工程地質力學及其應用中的問題分析

趙太陽 彭偉剛 張超 / 內蒙古地質勘查有限責任公司

工程地質力學及其應用中的問題分析

趙太陽 彭偉剛 張超 / 內蒙古地質勘查有限責任公司

伴隨著地質力學的廣泛應用，在實際工程中，切實解決實際工程問題的能力得以提高，但是其中依舊存在著許多問題，亟待解決，且在很大程度上影響了工程的整體質量。據此，本文主要對工程地質力學及其應用中的所存在的問題進行了詳細分析。

工程；地質力學；應用

一、地質體的力學特性

地質體是由賦存于一定地質環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”狀態的特性。地質體的這些特性充分體現了地質體與傳統力學研究對象的區別。

（一）非連續性

地質體中含有大量的斷層、裂隙、節理、軟弱夾層等，它們共同的特性是復雜而有序地分布在地質體中，對地質體整體的強度起著控制作用。

（二）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、空間姿態是隨機的。土、石兩種材料強度有兩個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行為。

（三）流–固耦合特性

主要體現在地質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特性。

地質體的力學特性盡管在描述方法上仍然有很多問題值得深入的研究和探索，但一般可通過室內實驗進行精細的分析并獲得形式多樣的本構關系和一些特殊的規律。然而，地質體是一個復雜的系統，從這個系統中取出任何一個局部都不能代表它整體的特性，即試樣不具有代表性。從另一個方面說，巖體的試樣離開了地質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程中其特性就發生了改變。當然，為研究地質體的整體特征，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體的整體特性。

地質體未知“初始”狀態的特性可作為區別地質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，在這里，“初始”狀態是相對的，有時也可稱為“當前”狀態，特指某一事件發生前的地質體的狀態。地質體的這一特性與地質環境和地質構造運動的歷史有關，并且決定著地質體的力學行為。按照力學的分析方法，不能定量化地給出初始的狀態就無法獲得定量化的結果。因此，探明地質體的初始狀態，不僅是工程地質力學的重要任務，也是使該學科真正能夠解決實際問題的關鍵。

盡管地質體還存在其他的特性，材料的各向異性特征、尺度效應、非彈性、非線性特性等，這些特性主要與巖體結構面的空間分布有關。并且，由于地質體的時間效應、溫度效應、化學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際問題的影響通常被地質體的其他特性所掩蓋，因此，通常也可忽略。此外，冰川、凍土是與溫度有著密切關系的地質體，特別是表層凍土隨著天氣的變化而有相變發生，其力學過程更為復雜。

二、目前我國工程地質力學所面臨的問題

（一）地下工程的地質力學問題

地下工程非常多，主要包括交通建設工程、水電工程的地下隧道、礦藏開采的地下采空區等，這些地下工程與地質體特性息息相關，地質體巖石的堅硬程度和透水性等都會對工程建設造價造成嚴重影響，甚至還會直接影響工程建設。地下工程面臨的地質力學問題，主要就是在高地應力環境下，地質體卸荷之后，發生嚴重變形，以及結構面變化。

（二）地面工程的地質力學問題

地面工程主要就是在地面所開展的大型基礎建設和邊坡工程等，航道、鐵路公路邊坡等，這些地面工程會導致大量災害發生，尤其是滑坡和泥石流等。近年來，由于邊坡工程所引發的災害事件屢見不鮮。地面工程面臨的地質力學問題在自然環境自然力作用下，即重力作用和水作用等，地質體被破壞。

三、工程地質力學的應用形式分析

（一）地下工程中的應用形式

地下工程是一種常見的應用形式，最常用的方式是連續介質力學的性質，合理利用離散顆粒的形式，并利用與之相適應的計算形式，并全面計算和了解地下工程的形態和結構等各項內容。從另一角度進行分析，連續介質力學主要利用的是應變、應力和應變率等，構建各地質結構探測點，這樣每個探測點之間可以有比較密切的聯系。另外，在實際的工程地質力學應用過程中，工作人員合理利用一些比較簡單的處理方式方法，以此有效解決大量實際問題，為地下工程發展發揮著非常重要的作用。與此同時，想要有效提升工程地質力學在地下工程應用的效率和質量，主要從以下兩方面入手。

1、利用連續介質力學形式，對地下工程結構和形態等方面做一個全面了解，并對其中的不均勻地質結構進行探測、計算，以此能夠更加有效實現工程地質力學的應變能力。

2、在工程地質力學應用時，工作人員應該對影響地質結構探測的相關因素，并對其地質結構的變化形式，進行全面分析，以此能夠有效提升工程地質力學的應用形式，對相關行業提供更多重要參考信息。

（二）地面工程中的應用形式

工程地質力學在地面工程應用時，初始狀態是相對來說的。所以，在工程地質力學實際應用時，主要是針對斜坡和地下水文等方面做全面了解。與此同時，對地質構造的運行形式和演變過程做簡明扼要地闡述。由此可知，工程地質力學的應用形式非常重要。但在工程地質力學應用過程中，地質構造中的初始狀態，經常是已經被破壞的狀態，其特性在整個應用中，占據著非常重要的地位。但是，在工程地質力學應用時，對地面工程地質狀態進行全面描述，其也是工程地質力學應用中的重要內容。此外，在工程地質力學應用過程中，對地質工程特性、結構、形態等各方面信息和數據，工作人員切實利用計算機形式，實時傳遞信息和數據，這樣一來，可以在很大程度上確保信息與數據及時傳遞到相關企業中，從而為地面工程建設與發展，提供更加重要的參考信息和數據，把工程地質力學的應用效果實現最佳狀態。

（三）地質演化過程中的應用形式

在工程地質力學應用時，能夠有效地簡明扼要地分析和闡述地質結構的變化過程，并構建一個完善的、科學合理的力學模型，以此提高工程地質力學的應用效率和質量，并為后續發展研究奠定堅實的基礎。但是，在不斷的深入探究過程中，因為相關內容的不足，使得實際結果與理想結果之間存在較大差異。所以，仍舊需要根據專業人員的積極努力，以此提高工程地質力學的應用質量，切實解決相關行業發展過程中所遇到的問題，從而推動相關行業的可持續發展。

四、結語

總而言之，工程地質力學提出了全新的研究方法，也在很大程度上為新工程地質力學方法提出了全新的要求。在新形勢下，工程地質力學面臨著更好的機遇，以及更多的新挑戰。只有從根本上解決工程地質力學及其應用問題，才可以從根本上提高地質工程施工效率和水平，以此推動工程地質力學的健康可持續發展。

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