简单的认为是一种单一的模式之内。国际上岩石力学上具有崭新的趋势。岩石工程对环境的影响越来越大，使全球对环境保护越来越重视。岩石力学由固体力学问题向多方向各种力学性能发展。

2 岩体的力学特性及其结构模型

岩体的应力主要取决于岩体中的裂隙断面几何形态，但是由于裂缝和天然节理的复杂性，节理缝隙岩体所表现出来的特性是非常困难的。但是，随着时间的推移和经验的积累加上不懈的努力，很多问题都已经有了突破性进展。例如，在软弱岩体地段，各种介质都会被视作是连续体，都是以弹性理论为核心处理的，但是，对于比较薄的断层和软弱的夹层，规模比较大的节理就会以单元模拟的形式来视为客观的裂缝岩体构成的复杂关系，这样就给研究造成了困难。近些年来，很多国外的专家也都专注于节理裂缝岩体的研究，取得一定的研究成果。节理岩石模型进行了多轴模式实验，这些研究结果表明各种力学特性，尤其在强度上各种力学性能具有不同的特点模式。对于建立关系具有一定的意义，虽然一些力学特性仍很不充分不具有一定的代表意义，但是具有一定的代表作用。岩石力学测试和计算在国内的发展取得一定的进步和结果，裂隙岩体的关系和力学特性之间的关系也越来越明显出现在人们范围内。科研人员主要是把岩体抽象模型这种相对复杂的东西转变为较简单的模型，这种模拟试验不用在户外而是在室内就可以较好地模拟出来，完成实验构成，并辅以一定的计算方法，找到之间的规律性，在规律上发现一定的特点。力学特性试验的测量则需要在室内和室外共同进行才能真实地模拟出来好的效果。这些研究仅仅是初步尝试。针对工程岩体这种大型、复杂、系统、全面的研究，国内外都不多，所以对与我们来说不能浅尝辄止，而是需要我们不断探索完成实验模拟。

岩体是一种不均匀介质。在建筑过程中，我们要需要清楚地了解它们的力学性能以及各种力学之间的关系，是协作还是互相抗衡。为此通常需要进行相应的试验，对岩体的力学性能和计算数据加以处理与检测，同时理论与实际要相结合，更多的分析计算是必不可少的。由于裂隙岩体的力学特性非常复杂，应该说，有关不连续岩体的计算理论知识还是很欠缺的，因此需要很多假设以应对其不定性。

3 岩体多层结构模型理论

在工程断裂等情况，不同的岩体结构，在结构面中，对影响极其大，设计者总是将这个看作重中之重。一般情况下，结构面数量较少，需要一些特殊模拟在有限元分析。结构面密集需要用等效连续介质方法模拟，需要考虑其影响。把岩石切成不同层状，使其具有不同的方向性，层状节理更具有向异性。假设应变和应力的主轴时刻处在重合状态，即不考虑旋转造成的影响。然而实际工程中，比如边坡，由于应力主轴由旋转导致的塑性变形，因而塑性力学不能完整的反映出岩体力学机制。

非线性本质特征是岩体特有的，主要表现在：在变形之后，在整体变形进入塑性前，占主导因素的是非线性因素，这就构成了系统中出现变形和非线性等复杂的力学行为，而岩石力学和工程都属于自然化学工程，在自然情况下规模大，存在比较复杂的系统，更是具有原始条件和环境信息的不确定性。通常，岩体演化过程通常是一个非线性过程，非平衡态系统力学方法无法体现的力学行为。岩石材料的分布不均匀，岩体内应力时刻变化不定，岩石成份更是具有不确定性，岩体工程施工的也带来了许多的可变因素，使得岩石力学具有非线性关系。多数工程岩土都处于弹塑性状态，在工程设计上要考虑到岩体弹塑性问题，而且这个特性起到至关重要的作用。

结语

随着我国社会主义经济发展，我国对岩体研究、治理越来越重视，其位置也越来越重要。在一些大型工业等建设中，经常需要开挖一些坡度较高的地方。高边坡的稳定性与高边坡处理往往是工程难题也是关键的地方，也是确保整个工程安全及人员安全、财产安全的部分。

本文在系统学习和总结前人研究成果的基础上，结合本课题的特点，对裂隙岩体结构模型处理与研究方法进行一定分析。将理论和实践相结合的理念对岩体力学进行更深一层的分析，得出以下结论：分析了裂隙岩体的变形特性力学性能变化，塑性力学原理与重要性，包括各种岩体不同理论和准则、以及加工原理及其在实际生产中的应用问题，并进一步揭示岩体发展的局限性。阐述了裂隙岩体分析的等效连续模型层结构模型，详细推导了层结构模型弹塑性理论。各岩体及岩体模型的计算问题仍然是学术界研究的问题，需指的进一步深入研究和大量的实践。

[1]黄润秋，许强，陶连金，等.地质灾害过程模拟和过程控制研究[M].北京：科学出版社，2002.