巖石力學(xué)論文

序論：寫(xiě)作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來(lái)了一篇巖石力學(xué)論文范文，愿它們成為您寫(xiě)作過(guò)程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

巖石力學(xué)論文:巖石力學(xué)課程實(shí)踐性教學(xué)改革探討年

摘要：為適應(yīng)我國(guó)土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)和教學(xué)改革的需要，針對(duì)土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課――巖石力學(xué)課程的教學(xué)特點(diǎn)，擬拓展實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增加巖石力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)與數(shù)值試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)兩個(gè)部分，構(gòu)建集理論教學(xué)、物理實(shí)驗(yàn)與數(shù)值試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)于一體的巖石力學(xué)綜合教學(xué)模式，以期推動(dòng)巖石力學(xué)課程實(shí)踐性教學(xué)邁上一個(gè)新臺(tái)階。

關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；物理實(shí)驗(yàn)；數(shù)值試驗(yàn)

隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施和西南地區(qū)高壩建設(shè)的興起，傳統(tǒng)的巖石力學(xué)課程理論教學(xué)及授課內(nèi)容已經(jīng)無(wú)法滿足工程界對(duì)巖石力學(xué)知識(shí)的熱切需求，亟待開(kāi)展《巖石力學(xué)》課程的教學(xué)改革。筆者基于近幾年講授土木工程專業(yè)本科生巖石力學(xué)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)其他高校巖石力學(xué)教學(xué)研究所取得的一些成果[1-5]，提出我校大學(xué)生《巖石力學(xué)》課程實(shí)踐性教學(xué)改革的總體構(gòu)想，即集成物理實(shí)驗(yàn)與數(shù)值試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)于一體的巖石力學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)，以期推動(dòng)巖石力學(xué)課程實(shí)踐性教學(xué)邁上一個(gè)新臺(tái)階。

一、巖石力學(xué)課程實(shí)踐性教學(xué)改革的必要性

巖石力學(xué)是運(yùn)用力學(xué)方法與地質(zhì)學(xué)原理來(lái)研究巖石與巖體的力學(xué)行為的一門(mén)新興科學(xué)，也包括研究巖體在各種力場(chǎng)作用下的變形與破壞規(guī)律的理論及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)[1]。它涉及到巖石的物理性質(zhì)、拉壓剪等強(qiáng)度特性、與時(shí)間有關(guān)的流變特性、巖石的單軸和三軸變形特性、巖石的動(dòng)力學(xué)特性、巖石的各向異性本構(gòu)關(guān)系、巖體結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)、由結(jié)構(gòu)面與巖石塊體包圍的巖體的力學(xué)特性、巖體不連續(xù)面的滲流性質(zhì)、地應(yīng)力環(huán)境、巖體力學(xué)中的各類數(shù)值方法、巖石力學(xué)涉及的各類工程問(wèn)題，包括地下空間與地下工程開(kāi)發(fā)、地基（含壩基）、巖質(zhì)高邊坡（含擋墻及加固體系）等的整體穩(wěn)定性與變形破壞問(wèn)題等[1-3]。顯然，巖石力學(xué)的研究對(duì)象不同于一般的材料，它是非均質(zhì)各向異性、含有多組結(jié)構(gòu)面組合的非連續(xù)介質(zhì)，其力學(xué)行為復(fù)雜多變，導(dǎo)致依托在這一地質(zhì)體上的各類巖石工程（如巖質(zhì)邊坡工程、巖石地基與壩基工程、地下隧道與采礦工程）更加復(fù)雜。正是由于巖石或巖體的復(fù)雜性及特殊性，巖石力學(xué)服務(wù)的各類工程目前還是以工程經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)為主，理論指導(dǎo)為輔，這給巖石力學(xué)課程的實(shí)踐性教學(xué)改革創(chuàng)造了條件、提供了難得的機(jī)遇。在理論教學(xué)基礎(chǔ)上強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)，通過(guò)參與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和野外實(shí)踐，采用工程實(shí)用化或經(jīng)工程檢驗(yàn)后的理論方法開(kāi)展大規(guī)模計(jì)算分析和工程實(shí)例研究，構(gòu)建集理論、實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐于一體的綜合教學(xué)改革，使學(xué)生既儲(chǔ)備較好的理論基礎(chǔ)，又具有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐能力，從而培養(yǎng)出具備解決復(fù)雜巖石力學(xué)問(wèn)題的高端技術(shù)人才。從這個(gè)意義上說(shuō)，開(kāi)展巖石力學(xué)課程的實(shí)踐性教學(xué)改革是十分必要的。

二、巖石力學(xué)課程實(shí)踐性教學(xué)改革的主要內(nèi)容

增加室內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)例教學(xué)，探索適合現(xiàn)代巖石力學(xué)發(fā)展的新型實(shí)踐性教學(xué)方法。

1.增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊環(huán)節(jié)。目前我校大學(xué)生巖石力學(xué)課程教學(xué)主要是理論教學(xué)為主（32學(xué)時(shí)），強(qiáng)化書(shū)本理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，尚未安排實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)本課程的多年課堂理論教學(xué)，結(jié)合本課程經(jīng)驗(yàn)性、應(yīng)用性較強(qiáng)的突出特點(diǎn)，擬改革現(xiàn)有教學(xué)方式，增設(shè)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)（模塊I），包括4個(gè)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，即巖石吸水性實(shí)驗(yàn)、飽和單軸抗壓實(shí)驗(yàn)、點(diǎn)載荷抗拉實(shí)驗(yàn)3個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和1個(gè)巖石剪切實(shí)驗(yàn)演示項(xiàng)目。這4個(gè)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（模塊I）為巖石力學(xué)特性參數(shù)實(shí)驗(yàn)，擬規(guī)劃6學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容，其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占4個(gè)學(xué)時(shí)，綜合實(shí)驗(yàn)和演示項(xiàng)目占2個(gè)學(xué)時(shí)，由學(xué)生先熟悉實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟，再由教師指導(dǎo)，完成實(shí)驗(yàn)；同時(shí)實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生也實(shí)行開(kāi)放，鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生課后自己設(shè)計(jì)并開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

2.增加數(shù)值試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐教學(xué)把培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能放在首位，虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，動(dòng)手與動(dòng)腦相結(jié)合?？紤]學(xué)生人數(shù)的增加，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、儀器設(shè)備、巖塊樣品不足等矛盾，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真相結(jié)合，開(kāi)展模塊Ⅱ教學(xué)，即增加數(shù)值模擬演示實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)。應(yīng)用大型數(shù)值分析軟件ABAQUS進(jìn)行巖石力學(xué)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)。由于巖石破裂過(guò)程現(xiàn)象的復(fù)雜性和巖石介質(zhì)的復(fù)雜性，在模塊Ⅰ的巖石力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生很難通過(guò)大量重復(fù)性實(shí)驗(yàn)看到巖石破壞的各種類型的復(fù)雜現(xiàn)象。利用引進(jìn)并二次開(kāi)發(fā)的ABAQUS程序，增加模塊Ⅱ的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行輔助教學(xué)，使學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的主動(dòng)性、創(chuàng)造性大為增強(qiáng)。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)對(duì)巖石的變形與破裂過(guò)程進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)，不僅具有通用性強(qiáng)、方便靈活、具有可重復(fù)性等特點(diǎn)，而且可以通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)得到許多在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中難以觀測(cè)的重要信息，作為巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要補(bǔ)充，達(dá)到巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)的目的。但模塊Ⅱ數(shù)值試驗(yàn)的應(yīng)用并不能完全取代模塊Ⅰ的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。這是因?yàn)閿?shù)值試驗(yàn)時(shí)仍然需要提供巖石的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)等信息，而且只有在證明數(shù)值試驗(yàn)方法正確的基礎(chǔ)上才能使用它進(jìn)行巖石力學(xué)的數(shù)值試驗(yàn)。此外，巖石力學(xué)數(shù)值試驗(yàn)也可完成復(fù)雜巖石塊體的變形破壞過(guò)程的數(shù)值仿真。

3.預(yù)設(shè)工程問(wèn)題教學(xué)模式。考慮到巖石力學(xué)數(shù)值試驗(yàn)方法在解決巖石力學(xué)問(wèn)題時(shí)具有通用性強(qiáng)、可重復(fù)性等特點(diǎn)，感興趣的學(xué)生可以在任課教師的指導(dǎo)下，在課程開(kāi)設(shè)初期（如5周內(nèi)）就擬定一個(gè)自己感興趣、與巖石力學(xué)與工程緊密相關(guān)的數(shù)值計(jì)算課題，帶著問(wèn)題進(jìn)行課程學(xué)習(xí)。課程的每個(gè)環(huán)節(jié)都使學(xué)生對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)更深入一步，當(dāng)專業(yè)知識(shí)和數(shù)值計(jì)算知識(shí)儲(chǔ)備到達(dá)一定程度后，即可開(kāi)展數(shù)值試驗(yàn)方面的研究。在此過(guò)程中遇到的突出問(wèn)題，可以由任課教師利用課間時(shí)間給學(xué)生答疑解惑，或一些共性問(wèn)題可在課堂適當(dāng)講解，從而輔助學(xué)生完成預(yù)設(shè)的各類工程問(wèn)題，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

4.結(jié)合工程案例的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐性教學(xué)。實(shí)踐性教學(xué)的核心應(yīng)是開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，將課堂教學(xué)與實(shí)際工程緊密結(jié)合，從而升華理論知識(shí)、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真成果。針對(duì)本課程的實(shí)用化特點(diǎn)及課堂教學(xué)進(jìn)展?fàn)顩r，選擇有代表性的巖石工程作為典型教學(xué)案例進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，適時(shí)邀請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人就工程案例進(jìn)行詳細(xì)講解，包括可能遇到的各類巖質(zhì)邊坡工程、巖石地基工程、地下空間與地鐵工程等，從而增強(qiáng)課程學(xué)習(xí)的針對(duì)性、提高學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述建設(shè)，將豐富我校大學(xué)生巖石力學(xué)課程的實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容，使其充分兼顧理論、實(shí)驗(yàn)與數(shù)值仿真、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐三個(gè)方面。在此基礎(chǔ)上，凝練巖石力學(xué)課程實(shí)踐性教學(xué)改革的創(chuàng)新手段與特色教學(xué)方法，推動(dòng)本科巖石力學(xué)課程實(shí)踐性教學(xué)改革的深入發(fā)展。

巖石力學(xué)論文:海洋工程《巖石力學(xué)》的研討式教學(xué)

摘要：《巖石力學(xué)》這門(mén)課程具有理論性和應(yīng)用性兩個(gè)方面均較強(qiáng)的特點(diǎn)。這不但需要教師和學(xué)生針對(duì)現(xiàn)有理論進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，更為重要的是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。應(yīng)用研討式教學(xué)方法可以達(dá)到這一目的。本文從海洋工程《巖石力學(xué)》課程的實(shí)際需要出發(fā)，對(duì)研討式教學(xué)法的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：《巖石力學(xué)》；研討式教學(xué)；教師；提高能力

