岩体力学(rock mass mechanics)

研究岩体(见岩石和岩体)因开挖或受载荷作用产生变形和破坏的规律和控制途径的一门学科。它是工程地质勘察的理论基础之一。岩体力学在采矿工程和土木工程中，用以预测岩体变形和有效防止岩体破坏。在不良地质条件的岩体中进行采矿和土木工程施工时，可能因围岩严重变形和塌方使工程受阻或破坏；如果岩体条件良好，对露天矿开挖，边坡可以加陡(见岩质边坡稳定性分析)；对于地下开挖，则井巷支护量可以减少。对工程岩体进行正确的研究和评价可避免工程的失败和提高经济效益，所以岩体力学是一门有重要经济意义的应用科学。

形成和发展  

20世纪50年代以前，土力学和材料力学曾被用来解释岩体的力学现象。30年代，苏联的普罗托吉雅柯诺夫提出的冒落拱理论和计算巷道支护的公式，就是这类研究著名的代表。金尼克当时就提出了异议，并坚持用弹性理论分析开挖体内的应力集中问题，并建立了岩体自重弹性初应力场的公式。第二次世界大战后，应力分析法广为人们注意，并随电子计算机技术的发展应用到非弹性和考虑时间效应的分析。上述这些分析分别是以松散体和连续体为研究对象。50年代，以奥地利米勒(L．Muller)为代表的一批西欧专家深入研究了岩体不连续性的力学效应，呼吁人们应对其特别重视。地质不连续面和孔隙水的影响，在1959年法国马尔巴塞(Malpasset)双曲拱坝的溃决和1963年意大利瓦扬(Vajont)坝库岸达25亿m³的滑坡中，所起的关键作用引起人们认识上一次重大的飞跃。从那时以来，不连续性分析和水的影响成为岩体力学中必须考虑的因素。中国在岩体结构方面也进行了系统的研究，这些均促使以岩体为研究对象的力学分支从初期的岩石力学发展成为岩体力学。

岩体力学还不是一门成熟的学科，它将有赖于勘察、测试、监测手段的完善，相邻学科的发展和工程经验的积累而得到进一步的发展。

研究内容  

主要包括：

(1)岩体地质力学模型的建立。每个场地都具有各自的地质特征，因此必须为每一工程岩体解决建立模型的原则问题。根据勘察结果按工程地质学原理建立的地质力学模型，应能反映岩性、岩体结构、地下水和初应力场条件，同时还要满足工程的需要和适应力学分析的可能性。

(2)岩体力学性态的确立。不连续、非均质和各向异性，是岩体突出的特征。通过建立岩石材料的本构关系和不连续面的本构关系，并将二者耦合起来是解决岩体力学问题的一种途径。将岩体进行合适的分区，并为各区的岩体建立适宜的模型，以等效刚度、强度、屈服、流变、摩擦和水理性能予以表征，也是一种处理方法。这种做法的进一步简化，可建立某种统一的岩体分类。

(3)岩体力学分析。在岩体力学的应力、变形和破坏分析中，已广泛使用计算机。分析方法的发展可处理非线性、各向异性、不连续性和三维问题等。人们正在为提高这类分析的能力和效率而努力。

(4)块体分析。由于地质不连续面的存在，岩体破坏已被区分为连续体的应力破坏和块体沿不连续面破坏两种极端情况。预测后一类破坏仍广泛使用极限平衡方法。70年代以来发展的离散单元法，已可用于分析块体运动的全过程。离散体与连续体的耦合分析，也已开始研究。

(5)模型仿真。复杂的三维岩体和开挖系统，可用按相似原理建立的实物模型进行仿真。仅考虑某些关键因素而建立的简化实物模型如底摩擦试验的模型，有时也能为人们了解力学机制提供帮助。

(6)现场测量。包括力学参数测量和施工监测两部分。为减少用尺度小的岩石试样进行室内岩性测定所含的偏差，重要工程常在现场选点进行原位测定(见岩体物理力学性质)。在边坡工程中通过对已垮塌的边坡进行反算求得的岩体参数(见岩体强度)，公认为更接近于实际。在地下工程中监测开挖体周边的位移，用以反算力学参数，这种方法称为位移反分析法。位移测量和其他类型的测量，已广泛用来对施工时的岩体和对有潜在破坏的滑体进行监控。将监测与位移反分析法结合起来，既可控制施工掌握岩体实际的稳定状况，又可获取更可靠的参数，以指导新工程的设计和施工，这种方法有发展前途。

(7)排水和加固。适当的疏水措施对改善含水岩体的稳定性富有成效。喷锚支护和其他形式的加固，在地下和露天开挖工程中已广为应用。减小爆破对围岩的损害，也取得了成果。

(8)工程决策系统的应用。由于岩体力学工程涉及大量不确定因素，已有人在这类工程中使用可靠性分析和模糊因素分析决策系统，相应的设计思想也有所改变。