正文

在岩体上或岩体中建筑各种工程时,岩体(见岩石和岩体)实际上是工程结构的一部分或全部。 工程建筑物的稳定性不仅取决于人工建筑物与外力相互作用的特点，而且也控制于岩体在受力状况改变时所产生的变形和破坏状况。有时岩体产生局部破坏并不导致工程建筑物失稳，有时岩体变形过大或产生不均匀变形而导致工程失稳。岩体的力学分析不仅要分析岩体破坏状况，而且要分析岩体变形状况，才能获得正确的结果。

工作程序岩体力学分析应在地质研究基础上，考虑工程作用特点及岩体改造方案，按照合理的工程程序，鉴别岩体力学介质，提出岩体力学模型，采用相应的理论和方法组织岩体力学研究，进行岩体力学分析。工作程序如图1。它表明，岩体力学分析不是简单的数学力学分析，而是工程地质与工程建筑物相结合的综合性工作。

岩体的力学分析力学模型　岩体由于其组成成分、岩体结构及环境条件的复杂性，按应力传播和变形规律，从岩体的力学作用角度出发，可将岩体划分为五种力学模型。即①完整岩体。完整结构岩体和高地应力（见岩体中应力）作用下的碎裂结构岩体。在受力条件改变时不论应力传播或变形发展都呈连续或似连续变化，其力学作用可用连续介质岩体力学理论分析。②碎裂岩体。在硬性结构面切割下岩体为碎块组合体。其变形和破坏主要控制于硬性结构面发育状况。这种岩体中应力传播和变形发展是不连续的。其力学作用可用碎裂介质岩体力学理论分析。③块裂岩体。在软弱结构面切割下岩体成为若干大型块体。其力学作用主要为被软弱结构面切割的块体沿软弱结构面滑动。其变形和破坏可用块裂介质岩体力学理论分析。④板裂岩体。层状岩体中坚硬岩层在软弱结构面或软弱夹层分割下成为板状，它的变形和破坏可用梁板结构力学理论分析。弯曲变形和溃屈破坏是这种岩体的基本力学作用。⑤松散岩体。具散体结构岩体，其变形和破坏可用土力学理论分析。

分析步骤　①地质信息搜集。通过地质测绘、地质勘察搜集工程建筑区的岩石、岩层组合、节理断裂、褶皱等地质构造资料、地应力、地下水、地温等环境因素资料。②抽象为地质模型。根据所得到的地质信息，按岩体结构抽象为代表性的、典型化的地质模型，即岩体结构模型。③转化为岩体力学模型。根据地质模型，将岩体受力条件及力学性能转化为一定力学作用机理的力学模型。④将岩体力学模型转化为数学语言。根据力学模型、岩体变形本构规律、破坏判据及岩体力学性质资料,将岩体力学模型转化为数学语言或数学力学方程,分析岩体变形和破坏状况，提供分析工程稳定性的基础性资料。

由于岩体结构、环境条件及岩体力学性质千变万化，很难一次准确测得，岩体力学分析不可能一次完成。在施工中还要进一步考察岩体结构,组织岩体变形量测,进行岩体力学参数反分析，修改岩体力学模型，使岩体的力学分析尽可能符合实际。并修改原设计，以指导工程施工。

岩体的力学分析，除分析工程岩体整体变形特点外，更重要的是寻找岩体中可能导致工程破坏的薄弱环节，为设计岩体改造方案服务。2100433B

岩石在变形破坏过程中始终不断与外界交换着物质和能量 ，岩石的热力学状态也相应的不断发生变化。根据非平衡热力学理论，从理论上解释了岩石变形破坏过程的能量耗散及能量释放特征。在岩石的变形破坏 过程中，热量供给和岩石体积元的形状及位置变化作为岩石体积元内塑性硬化、微缺陷形成等的能量源，导致弥散在岩石内部的微缺陷不断演化 ，从无序分布逐渐向有序发展，形成宏观裂纹，最终宏观裂纹沿某一方位汇聚形成大裂纹导致整体失稳(灾变)。从力学角度而言，它实际上就是一个从局部耗散到局部破坏最终到整体灾变的过程。从热力学上看，岩石(岩体)这一变形、破坏、灾变过程是一种能量耗散的不可逆过程 ，包含能量耗散和能量释放。两者关系：岩体总体灾变实质上是能量耗散和能量释放的全过程 ，而灾变瞬间是以能量释放作为主要动力。