研討式教學(xué)發(fā)起源于早期的德國(guó)，現(xiàn)在已經(jīng)成為西方高校的一種普遍的教學(xué)方法。后來(lái)郭漢明教授進(jìn)行教改實(shí)踐[1，2]，創(chuàng)造了全新的研討式教學(xué)模式，開(kāi)啟了國(guó)內(nèi)研討式教學(xué)的先河。研討式教學(xué)以學(xué)生為主體，教師提出問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生查閱資料，研究討論后解決問(wèn)題[3-5]。海洋工程《巖石力學(xué)》是一門(mén)新興的課程，這門(mén)課程與以往的《巖石力學(xué)》不同之處在于，它將巖石力學(xué)與海洋環(huán)境結(jié)合起來(lái)，重點(diǎn)關(guān)注實(shí)際鉆井和采油等過(guò)程中的巖石力學(xué)問(wèn)題。這就需要培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。應(yīng)用研討式教學(xué)模式，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主體性、積極性和創(chuàng)造性。本文將從海洋工程《巖石力學(xué)》這門(mén)課程的背景和實(shí)際需求出發(fā)，探討研討式教學(xué)法的優(yōu)越性和必要性。

一、海洋工程《巖石力學(xué)》的特點(diǎn)

海洋油氣開(kāi)發(fā)與陸上油氣開(kāi)發(fā)存在明顯不同，體現(xiàn)在海洋鉆井、采油的各個(gè)環(huán)節(jié)，其中《巖石力學(xué)》也表現(xiàn)出明顯的特點(diǎn)。首先是海底環(huán)境非常復(fù)雜，不但土質(zhì)松軟，力學(xué)性質(zhì)十分弱，而且地貌多變，給海洋鉆采設(shè)備及工藝提出了巨大挑戰(zhàn)。近期國(guó)外內(nèi)出現(xiàn)的海洋油氣開(kāi)發(fā)中的多個(gè)災(zāi)難性事故與海底復(fù)雜的巖土環(huán)境密切相關(guān)。其次，海洋油氣藏多為松軟砂巖，這種巖石的孔隙度和滲透率高，儲(chǔ)量大，單口油井產(chǎn)量高，但在鉆井開(kāi)發(fā)過(guò)程中往往伴隨井壁失穩(wěn)、油層不穩(wěn)定、油層出砂、油層壓實(shí)及隨之而來(lái)的海底沉降變形等問(wèn)題。目前為船舶與海洋工程專業(yè)開(kāi)設(shè)《巖石力學(xué)》課程經(jīng)過(guò)兩年的教學(xué)實(shí)踐，表明這門(mén)課程的開(kāi)設(shè)十分必要，學(xué)生對(duì)于《巖石力學(xué)》的學(xué)習(xí)積極性也較高，基本達(dá)到了課程開(kāi)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)。但是隨著學(xué)科的不斷發(fā)展，在《巖石力學(xué)》的教學(xué)中需要重點(diǎn)突出海洋石油開(kāi)發(fā)過(guò)程中的巖石力學(xué)問(wèn)題，而目前這一點(diǎn)做的不是很充分。另外，《巖石力學(xué)》這門(mén)課程具有理論性和應(yīng)用性兩個(gè)方面均較強(qiáng)的特點(diǎn)，這不但需要教師和學(xué)生針對(duì)現(xiàn)有理論進(jìn)行系統(tǒng)地學(xué)習(xí)，更為重要的是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

二、研討式教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的教育理念是以教師為主體，學(xué)生為客體，主客關(guān)系非常明確。學(xué)生被動(dòng)的吸取知識(shí)，這就容易造成：學(xué)生很難在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，知識(shí)的獲取僅限于課堂，失去了學(xué)習(xí)的動(dòng)力，壓抑個(gè)性，限制了學(xué)生的全面發(fā)展。同時(shí)，也不利于師生之間的交流。研討式教學(xué)模式提倡以人為本的理念[6]。從學(xué)生的發(fā)展角度出發(fā)，教師從單一的知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變成學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。與傳統(tǒng)的課堂模式相比，研討式教學(xué)具有明顯的互動(dòng)性，提高學(xué)生的參與性，更加強(qiáng)了師生之間的平等交流的關(guān)系，活躍了課堂氣氛，有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。這些特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）以學(xué)生為主體的討論式教學(xué)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，激發(fā)他們學(xué)習(xí)和探討問(wèn)題的動(dòng)力。在這一點(diǎn)上，教師的引導(dǎo)作用至關(guān)重要。它需要我們從學(xué)生的角度出發(fā)，構(gòu)建一套完整的引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入研討境界的課程教學(xué)程序。（2）培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力。研討式教學(xué)改變了長(zhǎng)久以來(lái)教師講課為主的教學(xué)模式，代之以個(gè)人自學(xué)為主，小組討論評(píng)比，然后由教師總結(jié)討論結(jié)果。這種教學(xué)方式符合學(xué)生的心理特征，肯定了他們的學(xué)習(xí)成果。（3）改善了學(xué)生與教師之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生和教師在課堂上的良性互動(dòng)。

三、基于研討式教學(xué)方法的教學(xué)實(shí)施

海洋工程《巖石力學(xué)》是一門(mén)根據(jù)海洋油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中的巖石力學(xué)問(wèn)題衍生出來(lái)的相關(guān)課程，我們不能依照一般的巖石力學(xué)來(lái)授課。根據(jù)海洋工程《巖石力學(xué)》的課程性質(zhì)，我們從以下幾個(gè)方面來(lái)設(shè)計(jì)研討式授課內(nèi)容。

1.海洋環(huán)境及巖石力學(xué)的相關(guān)文獻(xiàn)閱讀指導(dǎo)方案。文獻(xiàn)閱讀與分析是從事科學(xué)研究的重要環(huán)節(jié)和基本功，讓學(xué)生在本科階段適當(dāng)結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容開(kāi)展文獻(xiàn)閱讀的訓(xùn)練不但對(duì)本課程的學(xué)習(xí)十分有益，而且為以后進(jìn)一步的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這是研討式教學(xué)的第一步。這個(gè)環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生開(kāi)闊視野，了解相關(guān)課題的最新研究動(dòng)態(tài)。

2.結(jié)合海洋油氣開(kāi)發(fā)的工程實(shí)際和巖石力學(xué)理論，研究研討課題。相對(duì)于課題的解決而言，課題的提出不但難度大而且頗具挑戰(zhàn)性。好的課題可以發(fā)現(xiàn)工程實(shí)際的本質(zhì)，解決實(shí)際問(wèn)題，而且可行性較好；而不好的課題無(wú)法抓住問(wèn)題的本質(zhì)，且解決不了實(shí)際問(wèn)題。要做到選題合理，必須抓住研究中的關(guān)鍵點(diǎn)，這可以是學(xué)術(shù)前沿，也可以是學(xué)術(shù)研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題。教師在這一環(huán)節(jié)起到至關(guān)重要的作用。因?yàn)檫@不僅需要教師具有專業(yè)的知識(shí)水平，還需要了解學(xué)生的實(shí)際情況，制定的課題要有代表性，還要注意難易程度，務(wù)必使學(xué)生有所得。

3.基于MatLab平臺(tái)的計(jì)算機(jī)輔助研究提出的課題?，F(xiàn)實(shí)問(wèn)題的復(fù)雜性和規(guī)模往往不是傳統(tǒng)的紙和筆的模式容易解決的，大多需要借助計(jì)算機(jī)程序輔助解決。大學(xué)生對(duì)Matlab的學(xué)習(xí)和掌握較為容易。加入這一內(nèi)容是為了使學(xué)生能夠掌握實(shí)際解決問(wèn)題的技能。通過(guò)認(rèn)真篩選，我們最終選擇了四個(gè)課題，用于研討式教學(xué)，即水力壓裂模型、海底沉降模型、地層出砂模型、井壁穩(wěn)定模型。在給出討論題目之后，我們將學(xué)生分組，根據(jù)學(xué)生的人數(shù)和課時(shí)的安排，將學(xué)生分為4個(gè)小組，分別選擇一個(gè)課題。教師對(duì)研究課題給出要求，小組自己安排分工，教師可以在旁指導(dǎo)。首先是學(xué)生查閱文獻(xiàn)，因?yàn)橄嚓P(guān)資料非常繁雜，所以教師可以針對(duì)研究課題，介紹一些文獻(xiàn)資料，使學(xué)生少走彎路，在此基礎(chǔ)上，也鼓勵(lì)學(xué)生自己查找資料補(bǔ)充，消化、歸納和總結(jié)文獻(xiàn)資料。這是研討課中最重要、也最花費(fèi)時(shí)間的一個(gè)環(huán)節(jié)。它要求學(xué)生投入很大的精力和時(shí)間，對(duì)所有資料進(jìn)行閱讀理解，如課題的研究背景、研究思路和方法，最近的研究成果以及實(shí)際的應(yīng)用情況。對(duì)于每個(gè)課題，我們要求學(xué)生選擇一個(gè)實(shí)際案例，進(jìn)行編程，且選擇一種軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，一方面是驗(yàn)證自己的理論知識(shí)，另一方面是學(xué)習(xí)一門(mén)軟件技能。如圖1所示，是1組同學(xué)用Matlab設(shè)計(jì)的一個(gè)計(jì)算而為水力壓裂模型的界面，圖2是3組同學(xué)采用Abaqus計(jì)算的直井井壁圍巖的應(yīng)力分布情況。經(jīng)過(guò)這些練習(xí)，同學(xué)們對(duì)知識(shí)的理解更加深刻，教師也了解了學(xué)生知識(shí)的掌握情況。

報(bào)告的總結(jié)和歸納，是對(duì)所有工作的總結(jié)，包括組內(nèi)成員之間的交流和統(tǒng)一意見(jiàn)，最后編寫(xiě)成研討課上的演講稿和課件。這個(gè)過(guò)程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的文字表達(dá)和口頭表達(dá)的能力十分重要。教師在這個(gè)環(huán)節(jié)可以引導(dǎo)學(xué)生，如演講稿的版面要美觀大方，內(nèi)容必須簡(jiǎn)潔明了。我們鼓勵(lì)學(xué)生在小組中先進(jìn)行組內(nèi)答辯，然后其他成員打分，提意見(jiàn)，推選出一位代表，進(jìn)行課上的答辯。最后，學(xué)生代表根據(jù)自己選擇的課題在全班進(jìn)行答辯，其他學(xué)生討論交流，提出自己的看法和問(wèn)題，然后大家針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行討論解答。教師在這個(gè)環(huán)節(jié)中可以進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生，注意調(diào)節(jié)課堂氣氛，還要對(duì)演講同學(xué)以及小組進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和打分，在所有小組演講完畢，要進(jìn)行最后的總結(jié)和歸納。

實(shí)踐表明，研討式教學(xué)對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)、提高能力、培養(yǎng)研究素養(yǎng)具有重要的作用。這種教學(xué)方法為師生提供了一個(gè)自由、開(kāi)放、積極地交流環(huán)境，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，研討的過(guò)程更是一個(gè)跨專業(yè)的交流和溝通，學(xué)生相互之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，開(kāi)闊了大家的視野，使學(xué)生全方位的考慮問(wèn)題，完善課程的認(rèn)識(shí)層面。它也促進(jìn)了師生之間的平等交流，客觀上強(qiáng)化了一種學(xué)術(shù)交流模式，從而實(shí)現(xiàn)了學(xué)術(shù)水平的共同進(jìn)步。

