岩体力学分析(mechanic alanalysis of rock mass)

研究岩体(见岩石和岩体)在外力作用下应力应变状态和稳定性的方法。它是岩体力学的研究内容。在岩体上或岩体内建造各种工程时，岩体的应力应变状态和稳定性都会发生变化。研究这种变化的目的在于预测岩体变形和岩体破坏的发展，分析岩体中可能导致工程破坏的薄弱环节，从而进行合理的工程设计或采取相应的补救措施。

理论基础  

研究岩体的应力应变问题需使用弹性力学、塑性力学和粘弹性力学等连续介质力学原理；研究岩体的稳定或破坏问题时，通常使用块体或散体极限平衡理论和块体动力学理论等。用连续介质力学理论解决具体的岩石力学问题时，必须满足：(1)岩体的边界条件，包括岩体边界的位移或表面力、原岩应力等；(2)力学平衡条件，考虑的力有重力、地下水作用力、原岩应力和惯性力等；(3)岩体作为地质材料的物理方程，即应力一应变关系、应力一应变一时间关系等本构方程；(4)变形协调方程。极限平衡理论不考虑岩体变形，而只研究它处于临界状态时的静力平衡问题。块体动力学则按动力学原理研究块体受力条件和块体运动问题。

工作程序  

岩体力学分析工作程序见图。分析步骤：(1)进行工程地质勘察，确定岩体的地质构造条件和力学性质，收集地下水、地热变化和原岩应力等资料；(2)分析工程地质资料，建立岩体的力学模型；(3)根据岩体的力学模型和工程的边界条件，选择适当的力学分析方法并进行计算；(4)在工程进行时或完成后，监测工程结构和岩体的受力变形情况；(5)对岩体参数进行反演分析，并根据工程的实际情况修改工程设计和指导工程施工。

力学模型  

根据工程中所研究问题的需要并结合岩体的实际结构类型，一般可将岩体分为连续介质模型、非连续的散体介质模型和块体介质模型。实际上岩体都是为节理、层理和断层等不连续面所切割的非连续介质。由于所研究的岩体规模巨大，在一定条件下，宏观上可将岩体视为连续介质。同一种岩体，当对它进行应力一应变分析时，可作为连续介质模型对待；当对它进行稳定性分析时，又可作为非连续块体介质模型处理。模型的建立具有一定的相对性。所建立的力学模型对岩体的实际条件来说都是一种近似，二者的差别程度决定计算结果的准确性。

方法  

有解析法和数值法两种。以极限平衡理论研究岩体的稳定性问题，一般均可用解析法处理。若用连续介质力学研究岩体的应力应变问题，则仅当岩体的性质均匀、几何形状规则而简单时才有闭合解。随着计算机的发展，单独用解析法的很少，通常可将介质离散化，用数值法求解，但它的基础仍然是解析法。岩体力学分析常用的数值方法有有限元法、边界元法和离散元法。有限元法系基于能量变分原理，适用范围较广，可以考虑介质非均匀性、不连续性和非线性等岩体特有的条件。边界元法系基于结构力学中的互等原理，该法因将单元沿边界布置，故有降低维数、减少机时的优点，最适于解决性质均一岩体的全空间或半空间问题。离散元法系基于牛顿运动定律，以研究受弱面切割的块体为出发点，块体视为刚体，块体间可以相对滑动甚至脱离母体而自由下落。离散元法可以用于分析边坡、坝基和洞顶的稳定性。上述三种数值方法可以进行耦合以发挥各自的优点，解决更为广泛的问题。