岩石变形破坏过程中的能量守恒：在岩石的变形破坏过程中，环境提供的能量包括外力所作的功和环境温度带来的热能 。根据热力学第一定律 ，这些能量将转化为岩石的动能 、势能及内能。不妨将岩石抽象为由一系列体积元组成的连续介质，每一体积元包含特定的矿物或类矿物成分以及其它岩石组织。当体积元足够小时，是满足非平衡热力学的局域平衡假设的。

在外载的作用下，岩石体积元将发生变形，当所考察的时间步长较小时，这一变形可视为小变形。在一般情况下，对于岩石的变形破坏过程分析并不考虑体力的影响。岩石体积元的内能变化取决于4部分，一是静水应力作用下体积变形引起的，二是应力偏量作用下形状变化引起的，三是应力偏量作用下位置转动引起的，四就是热量流动引起的。除热流外，其余3 部分均与内力有关，可将其统称为内力能的增量 ，而热流部分则可称为热能的增量Q。于是单位时间内岩石体积元中内能的增量u 等于内力能增量 与热能增量Q之和。可见，在岩石变形破坏过程中，岩石的内能变化主要取决于内力的变化以及热量的流动。由于应力偏量的贡献为非散度 形式 ，说明体积元 的内能并不是一个守恒量 。也就是说，由于应力偏量的作用，使得体积元内能的变化不一定仅仅由外部环境获得，还可能由体积元内部的能量源—— 内力能产生。因此，岩石在变形破坏过程中的能量守恒是一个动态的过程，表现为外载机械能 、热能与岩石内能的转化与平衡。

本书是“工程地质学丛书”之一。书中以岩体结构控制作用的基本观点，对混凝土坝坝基岩体稳定性进行了工程地质力学分析和评价。第一篇讨论了工程地质力学基础，包括坝址评价、岩体结构面特性、破碎岩体特性、岩体结构和质量评价；第二篇探讨了坝基水文地质结构，包括岩体渗透特性、渗透压力、渗透稳定性和渗流力学分析；第三篇在大量实例的基础上讨论了坝基变形、破坏的规律，提出大坝和地基相互作用的观点，并重点进行了坝基应力状态力学分析和坝基稳定性的块体力学和有限元分析；第四篇系统地论述了拱坝和基础的相互作用，探讨了块体的共点力系和非共点力系的分析原理，进行了软弱面的有限元分析和断续结构的结构面扩展分析；第五篇重点介绍了地质力学模拟试验和坝基加固处理原则。

本书可供从事工程地质、岩体力学、土木工程和水利水电工程研究#勘测、设计的科技工作者以及有关院校师生参考。

第一篇 工程地质力学基础

第一章 坝址工程地质评价

第二章 岩体结构面的工程地质特性

第三章 软弱破碎岩体的工程地质特性

第四章 岩体结构和质量评价

第二篇 水文地质分析

第五章 水文地质结构

第六章 坝基渗透压力分析

第七章 坝基渗透稳定性

第八章 岩基渗流的有限元分析

第三篇 坝基岩体稳定性分析

第九章 坝基岩体变形破坏规律

第十章 坝基岩体稳定的力学分析

第四篇 拱坝坝肩岩体稳定分析

第十一章 拱坝岩基的变形和破坏

第十二章 块体稳定的赤平投影分析

第十三章 拱坝坝肩岩体稳定性的块体力学分析

第十四章 块体力学非共点力系分析

第十五章 块体结构抗倾稳定性分析

第十六章 坝肩岩体稳定性的三维有限元分析

第十七章 坝肩岩体断裂结构面的有限元分析

第十八章 坝肩岩体断裂扩展分析

第五篇 坝基地质力学模拟和工程处理

第十九章 坝基地质力学模拟试验

第二十章 坝基处理

参考文献 2100433B