巖石力學(xué)論文:巖石力學(xué)雙語(yǔ)課程建設(shè)的必要性探究

摘要：巖石力學(xué)不僅是一門(mén)重視理論的學(xué)科，也是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的工程學(xué)科，是巖土工程等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。針對(duì)目前中國(guó)高校巖石力學(xué)的內(nèi)容落后以及教學(xué)方式枯燥等問(wèn)題，本文著重探究了建設(shè)巖石力學(xué)雙語(yǔ)課程的必要性及可行性，以促進(jìn)雙語(yǔ)教學(xué)在高校的落實(shí)，發(fā)揮雙語(yǔ)教學(xué)在高校素質(zhì)教育中的作用，為高校培養(yǎng)巖石力學(xué)高層人才提供有效思路。

關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；雙語(yǔ)教學(xué)；必要性

目前，我國(guó)絕大多數(shù)高校都采用普通話作為教學(xué)語(yǔ)言。而香港和新加坡的大學(xué)主要使用英語(yǔ)教學(xué)。臺(tái)灣也正在加強(qiáng)英語(yǔ)教學(xué)的力度。還有很多非英語(yǔ)國(guó)家的高校正在使用英語(yǔ)教學(xué)或開(kāi)始設(shè)置英語(yǔ)課程了[1]。世界各地都廣泛地使用英語(yǔ)授課或者從事各種學(xué)術(shù)活動(dòng)，如今英語(yǔ)已經(jīng)成為了一種科技語(yǔ)言。因此，采用英語(yǔ)傳遞信息已成為全球文化與科學(xué)的主要形式。雙語(yǔ)教學(xué)，即在課堂上增加使用第二中語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行學(xué)科的教授，它已經(jīng)是實(shí)施雙語(yǔ)教育的重要手段之一[2]。為了推動(dòng)雙語(yǔ)教學(xué)的發(fā)展，教育部自2001年明確提出要在高校積極推動(dòng)使用英語(yǔ)等外語(yǔ)進(jìn)行教學(xué)，其中“本科教育要?jiǎng)?chuàng)造條件使用英語(yǔ)等外語(yǔ)進(jìn)行公共課和專業(yè)課教學(xué)”，近年來(lái)我國(guó)內(nèi)陸許多高校增開(kāi)了一系列雙語(yǔ)課，也就是在教學(xué)過(guò)程中既有英語(yǔ)授課部分，又有漢語(yǔ)授課部分。不少人認(rèn)為，雙語(yǔ)教學(xué)可以促進(jìn)高等教育的國(guó)際化[3]。巖石力學(xué)是運(yùn)用力學(xué)原理和方法來(lái)研究巖體的力學(xué)以及力學(xué)相關(guān)現(xiàn)象的一門(mén)新興科學(xué)，也就是研究巖體在各種力場(chǎng)作用下變形與破壞規(guī)律的理論及其實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)[4]。為了達(dá)到良好的教學(xué)效果，在調(diào)查分析國(guó)內(nèi)外高校尤其是石油類高校教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，我們對(duì)巖石力學(xué)建設(shè)雙語(yǔ)課程的必要性進(jìn)行了探索。

一、目前巖石力學(xué)課程存在的問(wèn)題

1.教材陳舊，內(nèi)容落后。隨著我國(guó)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的投資和發(fā)展，巖石力學(xué)的理論研究取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，建造出了三峽工程、青藏鐵路、南水北調(diào)等許多高難度、劃時(shí)代的標(biāo)志性工程，使得我國(guó)在巖石力學(xué)的理論研究、室內(nèi)外試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和經(jīng)驗(yàn)積累方面獲得了舉世矚目的成果[5]。然而，作為培養(yǎng)巖石力學(xué)高級(jí)人才的大學(xué)，普遍存在著所采教材陳舊，內(nèi)容嚴(yán)重落后于目前巖石力學(xué)的實(shí)際發(fā)展水平的現(xiàn)象，在一定程度上出現(xiàn)理論與現(xiàn)實(shí)脫節(jié)的現(xiàn)象。

2.教學(xué)手段單調(diào)，教學(xué)模式枯燥。巖石力學(xué)的理論比較枯燥，容易導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高、主動(dòng)性不強(qiáng)。僅僅以傳統(tǒng)的傳授書(shū)本知識(shí)為主的板書(shū)和PPT課堂教學(xué)模式已不能滿足應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的需求[6～9]。另外，該課設(shè)置的課時(shí)量相對(duì)于要講授的內(nèi)容來(lái)說(shuō)偏少，按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行，容易出現(xiàn)讓學(xué)生對(duì)知識(shí)只能寬泛了解而掌握不牢的現(xiàn)象，同時(shí)也容易讓老師被迫放棄部分教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)象。巖石力學(xué)包含的力學(xué)知識(shí)點(diǎn)較多，存在很多公式的推導(dǎo)過(guò)程，僅僅靠板書(shū)和PPT的形式，不能讓學(xué)生高效地接受知識(shí)。

二、采用雙語(yǔ)進(jìn)行巖石力學(xué)的教學(xué)的必要性

21世紀(jì)是知識(shí)、信息和經(jīng)濟(jì)一體化的時(shí)代。隨著我國(guó)對(duì)外開(kāi)放的深入，特別是成功加入WTO以后，各個(gè)行業(yè)積極引入國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)外交流與合作日益密切，與巖石力學(xué)相關(guān)的行業(yè)也不例外，我國(guó)高校教育正面臨著更加嚴(yán)酷的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，在一定程度上需求具有一定的專業(yè)外語(yǔ)知識(shí)的人才。

1.采用多種教學(xué)手段，增強(qiáng)教學(xué)效果。雖然也有單獨(dú)開(kāi)設(shè)了土木工程專業(yè)英語(yǔ)等專業(yè)外語(yǔ)課，但是仍存在一些內(nèi)容交叉重復(fù)的問(wèn)題，給教學(xué)帶來(lái)了困難[4]。所以在巖石力學(xué)課程教學(xué)改革方案中，不應(yīng)局限于教授專業(yè)外語(yǔ)知識(shí)，也可以在漢語(yǔ)授課過(guò)程中普及相應(yīng)的專業(yè)外語(yǔ)詞匯。所以，可以在師資條件具備的情況下，巖石力學(xué)采取專業(yè)教學(xué)與外語(yǔ)教學(xué)相結(jié)合的雙語(yǔ)教學(xué)辦法，教材可以采用外文教材或者添加外文輔助教材以跟進(jìn)國(guó)內(nèi)外進(jìn)展，從而保證內(nèi)容的先進(jìn)性。教學(xué)過(guò)程中，可以在每一章增加相應(yīng)的專業(yè)詞匯的英文注解及相關(guān)解釋。另外，還應(yīng)提供外文資料供學(xué)生參考。這樣多途徑的教學(xué)方式，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程的同時(shí)，又學(xué)習(xí)了專業(yè)外語(yǔ)。既避免了專業(yè)課程專業(yè)詞匯零散的缺點(diǎn)，也增加了學(xué)生們學(xué)習(xí)專業(yè)外語(yǔ)的興趣。

2.增強(qiáng)英語(yǔ)的閱讀和表達(dá)能力。（1）實(shí)施雙語(yǔ)教學(xué)可以為學(xué)生打好堅(jiān)實(shí)的專業(yè)詞匯基礎(chǔ)，補(bǔ)充公共外語(yǔ)教學(xué)的不足，促進(jìn)國(guó)際學(xué)習(xí)交流的效果。隨著國(guó)際化交流的日益頻繁，除了查閱國(guó)際期刊，學(xué)生們有越來(lái)越多的機(jī)會(huì)出席各類國(guó)際會(huì)議，直接聆聽(tīng)外國(guó)專家的演講報(bào)告，并且參與到國(guó)際學(xué)術(shù)交流中去；而更有相當(dāng)一部分的同學(xué)將可能去國(guó)外留學(xué)或者工作。因此課堂上采取雙語(yǔ)教學(xué)可以使學(xué)生們提前熟悉掌握該專業(yè)的名詞術(shù)語(yǔ)，達(dá)到與國(guó)際同行順利進(jìn)行學(xué)術(shù)交流的目的；而一般的公共外語(yǔ)考試并無(wú)法涉及這些專業(yè)內(nèi)容，經(jīng)驗(yàn)表明只接受公共外語(yǔ)教育不能滿足專業(yè)交流的需要，這就更加體現(xiàn)出雙語(yǔ)教學(xué)的必要性。

（2）實(shí)施雙語(yǔ)教學(xué)可以通過(guò)中英文對(duì)照，采取優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以加深對(duì)內(nèi)容的理解和辨析。專業(yè)詞匯或者定義、表述等由于英語(yǔ)語(yǔ)言習(xí)慣與漢語(yǔ)的不同，有時(shí)在翻譯成漢語(yǔ)的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)生硬、不準(zhǔn)確，甚至有歧義的地方，而直接在英語(yǔ)的環(huán)境下學(xué)習(xí)反而更加有利于內(nèi)容的理解和知識(shí)點(diǎn)的掌握。另一方面，有些專業(yè)詞匯是由學(xué)生并不熟悉的詞根組合而成的，這時(shí)通過(guò)與漢語(yǔ)書(shū)本內(nèi)容進(jìn)行比較可以在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)加深對(duì)于英語(yǔ)的構(gòu)詞方式的理解，對(duì)類似的生詞觸類旁通，從而達(dá)到舉一反三的效果。（3）實(shí)施雙語(yǔ)教學(xué)學(xué)生不但可以掌握巖石力學(xué)的專業(yè)詞匯，也可以對(duì)其他一些基本的科技用語(yǔ)有所了解。比如基本的數(shù)學(xué)物理符號(hào)的讀法、縮寫(xiě)的含義，石油生產(chǎn)過(guò)程中的常見(jiàn)設(shè)備的英文說(shuō)法等，同樣這些也是公共外語(yǔ)所沒(méi)有包含的內(nèi)容。

三、采用雙語(yǔ)進(jìn)行巖石力學(xué)的教學(xué)的可行性

1.高校教師的英文水平可以勝任雙語(yǔ)教學(xué)的要求。目前高校中有許多在國(guó)外學(xué)習(xí)訪問(wèn)并且用英文發(fā)表文章和進(jìn)行講座經(jīng)歷的老師，他們的外語(yǔ)能力可以充分保證雙語(yǔ)教學(xué)的實(shí)施效果。

2.巖石力學(xué)的教學(xué)資源有許多國(guó)內(nèi)外經(jīng)典的原版教材。這些教材既包括側(cè)重原理、概念講授的基礎(chǔ)教材，也有充分反映最新研究成果的專著。在授課過(guò)程中可以選擇其中的一部分作為指定的教材及參考書(shū)，以滿足不同的教學(xué)需要。

總之，以強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際、重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的英語(yǔ)能力為該課程的主要建設(shè)目標(biāo)，進(jìn)一步提高教師教學(xué)水平，加強(qiáng)教材等教學(xué)資源的建設(shè)，不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法，最終讓學(xué)生掌握本門(mén)課程教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)英語(yǔ)水平的提高。實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生掌握絕大部分專業(yè)詞匯，勝任該專業(yè)領(lǐng)域的國(guó)際交流，學(xué)習(xí)跟蹤近期國(guó)內(nèi)外反應(yīng)重要學(xué)術(shù)和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的文獻(xiàn)，了解學(xué)科前沿發(fā)展情況及最新成果的最終目標(biāo)。

