工程地质力学及其应用中的问题分析

赵太阳+彭伟刚+张超

内蒙古地质勘查有限责任公司

【摘 要】伴随着地质力学的广泛应用，在实际工程中，切实解决实际工程问题的能力得以提高，但是其中依旧存在着许多问题，亟待解决，且在很大程度上影响了工程的整体质量。据此，本文主要对工程地质力学及其应用中的所存在的问题进行了详细分析。

【关键词】工程；地质力学；应用

一、地质体的力学特性

地质体是由赋存于一定地质环境中并按照某种结构排列的岩石、土和水组成的。它具有非连续、非均匀、流–固耦合以及未知“初始”状态的特性。地质体的这些特性充分体现了地质体与传统力学研究对象的区别。

（一）非连续性

地质体中含有大量的断层、裂隙、节理、软弱夾层等，它们共同的特性是复杂而有序地分布在地质体中，对地质体整体的强度起着控制作用。

（二）非均匀性

通常赋存于古滑坡体、崩塌体中，表现为土石混合体，其中块石和土的混合比例、分布、块石的大小、形状、空间姿态是随机的。土、石两种材料强度有两个量级以上的差别以及土体的断裂可以导致更为复杂的力学行为。

（三）流–固耦合特性

主要体现在地质体结构面上的强度与裂隙中水的压力具有相同的量级。该特性不仅包括岩石或土作为材料的特性、裂隙渗流规律，更为重要的是体现了山体的整体力学特性。

地质体的力学特性尽管在描述方法上仍然有很多问题值得深入的研究和探索，但一般可通过室内实验进行精细的分析并获得形式多样的本构关系和一些特殊的规律。然而，地质体是一个复杂的系统，从这个系统中取出任何一个局部都不能代表它整体的特性，即试样不具有代表性。从另一个方面说，岩体的试样离开了地质体就失去它作为母体中一部分的作用，甚至在有些情况下获取试样的过程中其特性就发生了改变。当然，为研究地质体的整体特征，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础上描述和探测出地质体的整体特性。

地质体未知“初始”状态的特性可作为区别地质体与岩土材料的要素之一。它包括未知的“初始”地应力和未知的“初始”破坏程度，在这里，“初始”状态是相对的，有时也可称为“当前”状态，特指某一事件发生前的地质体的状态。地质体的这一特性与地质环境和地质构造运动的历史有关，并且决定着地质体的力学行为。按照力学的分析方法，不能定量化地给出初始的状态就无法获得定量化的结果。因此，探明地质体的初始状态，不仅是工程地质力学的重要任务，也是使该学科真正能够解决实际问题的关键。

尽管地质体还存在其他的特性，材料的各向异性特征、尺度效应、非弹性、非线性特性等，这些特性主要与岩体结构面的空间分布有关。并且，由于地质体的时间效应、温度效应、化学腐蚀特性是通常固体材料所共有的，而且这些特性对大多数的工程实际问题的影响通常被地质体的其他特性所掩盖，因此，通常也可忽略。此外，冰川、冻土是与温度有着密切关系的地质体，特别是表层冻土随着天气的变化而有相变发生，其力学过程更为复杂。

二、目前我国工程地质力学所面临的问题

（一）地下工程的地质力学问题

地下工程非常多，主要包括交通建设工程、水电工程的地下隧道、矿藏开采的地下采空区等，这些地下工程与地质体特性息息相关，地质体岩石的坚硬程度和透水性等都会对工程建设造价造成严重影响，甚至还会直接影响工程建设。地下工程面临的地质力学问题，主要就是在高地应力环境下，地质体卸荷之后，发生严重变形，以及结构面变化。

（二）地面工程的地质力学问题

地面工程主要就是在地面所开展的大型基础建设和边坡工程等，航道、铁路公路边坡等，这些地面工程会导致大量灾害发生，尤其是滑坡和泥石流等。近年来，由于边坡工程所引发的灾害事件屡见不鲜。地面工程面临的地质力学问题在自然环境自然力作用下，即重力作用和水作用等，地质体被破坏。

三、工程地质力学的应用形式分析

（一）地下工程中的应用形式

地下工程是一种常见的应用形式，最常用的方式是连续介质力学的性质，合理利用离散颗粒的形式，并利用与之相适应的计算形式，并全面计算和了解地下工程的形态和结构等各项内容。从另一角度进行分析，连续介质力学主要利用的是应变、应力和应变率等，构建各地质结构探测点，这样每个探测点之间可以有比较密切的联系。另外，在实际的工程地质力学应用过程中，工作人员合理利用一些比较简单的处理方式方法，以此有效解决大量实际问题，为地下工程发展发挥着非常重要的作用。与此同时，想要有效提升工程地质力学在地下工程应用的效率和质量，主要从以下两方面入手。

1、利用连续介质力学形式，对地下工程结构和形态等方面做一个全面了解，并对其中的不均匀地质结构进行探测、计算，以此能够更加有效实现工程地质力学的应变能力。

2、在工程地质力学应用时，工作人员应该对影响地质结构探测的相关因素，并对其地质结构的变化形式，进行全面分析，以此能够有效提升工程地质力学的应用形式，对相关行业提供更多重要参考信息。

（二）地面工程中的应用形式

工程地质力学在地面工程应用时，初始状态是相对来说的。所以，在工程地质力学实际应用时，主要是针对斜坡和地下水文等方面做全面了解。与此同时，对地质构造的运行形式和演变过程做简明扼要地阐述。由此可知，工程地质力学的应用形式非常重要。但在工程地质力学应用过程中，地质构造中的初始状态，经常是已经被破坏的状态，其特性在整个应用中，占据着非常重要的地位。但是，在工程地质力学应用时，对地面工程地质状态进行全面描述，其也是工程地质力学应用中的重要内容。此外，在工程地质力学应用过程中，对地质工程特性、结构、形态等各方面信息和数据，工作人员切实利用计算机形式，实时传递信息和数据，这样一来，可以在很大程度上确保信息与数据及时传递到相关企业中，从而为地面工程建设与发展，提供更加重要的参考信息和数据，把工程地质力学的应用效果实现最佳状态。

（三）地质演化过程中的应用形式

在工程地质力学应用时，能够有效地简明扼要地分析和阐述地质结构的变化过程，并构建一个完善的、科学合理的力学模型，以此提高工程地质力学的应用效率和质量，并为后续发展研究奠定坚实的基础。但是，在不断的深入探究过程中，因为相关内容的不足，使得实际结果与理想结果之间存在较大差异。所以，仍旧需要根据专业人员的积极努力，以此提高工程地质力学的应用质量，切实解决相关行业发展过程中所遇到的问题，从而推动相关行业的可持续发展。

四、结语

总而言之，工程地质力学提出了全新的研究方法，也在很大程度上为新工程地质力学方法提出了全新的要求。在新形势下，工程地质力学面临着更好的机遇，以及更多的新挑战。只有从根本上解决工程地质力学及其应用问题，才可以从根本上提高地质工程施工效率和水平，以此推动工程地质力学的健康可持续发展。

参考文献：

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