巖石力學(xué)論文:巖石力學(xué)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

摘要：巖石力學(xué)是一門(mén)理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)的課程，如何開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，以確保教學(xué)質(zhì)量，是值得深思的問(wèn)題。從教材內(nèi)容、課堂教學(xué)方法、課程教學(xué)手段、實(shí)踐教學(xué)、行業(yè)現(xiàn)狀等方面對(duì)巖石力學(xué)課程的教學(xué)進(jìn)行了全面的探討。通過(guò)教學(xué)改革實(shí)踐結(jié)果表明：在全面掌握該課程的基礎(chǔ)上，學(xué)生課上更加積極主動(dòng)，興趣更加濃厚，取得了良好的效果，為巖石力學(xué)教學(xué)改革提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)實(shí)踐；教學(xué)目標(biāo)

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010～2020年）》[1]指出，我國(guó)高等教育的發(fā)展，將定位于以全面提高高等教育質(zhì)量為重點(diǎn)，更加注重提高人才質(zhì)量、提升教學(xué)研究水平和增強(qiáng)社會(huì)服務(wù)能力、特別強(qiáng)調(diào)了高等教育要“優(yōu)化結(jié)構(gòu)辦出特色”，發(fā)揮政策指導(dǎo)和資源配置的作用，引導(dǎo)高校合理定位，克服同質(zhì)化傾向，[2]形成各自辦學(xué)理念和風(fēng)格，在不同層次、不同領(lǐng)域辦出特色，爭(zhēng)創(chuàng)一流。

巖石力學(xué)是研究巖石力學(xué)形態(tài)的理論和應(yīng)用的科學(xué)，是探討巖石對(duì)周圍物理環(huán)境中力場(chǎng)反應(yīng)的學(xué)科，是一門(mén)應(yīng)用型基礎(chǔ)學(xué)科，其理論基礎(chǔ)廣泛，涉及工程地質(zhì)學(xué)、固體力學(xué)、彈塑性力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、建筑結(jié)構(gòu)學(xué)等多門(mén)學(xué)科。通過(guò)對(duì)巖石力學(xué)形態(tài)的理論和實(shí)驗(yàn)研究，解決巖土工程領(lǐng)域的破壞和穩(wěn)定問(wèn)題，主要圍繞工程地質(zhì)研究方法、數(shù)學(xué)和力學(xué)分析法以及綜合評(píng)價(jià)法展開(kāi)，衍生出各種應(yīng)用手段和試驗(yàn)方法，較好地解決了巖土工程中所遇到的問(wèn)題?；诒菊n程的特點(diǎn)和重要性，有必要采取行之有效的措施提高“巖石力學(xué)”課程的教學(xué)水平，進(jìn)一步增強(qiáng)內(nèi)蒙古科技大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）巖土與地下工程方向本科生的核心競(jìng)爭(zhēng)力，以便能夠培出更多基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面廣養(yǎng)、素質(zhì)高、能力強(qiáng)、有創(chuàng)新意識(shí)和較強(qiáng)工程實(shí)踐能力的高級(jí)技術(shù)人才。

一、“巖石力學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

土木工程是內(nèi)蒙古科技大學(xué)歷史較為悠久的專業(yè)之一，專業(yè)下設(shè)建筑工程、道路與橋梁、鋼結(jié)構(gòu)、巖土與地下工程四個(gè)方向。巖石力學(xué)是2006年新增設(shè)的一門(mén)巖土與地下工程方向必修課，其開(kāi)設(shè)時(shí)間短，基礎(chǔ)較為薄弱，由于一些主觀及客觀的原因，課程教學(xué)存在著很多問(wèn)題。

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，巖石力學(xué)新理論、新工藝也如雨后春筍般出現(xiàn)，這對(duì)于廣大教學(xué)工作者提出了更高的要求。然而教材內(nèi)容較為陳舊，現(xiàn)代新理論、新工藝多沒(méi)有涉及，如課程中關(guān)于地應(yīng)力測(cè)量方法[3]章節(jié)中壓磁應(yīng)力解除法、HTPT法等則沒(méi)有描述。部分章節(jié)存在著與工程實(shí)際脫節(jié)的現(xiàn)象，學(xué)生重視程度不夠，如巖石力學(xué)數(shù)值分析方法章節(jié)。同時(shí)巖石力學(xué)由于其理論基礎(chǔ)廣泛，教師課上需要做大量的公式推導(dǎo)及理論的串聯(lián)工作，但有些教師拋繁就簡(jiǎn)，關(guān)鍵部分不做詳細(xì)闡述，忽視了學(xué)生能力參差不齊的特點(diǎn)；某些涉及工程應(yīng)用部分的講述雖然采用了現(xiàn)代多媒體手段，但是手段單一，多為圖文課件，缺少動(dòng)畫(huà)素材及現(xiàn)場(chǎng)視頻。另外，不同規(guī)范之間同樣問(wèn)題的描述不一致使學(xué)生感到極為困惑。如對(duì)于巖石、巖體（圍巖）的分類，《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001）（附錄A）中將巖體基本質(zhì)量等級(jí)分為I～V（好～差）級(jí)，而在其他規(guī)范中，如《公路工程地質(zhì)勘查規(guī)范》（JTJ 064-98）（附錄G）中將隧道圍巖分為I～VI（差～好）級(jí)，兩者之間存在截然不同的差別。規(guī)范之間諸如此類問(wèn)題較多。

二、巖石力學(xué)課程教學(xué)改革

1.改善教學(xué)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

巖石力學(xué)課程傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師以講授為主，學(xué)生則被動(dòng)接受知識(shí)，這種教學(xué)方式遏制了學(xué)生學(xué)習(xí)和思考問(wèn)題的積極性，為了改變這種狀態(tài)，形成教師和學(xué)生互動(dòng)學(xué)習(xí)的氣氛，必須改革原有的教學(xué)方法。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的難易程度，采用啟發(fā)式、研究式、討論式等多種教學(xué)方法。對(duì)部分偏理論或純理論章節(jié)，教師應(yīng)對(duì)其來(lái)源、本質(zhì)、對(duì)工程的意義和重要性以及與其相關(guān)理論的關(guān)聯(lián)做深入的解剖，使學(xué)生有一個(gè)較為清楚的認(rèn)識(shí)。當(dāng)學(xué)生弄清基本概念和原理，再把握大的研究方向，則不難培養(yǎng)出學(xué)生思考問(wèn)題的積極性以及創(chuàng)新意識(shí)。利用本校的文獻(xiàn)檢索平臺(tái)，可結(jié)合課本及工程實(shí)際布置課后任務(wù)，讓學(xué)生充分利用其中資源，了解前人的研究成果和在時(shí)代大環(huán)境下某個(gè)研究?jī)?nèi)容的進(jìn)展，引導(dǎo)學(xué)生大膽說(shuō)出自己的見(jiàn)解。課上讓學(xué)生各抒已見(jiàn)，適當(dāng)引入討論課的形式，使教師和學(xué)生之間、學(xué)生和學(xué)生之間互動(dòng)交流。

2.豐富教學(xué)手段，緊跟時(shí)代步伐

基于巖石力學(xué)本身的特點(diǎn)以及傳統(tǒng)“黑板+粉筆”書(shū)寫(xiě)速度慢、單一、呆板、信息量小的缺點(diǎn)，課程教學(xué)適當(dāng)結(jié)合現(xiàn)代多媒體手段，充分利用多媒體課件授課內(nèi)容多、圖文并茂、表現(xiàn)力豐富的優(yōu)點(diǎn)，提高授課效率，調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂情緒。當(dāng)遇到重點(diǎn)公式推導(dǎo)時(shí)，采用傳統(tǒng)板書(shū)的方式，教師一步步推導(dǎo)，使學(xué)生易于理解，加深印象，也避免了因?qū)W生素質(zhì)良莠不齊，導(dǎo)致教師錯(cuò)估教學(xué)效果，造成惡性循環(huán)的局面。教師對(duì)于多媒體課件的制作，應(yīng)盡可能提高課件制作能力，隨時(shí)準(zhǔn)備大量的圖片和影像素材，特別是以往代表性的工程案例、近期的工程現(xiàn)場(chǎng)視頻以及新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備等的詳細(xì)情況，從而使學(xué)生充分關(guān)注本專業(yè)領(lǐng)域最新動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)其獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面。另外，培養(yǎng)學(xué)生在課下利用內(nèi)蒙古科技大學(xué)教學(xué)綜合網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的習(xí)慣，發(fā)揮平臺(tái)上的資源優(yōu)勢(shì)，通過(guò)師生討論區(qū)、答疑區(qū)、通知等，形成網(wǎng)絡(luò)教與學(xué)的互動(dòng)。

3.學(xué)與用的結(jié)合，理論與實(shí)踐的統(tǒng)一

一方面，鼓勵(lì)和指導(dǎo)學(xué)生參與大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目和教師的一些科研項(xiàng)目或其他工程現(xiàn)場(chǎng)，將巖石力學(xué)的知識(shí)點(diǎn)融入到項(xiàng)目中，使學(xué)生提前接觸生產(chǎn)實(shí)際，掌握一些在課堂上學(xué)不到的東西，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。例如，我校東門(mén)在建的地下人行通道，學(xué)生從工作井的開(kāi)挖到襯砌的完成，基本全程參與，學(xué)生對(duì)課堂上較為模糊的知識(shí)點(diǎn)多有了比較清晰的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)學(xué)生和教師的“問(wèn)”與“答”的互動(dòng)，也取得了理想的效果。另一方面，充分利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，采用數(shù)值分析方法，如ANSYS有限元軟件和FLAC有限差分軟件，將之運(yùn)用到實(shí)際工程中，通過(guò)輔助計(jì)算，改變學(xué)生“學(xué)無(wú)所用”的錯(cuò)誤想法。[4]如在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成過(guò)程中，數(shù)值分析方法在某個(gè)問(wèn)題中的必要性明顯，通過(guò)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和學(xué)生的努力，學(xué)生較好地模擬了一些工程問(wèn)題，再加上學(xué)生較為扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和將其運(yùn)用到工程實(shí)際的能力，答辯通過(guò)率幾近100%。

4.了解行業(yè)現(xiàn)狀，明確教學(xué)目標(biāo)

21世紀(jì)是地下空間的世紀(jì)。隨著我國(guó)城市化的進(jìn)程，地下工程蓬勃發(fā)展趨勢(shì)不可阻擋，然而本行業(yè)還存在諸多問(wèn)題制約著國(guó)家的發(fā)展和祖國(guó)的建設(shè)。例如，我國(guó)巖土工程技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)方面，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，不包括各省市所編制的地方標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)巖土工程方向的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)就有200余部，各行業(yè)規(guī)范自成體系，形成了名詞術(shù)語(yǔ)、巖土分類、參數(shù)、公式、設(shè)計(jì)理論高度不一致的局面，而重大工程的建設(shè)常常需要數(shù)名甚至數(shù)十名各專業(yè)技術(shù)人才，這就造成了各專業(yè)人員交流困難，工期拖延情況屢見(jiàn)不鮮。自國(guó)家實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)起，各類復(fù)雜性的工程技術(shù)問(wèn)題常有報(bào)道，如青藏高原鐵路的建設(shè)，曾遇到過(guò)各類國(guó)際性的技術(shù)難題，多年凍土的影響一度困擾著大量學(xué)者和工程技術(shù)人員。內(nèi)蒙古自治區(qū)作為西部GDP第二的省區(qū)，十年西部大開(kāi)發(fā)發(fā)生了翻天覆地的變化，而內(nèi)蒙古科技大學(xué)作為自治區(qū)高等院校，理應(yīng)培養(yǎng)出見(jiàn)聞廣博、理論扎實(shí)、有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力的高級(jí)技術(shù)人才，使之投身于西部建設(shè)，不怕艱難險(xiǎn)阻，牢記校訓(xùn)“百煉成鋼”，這是我校的教學(xué)目標(biāo)，教師應(yīng)牢記于心，以提高學(xué)生綜合素質(zhì)并為此更加辛勤地努力。

三、結(jié)語(yǔ)

巖石力學(xué)是巖土與地下結(jié)構(gòu)工程專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)課，本次教改實(shí)施一年有余，已取得部分預(yù)期效果，在實(shí)施的過(guò)程中深深體會(huì)到教學(xué)工作的復(fù)雜性和重要性。綜合素質(zhì)對(duì)于這個(gè)專業(yè)的人才培養(yǎng)是最重要的，教改的實(shí)施對(duì)于學(xué)生自身的發(fā)展，對(duì)社會(huì)都是有著重要意義的。

巖石力學(xué)論文:基于巖石力學(xué)理論的三壓力預(yù)測(cè)技術(shù)研究及應(yīng)用

摘 要：做好地層三壓力預(yù)測(cè)工作，對(duì)保護(hù)油氣層，提高鉆井成功率，降低鉆井成本具有重要意義。蘇仁諾爾油田斷層、裂縫十分發(fā)育，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，鉆井施工中噴、漏、卡等復(fù)雜事故時(shí)有發(fā)生。本文針對(duì)這樣的地質(zhì)特點(diǎn)采用聲波時(shí)差法計(jì)算地層孔隙壓力；從巖石力學(xué)基本原理出發(fā)，根據(jù)庫(kù)倫-摩爾準(zhǔn)則和拉伸破壞準(zhǔn)則建立坍塌壓力和破裂壓力的計(jì)算模型。并開(kāi)發(fā)了適應(yīng)于蘇仁諾爾油田的地層三壓力剖面預(yù)測(cè)軟件。該軟件能夠?qū)斫Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為鉆井液密度設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)；完鉆后利用實(shí)測(cè)壓力資料和測(cè)井資料對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證， 應(yīng)用表明，該法預(yù)測(cè)精度較高，可滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

關(guān)鍵詞：巖石力學(xué) 孔隙壓力 坍塌壓力 破裂壓力 預(yù)測(cè)模型

在鉆井中，準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)地層孔隙壓力、破裂壓力和坍塌壓力，能夠確保鉆井液密度設(shè)計(jì)和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性[1]，對(duì)油氣層保護(hù)，提高鉆井成功率，降低鉆井成本也起到至關(guān)重要的作用。蘇仁諾爾油田地質(zhì)情況比較復(fù)雜，斷層、裂縫十分發(fā)育，巖性復(fù)雜，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。該地區(qū)以往，地層三壓力預(yù)測(cè)主要通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和鉆后驗(yàn)證，精確性和準(zhǔn)確性都較差。鉆井施工中噴、漏、塌、卡等復(fù)雜事故時(shí)有發(fā)生，加大了鉆井風(fēng)險(xiǎn)，增加了鉆井成本，延長(zhǎng)了鉆井周期，同時(shí)也給油氣層帶來(lái)更大的傷害。

結(jié)合蘇仁諾爾油田實(shí)際，在預(yù)測(cè)地層孔隙壓力方面，采用聲波時(shí)差法計(jì)算。本文從巖石力學(xué)角度出發(fā)，建立了地層破裂壓力和地層坍塌壓力預(yù)測(cè)模型；進(jìn)而利用蘇仁諾爾油田的常規(guī)測(cè)井資料連續(xù)地計(jì)算了該區(qū)的地層坍塌壓力和破裂壓力，從而有效地指導(dǎo)了鉆井施工，收到了良好的效果。

一、三壓力預(yù)測(cè)模型的建立

1.地層孔隙壓力預(yù)測(cè)模型的建立

根據(jù)蘇仁諾爾油田的地質(zhì)特點(diǎn)，分析表明采用聲波時(shí)差測(cè)井資料分析法預(yù)測(cè)地層孔隙壓力效果較好。

對(duì)于正常壓力泥頁(yè)巖地層，隨著埋深的增加，地層的孔隙度逐漸降低，聲波時(shí)差逐漸減小。出現(xiàn)異常壓力后，聲波時(shí)差不再隨埋深增加而減小，出現(xiàn)聲波時(shí)差異常增大現(xiàn)象。據(jù)此可以預(yù)測(cè)地層的異常壓力，預(yù)測(cè)過(guò)程如下：

從巖石力學(xué)角度看，井壁穩(wěn)定與否取決于井眼圍巖的應(yīng)力大小與地層強(qiáng)度。若井眼圍巖的應(yīng)力小于地層強(qiáng)度，井眼是穩(wěn)定的；若井眼圍巖的應(yīng)力大于地層強(qiáng)度，井壁將產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致井下復(fù)雜[4]。根據(jù)庫(kù)侖-摩爾準(zhǔn)則和拉伸破壞準(zhǔn)則推導(dǎo)地層坍塌壓力和破裂壓力的表達(dá)式。

2.1地層坍塌壓力表達(dá)式

研究中選擇了庫(kù)侖-摩爾準(zhǔn)則作為剪切破壞的強(qiáng)度判據(jù)。這個(gè)準(zhǔn)則認(rèn)為巖石沿某一平面發(fā)生剪切破壞，不僅與該面上剪應(yīng)力大小有關(guān)，而且與該面上的正應(yīng)力有關(guān)。巖石并不沿著最大剪應(yīng)力作用面產(chǎn)生破壞，而是沿著其剪應(yīng)力與正應(yīng)力達(dá)到最不利組合的某一面產(chǎn)生破裂。其表達(dá)式如下：

井眼圍巖的應(yīng)力大小與井眼內(nèi)的鉆井液密度有關(guān)，隨著鉆井液密度的降低，井眼圍巖的剪應(yīng)力不斷提高，當(dāng)超過(guò)巖石的抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖石將發(fā)生剪切破壞。發(fā)生剪切破壞的臨界井眼液柱壓力稱為坍塌壓力，一般情況下簡(jiǎn)稱為坍塌壓力[2]。

當(dāng)井眼液柱壓力較低（即鉆井液密度較低）時(shí)，在井壁上會(huì)出現(xiàn)較大的剪切應(yīng)力而使井眼發(fā)生坍塌[8]。可得坍塌壓力的表達(dá)式：

表達(dá)式中包含兩個(gè)變量：井眼液柱壓力 和圓周角 。在0～180°之間選擇圓周角 ，求解井眼液柱壓力最大值 ，即為保持井眼穩(wěn)定的井眼液柱壓力下限―坍塌壓力 。

2.2地層破裂壓力表達(dá)式

當(dāng)鉆井液液柱壓力過(guò)高時(shí)，在井壁處會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)地層的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)拉伸破壞（拉伸破壞準(zhǔn)則）。

2.3 計(jì)算模型相關(guān)參數(shù)的確定

利用地層坍塌壓力和地層破裂壓力計(jì)算模型求取地層的坍塌壓力和破裂壓力，必須已知地層的原地應(yīng)力、彈性模量、泊松比、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、孔隙壓力、有效應(yīng)力系數(shù)等參數(shù)[3]。由測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)間接獲取地層的力學(xué)參數(shù)，可以計(jì)算出任意深度地層三壓力，進(jìn)而可獲取地層三壓力剖面。

2.3.1地層彈性參數(shù)

通過(guò)巖石力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)可以把標(biāo)準(zhǔn)公式中的力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換成某一施工地區(qū)的力學(xué)參數(shù)，對(duì)蘇仁諾爾油田20塊巖心試樣進(jìn)行了測(cè)試，共獲得430個(gè)數(shù)據(jù)，通過(guò)回歸處理得到了該地區(qū)的彈性模量、和泊松比計(jì)算公式。

二、壓力預(yù)測(cè)軟件

基于上述研究，利用所建立的模型編制了地層三壓力預(yù)測(cè)軟件，通過(guò)輸入聲波、密度等測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)以及井眼軌跡參數(shù)和地應(yīng)力參數(shù)計(jì)算得出地層三壓力剖面。進(jìn)而應(yīng)用該軟件預(yù)測(cè)地層三壓力，為合理設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)、鉆井液密度提供可靠依據(jù)[6]。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為了驗(yàn)證地層三壓力剖面的預(yù)測(cè)精度，在蘇仁諾爾油田選取蘇3-1井、蘇301-1井和蘇20-2井3口新鉆井進(jìn)行了鉆前預(yù)測(cè)，完鉆后利用實(shí)測(cè)壓力資料對(duì)預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了驗(yàn)證。新鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的基本過(guò)程是：首先利用鄰井測(cè)井資料通過(guò)外推法預(yù)測(cè)待鉆井的地層三壓力剖面[9]（如圖1），然后根據(jù)地層壓力剖面進(jìn)行鉆井液密度設(shè)計(jì)和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；完井后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)壓數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)的測(cè)井資料檢驗(yàn)壓力剖面的精度[5]。實(shí)測(cè)值均在預(yù)測(cè)值范圍內(nèi)（見(jiàn)表1和表2），吻合程度較好，該方法的預(yù)測(cè)精度較高。

四、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1.本文基于地層三壓力計(jì)算一般理論，從巖石力學(xué)和破環(huán)準(zhǔn)則等角度出發(fā)，建立了適合蘇仁諾爾油田地質(zhì)情況的地層三壓力預(yù)測(cè)模型，提高了地區(qū)適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了利用常規(guī)完井測(cè)井資料預(yù)測(cè)地層三壓力的目的。

2.利用所編制的三壓力預(yù)測(cè)軟件，處理工區(qū)測(cè)井資料，明顯提高了地層壓力預(yù)測(cè)的精度，為合理設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)、鉆井液密度提供了可靠依據(jù)，對(duì)于安全高效鉆井具有重要的意義。

巖石力學(xué)論文:巖石力學(xué)及地層抗鉆特性預(yù)測(cè)研究與應(yīng)用

【摘要】大港油田深部地層巖性致密，研磨性強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度大，可鉆性差，機(jī)械鉆速較低，嚴(yán)重影響了油田的鉆井周期和鉆井成本。本文通過(guò)實(shí)鉆巖心抗鉆特性試驗(yàn)研究、巖石力學(xué)特性參數(shù)縱橫向分布規(guī)律及地層巖石抗鉆特性分析、地層巖石可鉆性分析、鉆頭動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及鉆頭優(yōu)選評(píng)價(jià)等技術(shù)研究，優(yōu)選了適合大港油田不同地層的鉆頭，并針對(duì)深部特殊地層進(jìn)行了鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)，機(jī)械鉆速顯著提高。本文的研究為準(zhǔn)確分析和預(yù)測(cè)大港油田深部地層巖石可鉆性提供新的技術(shù)手段，對(duì)提高大港油田的鉆井效率具有重要的促進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】測(cè)井資料 鉆頭 可鉆性 巖石力學(xué) 抗鉆特性

大港油田鉆井過(guò)程中主要鉆遇平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營(yíng)組和沙河街組，各區(qū)塊機(jī)械鉆速總體呈下降趨勢(shì)，特別是深部地層巖性致密，研磨性強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度大，可鉆性差。實(shí)鉆結(jié)果表明進(jìn)入東營(yíng)組地層后隨著巖石強(qiáng)度的增加機(jī)械鉆速迅速降低，尤其是沙河街組地層深部機(jī)械鉆速明顯偏低，僅為沙河街上部的一半左右，嚴(yán)重制約了鉆井速度和勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的提升。為加快深部沙河街組地層鉆井速度，提高整體經(jīng)濟(jì)效益，有必要針對(duì)大港油田地層巖石可鉆性開(kāi)展研究，分析研究出其分布規(guī)律，進(jìn)而優(yōu)選出適合該地區(qū)地層的鉆頭，以指導(dǎo)優(yōu)快鉆井技術(shù)方案的制定。

1 地層巖石力學(xué)特性參數(shù)的測(cè)定

為系統(tǒng)開(kāi)展巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)及可鉆性的測(cè)試和分析，本文收集了17塊巖心，進(jìn)行了聲學(xué)試驗(yàn)、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、巖石硬度試驗(yàn)和巖石可鉆性試驗(yàn)，為準(zhǔn)確掌握大港油田深部地層的巖石可鉆性規(guī)律提供了基本數(shù)據(jù)參考依據(jù)。巖石力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

2 巖石力學(xué)特性參數(shù)縱橫向分布規(guī)律

2.1 彈性模量及泊松比

假設(shè)巖石為各向同性無(wú)限彈性體，根據(jù)縱波速度和橫波速度計(jì)算動(dòng)泊松比和動(dòng)彈性模量的關(guān)系式為：

3.3 地層巖石可鉆性剖面的確定

根據(jù)以上回歸得到的聲波時(shí)差與牙輪鉆頭和PDC鉆頭關(guān)系方程，結(jié)合聲波測(cè)井資料，計(jì)算并繪制出地層巖石可鉆剖面，由圖可以看出，沙河街組牙輪可鉆性級(jí)值主要分布在5-7 之間。根據(jù)巖石可鉆性與地層硬度的分類關(guān)系，可以確定該地層屬于中一中硬地層。

4 鉆頭動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與鉆頭優(yōu)選及個(gè)性化設(shè)計(jì)

4.1 鉆頭優(yōu)選

為了方便查詢大港油田使用的鉆頭，為鉆井工作提供借鑒參考，收集了近四年探井使用過(guò)的鉆頭，建立了鉆頭資料數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)利用機(jī)械鉆速法對(duì)鉆頭進(jìn)行了優(yōu)選。

機(jī)械鉆速法是將各層位大于該層位平均機(jī)械鉆速和進(jìn)尺的鉆頭挑選出來(lái)，顯然大于平均機(jī)械鉆速和大于平均進(jìn)尺的鉆頭使用效果較好，其他的鉆頭使用效果相對(duì)較差。選優(yōu)出的鉆頭應(yīng)用后，井深大于4500m的深探井，機(jī)械鉆速提高了6.5%（由4.75m/h提高到5.06m/h）。4.2 PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)

為了提高鉆頭在硬夾層以及高研磨性地層切削效率，通過(guò)對(duì)大港油田深層鉆頭磨損情況，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)以個(gè)性化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)深層鉆井的提速：4.2.1？切削齒技術(shù)的改進(jìn)

QuantecTM 系列PDC鉆頭自2010年在大港油田試用之后，取得了良好的使用效果。通過(guò)對(duì)其磨損分析，認(rèn)為如果該鉆頭切削齒耐磨性能夠提高，該鉆頭還可以取得更長(zhǎng)的單只進(jìn)尺。故優(yōu)化設(shè)計(jì)了Q型齒的加強(qiáng)版Quantec ForceTM。該鉆頭系列具有以下特點(diǎn)：

（1）金剛石層相對(duì)更薄，在鉆壓相同的情況下，對(duì)比更厚的金剛石層，其吃入地層所需的能量更小；

（2）金剛石層顆粒以及組分進(jìn)行優(yōu)化，抗研磨性能提升了15%；

（3）金剛石層與碳化鎢基座的幾何膠結(jié)形狀進(jìn)行優(yōu)化，減少了由于金剛石層被沖擊破壞而剝落的概率，提高了切削齒的抗沖擊性。

4.2.2？鉆頭穩(wěn)定性加強(qiáng)

通過(guò)加入貝克休斯專利的“D”技術(shù)，提高鉆頭在井底工作時(shí)的穩(wěn)定性。同時(shí)，增加心部布齒密度減少切削齒暴露深度。

4.2.3？鉆頭攻擊性設(shè)計(jì)

（1）針對(duì)鉆頭芯部切削齒磨損輕微的特點(diǎn)，減少切削深度控制力度，即適當(dāng)增加芯部切削齒的出露。從磨損情況來(lái)看，芯部齒完好，且沒(méi)有發(fā)生崩齒現(xiàn)象。

（2）適當(dāng)減少鼻部和外肩部的切削齒后傾角度，從磨損情況來(lái)看，角度更小，速度更快，但是還是存在外肩部輕微崩齒的風(fēng)險(xiǎn)。4.2.4？鉆頭布齒技術(shù)和獨(dú)特后傾角設(shè)計(jì)

選用更加平滑的鉆頭剖面，針對(duì)深層鉆頭吃入困難，夾層頻繁穩(wěn)定性差的特點(diǎn)進(jìn)行電腦軟件模擬，優(yōu)化鉆頭切削齒的安放位置使鉆頭合力指向中心。鉆頭心部，鼻部到外肩部和保徑部的切削齒傾角優(yōu)化模擬，從內(nèi)到外依次提高后傾角角度以達(dá)到平滑切削的目的。

巖石力學(xué)論文:誤差理論在巖石力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用

[摘 要]在一組巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)個(gè)別的異常數(shù)值，從直觀上看，該數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)有較大差異。然而如何處理這些異常數(shù)據(jù)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確，仍缺乏理論上的依據(jù)。文中簡(jiǎn)要介紹了應(yīng)用誤差理論的方法，對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常值進(jìn)行分析處理并進(jìn)行計(jì)算，該方法的成功應(yīng)用使巖石力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加可靠。

[關(guān)鍵詞]誤差理論 巖石力學(xué)性質(zhì) 試驗(yàn) 數(shù)據(jù)處理 異常值 剔除

一 引言

在測(cè)巖石力學(xué)性質(zhì)的一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，會(huì)出現(xiàn)個(gè)別的異常數(shù)值，從直觀上看，該數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)差異很大。在處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)于這樣的個(gè)別異常值，是否要?jiǎng)e除？如果單純憑直覺(jué)判斷，似乎缺乏理論上的依據(jù)。首先要從技術(shù)上找原因，分析其是由于試驗(yàn)過(guò)失誤差，還是其他什么原因造成的。當(dāng)不易找到其他原因時(shí)，可以采用誤差理論的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，通常取顯著性水平0.05或置信度為95%，然后判斷這個(gè)異常數(shù)據(jù)是否應(yīng)剔除。用誤差理論的方法進(jìn)行檢驗(yàn)是非常必要的，檢驗(yàn)方法也很多，這里應(yīng)用誤差理論方法分析巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的異常值[1-7]。

二 異常值的檢驗(yàn)

在整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，往往會(huì)遇到這種情況，即在一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)偏差特別大的可疑數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)又稱為離群值或異常值，它們往往是由于過(guò)失誤差引起的。對(duì)于可疑數(shù)據(jù)的取舍一定要慎重，一般處理原則如下。

（1）試驗(yàn)過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，應(yīng)停止試驗(yàn)，分析原因，及時(shí)糾正錯(cuò)誤。

（2）試驗(yàn)結(jié)束后，在分析試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，如發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，則應(yīng)先找出產(chǎn)生差異的原因，再對(duì)其進(jìn)行取舍。

（3）分析試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，如不清楚產(chǎn)生差異的確切原因，應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，在處理巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常值用的統(tǒng)計(jì)方法有拉依達(dá)（Pauta）準(zhǔn)則、格拉布斯（Grubbs）準(zhǔn)則、狄克遜（Dixon）準(zhǔn)則[8]，若數(shù)據(jù)較少，則可重做一組數(shù)據(jù)。

（4）對(duì)于舍去的數(shù)據(jù)，在試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)注明舍去的原因或所選用的統(tǒng)計(jì)方法。

三 用誤差理論的方法判斷并剔除異常試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（一）用拉依達(dá)準(zhǔn)則檢驗(yàn)煤樣的抗壓強(qiáng)度異常數(shù)值

依達(dá)準(zhǔn)則剔除異常值雖在科研上普遍采用，但對(duì)其使用范圍和如何簡(jiǎn)便快捷地剔除異常值很少涉及。為此，首先需要明確，該準(zhǔn)則只有在測(cè)量次數(shù)較大時(shí)才適用，至少應(yīng)使次才行，否則使用該準(zhǔn)則無(wú)效。因?yàn)槿绻麜r(shí)，即使測(cè)量列中存在含有粗大誤差的異常值，也不能判斷出來(lái)予以剔除。下面用拉依達(dá)準(zhǔn)則檢驗(yàn)主焦煤礦煤樣的抗壓強(qiáng)度異常數(shù)值

該檢驗(yàn)法適用于試驗(yàn)次數(shù)較多或要求不高時(shí)，這是因?yàn)椋?當(dāng)時(shí)，用作界限，即使有異常也無(wú)法剔除：若用作界限，則次以內(nèi)的試驗(yàn)次數(shù)無(wú)法舍去異常數(shù)據(jù)。

（二）用格拉布斯準(zhǔn)則檢驗(yàn)粗煤巖樣抗拉強(qiáng)度的異常數(shù)值

檢驗(yàn)粗煤巖樣的抗拉強(qiáng)度的異常數(shù)值，四次測(cè)得數(shù)值為（/Mpa）：?jiǎn)柺欠裼袛?shù)據(jù)被剔除？

用格拉布斯準(zhǔn)則檢驗(yàn)可疑數(shù)據(jù)XP時(shí)，應(yīng)用的前提條件：首先認(rèn)為隨機(jī)樣本來(lái)自正態(tài)總體，并服從正態(tài)分布[1-7]按它們的大小，從小到大的順序排列，設(shè)……，即最小，最大，如果懷疑，或者為異常數(shù)值，那么可以這樣來(lái)進(jìn)行判定。先求出它們的算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；然后計(jì)算出統(tǒng)計(jì)量與臨界值。

四 結(jié)論

通過(guò)以上檢驗(yàn)得到巖樣、煤樣、粗煤巖樣的抗壓，抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)皆為正常值。誤差理論分析結(jié)果可以為測(cè)巖石力學(xué)的性質(zhì)提供科學(xué)的依據(jù)，隨著煤礦科研發(fā)展的需要，誤差理論必定還將得到廣泛的應(yīng)用，許多新的理論和方法將不斷產(chǎn)生，處理各類巖石力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法體系日趨完善，隨著計(jì)算機(jī)的普及，處理巖石力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力已有很大提高，為許多復(fù)雜統(tǒng)計(jì)方法的實(shí)際應(yīng)用創(chuàng)造了條件，必將加速數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在巖石力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中的推廣應(yīng)用。

巖石力學(xué)論文:深層巖石力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用

[摘要]巖石力學(xué)在石油工程中日益顯示了其重要性。本文作者從專業(yè)角度分析了深層巖石力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)，分析了深層巖石的力學(xué)特征，為其在石油工程中的應(yīng)用有指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞]深層 巖石力學(xué) 石油工程

在深層巖石力學(xué)研究中，所涉及的地層深度大多在2 000～8 000 m范圍內(nèi)，研究對(duì)象以沉積巖層為主體，巖石處于較高的圍壓（可達(dá)200MPa）、較高的溫度（可達(dá)200℃）和較高的孔隙壓力（可達(dá)200MPa）作用下。這與水電站的壩基設(shè)計(jì)、高邊坡穩(wěn)定、隧道和巷道的開(kāi)挖及支護(hù)、建筑的樁基工程、地下洞室、城市地鐵建造等不超過(guò)1 000 m深度的地表或淺層巖石力學(xué)問(wèn)題不同，也不同于以火成巖和變質(zhì)巖為研究主體，深度超過(guò)萬(wàn)米的下地殼、上地幔巖石物理力學(xué)問(wèn)題。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著我國(guó)大慶油田等油田的開(kāi)發(fā)，巖石力學(xué)在石油工程中日益顯示了其重要性。

主要研究范圍包括：

（1）深層地應(yīng)力測(cè)量理論與技術(shù)；

（2）深部地層環(huán)境下的巖石力學(xué)性質(zhì)；

（3）巖石應(yīng)力、滲透性的聲學(xué)響應(yīng)特性及巖石物理力學(xué)性質(zhì)的地球物理解釋；

（4）構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬及其在油氣勘探與開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用；

（5）深層巖石中天然裂縫的形態(tài)、分布和預(yù)測(cè)理論。

1深層巖石力學(xué)參數(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定

巖石的力學(xué)特性參數(shù)包括強(qiáng)度參數(shù)和彈性參數(shù)。涉及的參數(shù)主要為抗壓強(qiáng)度、內(nèi)摩擦力、內(nèi)摩擦角、泊松比和楊氏模量。

目前，巖石力學(xué)特性參數(shù)的測(cè)定主要有2種方法：靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。

靜態(tài)法是通過(guò)對(duì)巖樣進(jìn)行加載試驗(yàn)測(cè)得其變形而得到參數(shù)，所得參數(shù)為巖石靜態(tài)力學(xué)特性參數(shù)。

動(dòng)態(tài)法是通過(guò)測(cè)定超聲波穿過(guò)巖樣的速度得到參數(shù)，所得參數(shù)為巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)特性參數(shù)。

根據(jù)實(shí)際受載情況，巖石的靜態(tài)力學(xué)特性參數(shù)更適合工程需要。迄今為止，巖石的靜態(tài)力學(xué)特參數(shù)的測(cè)定方法已比較成熟，有了一套規(guī)范的試驗(yàn)程序和數(shù)據(jù)處理程序。但靜態(tài)法需從4地下取出待研究井段的巖芯，在室內(nèi)做單軸或三軸應(yīng)力試驗(yàn)，其缺點(diǎn)是成本高、時(shí)效性差、資料的代表性較差；而動(dòng)態(tài)法利用聲波測(cè)井資料，可直接求出原地應(yīng)力下的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性參數(shù)，獲得巖層沿深度的連續(xù)的力學(xué)特性資料。

靜態(tài)法一般采用常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)方法。試驗(yàn)機(jī)包括2種：柔性試驗(yàn)機(jī)和剛性試驗(yàn)機(jī)，柔性試驗(yàn)機(jī)適用于金屬材料。

由于柔性試驗(yàn)機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中要儲(chǔ)存大量的彈性能量，要得到巖石材料的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線必須使用剛性試驗(yàn)機(jī)。

一般剛性試驗(yàn)機(jī)性能精密，造價(jià)昂貴，目前，國(guó)內(nèi)引進(jìn)的美國(guó)MTS815，MTS816和Terra Tek巖石力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，具備全面準(zhǔn)確的行為控制、測(cè)試、數(shù)據(jù)后處理功能。溫度、壓力指標(biāo)均可滿足深層巖石力學(xué)基礎(chǔ)試驗(yàn)的要求。

2靜態(tài)和動(dòng)態(tài)巖石力學(xué)參數(shù)的關(guān)系

巖石力學(xué)特性參數(shù)的靜態(tài)值和動(dòng)態(tài)值存在著一定的差異，靜態(tài)彈性模量普遍小于動(dòng)態(tài)彈性模量，而靜態(tài)泊松比有的大于動(dòng)態(tài)泊松比，有的小于動(dòng)態(tài)泊松比。根據(jù)實(shí)際受載情況，巖石的靜態(tài)力學(xué)特性參數(shù)更適合工程需要，利用聲波法得到的巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)特性參數(shù)不能直接用于工程分析中。

因此，利用現(xiàn)場(chǎng)提供的縱波測(cè)井、密度測(cè)井、地層壓力、部分巖芯等資料，尋找動(dòng)、靜態(tài)力學(xué)特性參數(shù)之間的關(guān)系以及靜態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系有著積極的意義。通過(guò)我國(guó)各主要油田砂泥巖的三軸試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)泊松比隨圍壓增大而增大，巖石的泊松比、彈性模量同所處的深度有關(guān)，并提出了巖石泊松比、彈性模量和強(qiáng)度隨地層深度、聲波速度變化的規(guī)律。

3分層地應(yīng)力

地層間或?qū)觾?nèi)不同巖性巖石的物理特性、力學(xué)特性和地層孔隙壓力異常等方面的差別，造成了層間或?qū)觾?nèi)地應(yīng)力分布的非均勻性。某些地層特別強(qiáng)烈的地應(yīng)力各向異性對(duì)井壁穩(wěn)定有著非常顯著的影響，層間應(yīng)力差對(duì)水力壓裂裂縫的擴(kuò)展也起著重要的約束作用，同時(shí)，對(duì)定向鉆井和防斜打直也有著重要的影響。

目前，對(duì)于分層地應(yīng)力主要采用以下幾類預(yù)測(cè)模型：?jiǎn)屋S應(yīng)變模式：假設(shè)地層在沉積過(guò)程中，水平向的變形受到限制，則水平方向的地應(yīng)力由上覆壓力產(chǎn)生，主要包括如下模型：Mattens-Kelly模型，Terzaghi模型，Anderson模型，Newberry模型。單軸應(yīng)變模式?jīng)]有包括構(gòu)造應(yīng)力項(xiàng)，適用于弱構(gòu)造運(yùn)動(dòng)地層。

石油大學(xué)“六五”模式：假設(shè)地下巖層的地應(yīng)力主要由上覆巖層壓力與水平方向的構(gòu)造應(yīng)力產(chǎn)生，且水平方向的構(gòu)造應(yīng)力與上覆壓力成正比，該模式考慮了構(gòu)造應(yīng)力的影響，但沒(méi)有考慮彈性地層和巖性對(duì)地應(yīng)力的影響。石油大學(xué)“七五”模式：在石油大學(xué)“六五”模式的基礎(chǔ)上，假設(shè)地層為勻質(zhì)各向同性的線彈性體，并假定在沉積后期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，地層與地層之間不發(fā)生相對(duì)位移，所有地層2個(gè)水平方向的應(yīng)變均為常量。這種模式意味著地應(yīng)力與地層的彈性模量和泊松比均有關(guān)系，此模式可解釋砂巖地層比相鄰頁(yè)巖地層有更高地應(yīng)力的現(xiàn)象。

4深部地層斷裂韌性的測(cè)量與預(yù)測(cè)

斷裂韌性又稱臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子，是裂紋體分析中的關(guān)鍵參量，表征了線彈性裂縫尖端場(chǎng)（應(yīng)力和應(yīng)變）的奇異性程度，其數(shù)值與裂紋體的幾何形狀和所受載荷一般無(wú)關(guān)，因而，是物質(zhì)材料的一個(gè)基本屬性。根據(jù)試件加工的嚴(yán)格要求以及可能存在的問(wèn)題，專門(mén)設(shè)計(jì)了巖石斷裂韌性測(cè)試巖芯制作加工裝置和斷裂韌性試驗(yàn)儀。深入地研究了斷裂韌性與其他物理力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系。因?yàn)橛蓽y(cè)井資料可以得到地層密度、聲波時(shí)差或聲波速度以及泥質(zhì)含量，再根據(jù)上述的試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)關(guān)系，巖石的斷裂韌性就可以通過(guò)聲波測(cè)井資料、密度測(cè)井資料以及伽馬測(cè)井資料計(jì)算得到。

巖石力學(xué)論文:巖石的地質(zhì)本質(zhì)性及其巖石力學(xué)演繹探討

[摘要] 巖石力學(xué)以巖石為主要的研究對(duì)象，但其原材料-巖石，卻和其他工程材料有較大區(qū)別，具有較明顯的特殊性，而其主要目標(biāo)則是探討巖石的力學(xué)性能。文章首先分析了巖石力學(xué)與地質(zhì)力學(xué)之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上，從巖石的物質(zhì)性與次生演化方面入手對(duì)巖石的地質(zhì)本質(zhì)性進(jìn)行了研究，再對(duì)巖石的力學(xué)本構(gòu)性等特性作了相關(guān)探討，旨在建立一種巖石地質(zhì)學(xué)與石力學(xué)相互認(rèn)識(shí)及深入結(jié)合的知識(shí)通道。

[關(guān)鍵字]巖石 地質(zhì)本質(zhì)性 石力學(xué)

0引言

巖石是一種經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史和多種地球動(dòng)力作用而形成的一種自然造物，并因此具有了其特殊的本質(zhì)性。本文先對(duì)巖石力學(xué)與地質(zhì)學(xué)的關(guān)系、巖石的地質(zhì)本質(zhì)性進(jìn)行了相關(guān)分析，再對(duì)巖石力學(xué)本構(gòu)性作了闡述，以期為巖石力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展提供有利依據(jù)。

1 巖石力學(xué)和地質(zhì)學(xué)的相關(guān)分析

1.1巖石力學(xué)和地質(zhì)學(xué)的學(xué)科關(guān)系分析

巖石力學(xué)該門(mén)學(xué)科發(fā)展的研究目標(biāo)是力學(xué)理論，其研究對(duì)象則是巖石。巖石屬于地質(zhì)產(chǎn)物，又稱地質(zhì)體[1]。從廣義上理解巖石力學(xué)，巖石力學(xué)實(shí)質(zhì)是力學(xué)和地質(zhì)學(xué)結(jié)合而成的交叉學(xué)科，若從側(cè)重點(diǎn)的角度看，巖石力學(xué)更側(cè)重于力學(xué)和巖石地質(zhì)的結(jié)合。巖石力學(xué)是一門(mén)應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，其研究任務(wù)主要是巖石的工程建設(shè)及地質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)工程。從巖石力學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)看，更具深度與廣度的力學(xué)、地質(zhì)學(xué)勢(shì)必會(huì)和和工程學(xué)科相結(jié)合。所以，地質(zhì)學(xué)一定會(huì)變?yōu)閹r石力學(xué)和巖石工程學(xué)科的一門(mén)支柱性基礎(chǔ)學(xué)科。

1.2地質(zhì)學(xué)的相關(guān)分析

地質(zhì)學(xué)以地球?yàn)檠芯繉?duì)象，特別是對(duì)地殼的研究，主要研究任務(wù)是對(duì)其物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、形成、演化的地質(zhì)動(dòng)力作用及其過(guò)程進(jìn)行研究，而地質(zhì)學(xué)的核心研究思路則是地質(zhì)歷史的時(shí)空重建，通過(guò)以層序與構(gòu)造分析為基礎(chǔ)，采用一些現(xiàn)代的物理化科學(xué)方法、技術(shù)方法，使傳統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)科進(jìn)入到了現(xiàn)代科學(xué)行列[2]。

1.3工程地質(zhì)學(xué)的相關(guān)分析

工程地質(zhì)學(xué)該門(mén)學(xué)科的應(yīng)用性較強(qiáng)，主要研究任務(wù)對(duì)工程建設(shè)的地質(zhì)條件、出現(xiàn)的問(wèn)題及治理措施進(jìn)行研究，重點(diǎn)是對(duì)工程的地質(zhì)作用進(jìn)行研究，包括人類工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境之間的相互作用與制約。工程地質(zhì)學(xué)的主要學(xué)科領(lǐng)域包括工程地質(zhì)力學(xué)、工程巖土學(xué)、工程環(huán)境地質(zhì)學(xué)、地質(zhì)災(zāi)害學(xué)、資源地質(zhì)工程學(xué)等[3]。

2 巖石的地質(zhì)本質(zhì)性分析

物體的本質(zhì)性指的是物體本身的物理特性及結(jié)構(gòu)而形成的內(nèi)在本性。許多巖石力學(xué)家都認(rèn)為巖石屬于一種較特殊的材料，而其特殊性主要決定于地質(zhì)本質(zhì)性，同時(shí)，巖石還具有演化性。

2.1巖石的物質(zhì)性分析

巖石屬于礦物的結(jié)合體，是由礦物組合而成，而其物質(zhì)性主要由成巖及其演化過(guò)程中所形成的礦物組合情況決定。

2.1.1原巖物質(zhì)的相關(guān)分析

巖漿巖屬于原始巖類，而其物質(zhì)組成部分主要是由巖漿的成分決定；同時(shí)，因?yàn)樽冑|(zhì)巖與沉積巖都是次生巖類，所以巖漿巖也是地殼巖石的基本組成物質(zhì)，常見(jiàn)的造巖礦物包括石英、云母、長(zhǎng)石等暗色的礦物，這些造巖礦物的力學(xué)硬度與強(qiáng)度差異較大，其中以石英的強(qiáng)度最高、長(zhǎng)石次之，那些暗色且呈鱗片狀或者針狀的礦物，不僅剛度小，強(qiáng)度也較低。礦物力學(xué)特性的差異會(huì)對(duì)巖石力學(xué)性能造成直接的影響。

在巖石中，較典型的巖漿巖則為花崗巖，該巖石一般含有較多的長(zhǎng)石與石英，所占的比例約分別為40%～50%，但暗色礦物一般只占15%左右。不同巖類的礦物由于比例不相同及所含的礦物成分也不盡相同，因此使巖石具有多樣性。沉積巖是次生巖類，其礦物組成是對(duì)原巖次生變化以及在沉積前發(fā)生于地面和水面的變化的反映。除了較典型的造巖物以外，巖石中還包括大量的巖類、黏土以及次生蝕變礦物等?；瘜W(xué)沉積巖則主要是碳酸鹽或者其他的巖類組成。同時(shí)，變質(zhì)巖也是次生巖類，而淺變質(zhì)巖的組成基本還和原巖一樣，且原巖經(jīng)過(guò)高溫作用會(huì)出現(xiàn)熔融與再結(jié)晶的現(xiàn)象，最終形成深變質(zhì)巖，常見(jiàn)的如花崗片麻巖。

在巖石的構(gòu)成中，礦物晶體或者原巖顆粒之間一般是由基質(zhì)充填；在結(jié)晶中，其物質(zhì)組成與顆粒相似，但主要是以隱晶或者非晶質(zhì)的物態(tài)呈現(xiàn)出來(lái)。在沉積巖中，其充填物主要是泥質(zhì)、硅質(zhì)與鈣質(zhì)，尤以硅質(zhì)最強(qiáng)，泥質(zhì)最軟弱，其中硅質(zhì)與鈣質(zhì)都是堅(jiān)硬充填物。

因此，巖石在成巖之后其力學(xué)強(qiáng)度便會(huì)具有顯著差異，軟弱組分主要是降低巖石的強(qiáng)度，并增大巖石的環(huán)境敏感性，在后期的演化中容易發(fā)生變異。

2.1.2關(guān)于次生演化的相關(guān)分析

在后期的演化過(guò)程中，巖石會(huì)出現(xiàn)兩種轉(zhuǎn)化情況：①由堅(jiān)硬組分向軟弱物質(zhì)轉(zhuǎn)化；②由軟弱組分向堅(jiān)硬物質(zhì)轉(zhuǎn)化，兩者皆屬于原生礦物向次生礦物轉(zhuǎn)化。從巖石工程力學(xué)性能的角度看，重點(diǎn)的考察對(duì)象則是巖石軟化。

由上述可知，巖石的物質(zhì)性主要包括礦物的組成與變異。盡管造巖礦物居于主導(dǎo)地位，但從巖石力學(xué)與工程研究的角度看，重點(diǎn)是研究軟弱組分，特別是對(duì)粘土化的判定，其中以高嶺石化與蒙脫石化的測(cè)定最為重要，而在某些時(shí)候，當(dāng)巖石出現(xiàn)粘土化時(shí)，不僅會(huì)降低力學(xué)參數(shù)，還會(huì)對(duì)其均一性造成影響，甚至?xí)淖兞W(xué)的本構(gòu)模型。

2.2巖石結(jié)構(gòu)性的相關(guān)分析

巖石結(jié)構(gòu)性指的是尺度不同的結(jié)構(gòu)體其形態(tài)、排列及相互間的連接特征，是其對(duì)巖石力學(xué)特性的影響作出的一種反映[4]。巖石的結(jié)構(gòu)是隨著成巖而形成的，且會(huì)在后期的構(gòu)造作用及次生演化中得到強(qiáng)化與確立。巖石的結(jié)構(gòu)一般有原生結(jié)構(gòu)與次生結(jié)構(gòu)之分，而兩種結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)有著較大的區(qū)別，并在后期的演化過(guò)程中發(fā)揮著不同的作用。

3關(guān)于巖石力學(xué)本構(gòu)性分析

可以通過(guò)兩個(gè)不同類型觀點(diǎn)幫助認(rèn)識(shí)巖石本構(gòu)性：其中一個(gè)就是不連續(xù)力學(xué)觀點(diǎn)，另外一個(gè)是連續(xù)力學(xué)觀點(diǎn)。如果從使用目的方面而言，通常采用斷續(xù)性觀點(diǎn)，因?yàn)檫@一觀點(diǎn)能滿足實(shí)際地質(zhì)具有的屬性及本質(zhì)。但是在研究普適性的相關(guān)方法及理論知識(shí)方面做得不夠，需要進(jìn)行深入了解。本文認(rèn)為從巖石地質(zhì)本質(zhì)性角度進(jìn)行分析，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此可以選用多元耦合力學(xué)模型幫助表示。在實(shí)際中，大部分已有巖石力學(xué)本構(gòu)模型也在不斷嘗試在某一類已有模型前提下將另外一類模型要素添加進(jìn)來(lái)，以便獲得滿足實(shí)際需求。

不同巖石，即便是小型的手標(biāo)本巖石，也會(huì)存在差異。對(duì)于含有較軟弱的膠結(jié)物，或者是脆性較強(qiáng)的巖質(zhì)顆粒的巖石，在處于風(fēng)化作用或局部蝕變作用下也可含有軟弱性較強(qiáng)的蒙脫石和伊利石等黏土礦物。在應(yīng)變以及應(yīng)力不斷發(fā)展中，該類物質(zhì)結(jié)構(gòu)要素在這一階段中體現(xiàn)出應(yīng)力分布情況不均勻，在出現(xiàn)三個(gè)方向的外荷載作用下也會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力以及偏應(yīng)力。若外荷載三個(gè)方向不等壓情況時(shí)，在巖石中出現(xiàn)拉應(yīng)力、局部偏應(yīng)力強(qiáng)度也會(huì)增大。如果外荷載作用達(dá)到一定程度時(shí)，可以使巖石中一些成分材料出現(xiàn)屈服，導(dǎo)致某部分裂面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滑移、張開(kāi)情況，此時(shí)結(jié)束了全部彈性變形情況。

4 分析巖石物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況以及巖石具備的工程力學(xué)性能情況

對(duì)巖石形成及演變過(guò)程進(jìn)行綜合分析，并結(jié)合主要形成物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分，以及其工程特性，能將工程巖體類型分成3種：層狀巖體類型、節(jié)理狀巖體類型以及碎裂巖體類型[5]。

4.1層狀巖體類型

其是主要表現(xiàn)是層狀沉積巖，組成成分是巖質(zhì)顆粒，因?yàn)槟噘|(zhì)膠結(jié)物質(zhì)含有大量黏土物，所以存在膠結(jié)連接。黏土物質(zhì)分布情況是按照層進(jìn)行分布，而薄層軟巖則共同組成了軟弱層巖體。其在構(gòu)造作用下會(huì)出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，并在已有裂縫情況下繼續(xù)演變，然后出現(xiàn)構(gòu)造斷裂現(xiàn)象，一般為場(chǎng)地的第三和第四級(jí)別結(jié)構(gòu)面。很少出現(xiàn)貫穿第一和第二級(jí)軟弱結(jié)構(gòu)或是斷裂結(jié)構(gòu)面情況。

4.2節(jié)理狀巖體類型

其主要是結(jié)晶巖類型，組成成分是造巖礦物，存在結(jié)晶連接，具有的軟弱片狀礦物質(zhì)相對(duì)比較少，黏土物質(zhì)也比較少。已有裂縫也會(huì)在一定基礎(chǔ)情況下繼續(xù)發(fā)展，然后承受一定構(gòu)造作用，并出現(xiàn)小斷層、節(jié)理裂隙情況等，一般為場(chǎng)地的第三、四級(jí)結(jié)構(gòu)面，穿過(guò)場(chǎng)地的第一、第二級(jí)斷裂結(jié)構(gòu)、軟弱面情況比較少，出現(xiàn)淺層演化以及次生演化不強(qiáng)。

4.3碎裂巖體類型

給類型巖體是由層狀巖體、原生塊狀巖體遭受嚴(yán)重構(gòu)造作用，或者是遇到嚴(yán)重淺層、次生演變情況，從而出現(xiàn)嚴(yán)重碎裂情況以及變形現(xiàn)象，使巖石松弛而造成裂隙情況。

5結(jié)論

總之，巖石具備的三大屬性分別是：①物理本屬性；②地質(zhì)本質(zhì)性；③力學(xué)本構(gòu)性。三種屬性類型共同發(fā)揮作用可以幫助更好的深入了解巖石力學(xué)知識(shí)，提高工程研究水平。理論上認(rèn)為巖石力學(xué)學(xué)科屬于一門(mén)多種學(xué)科知識(shí)相互交叉分布，不僅有合作，還具有分工工作的學(xué)科。因此，地質(zhì)學(xué)者需要重視巖石具有的地質(zhì)本質(zhì)性方面內(nèi)容，另一方面也不能忽視物理本屬性以及力學(xué)本構(gòu)性方面內(nèi)容的研究。如果巖石力學(xué)研究者可以了解及掌握更多巖石地質(zhì)特征知識(shí)，并進(jìn)行綜合分析，能幫組更好建立本構(gòu)模型，以及進(jìn)行力學(xué)參數(shù)的選擇工作，以便達(dá)到符合工程需要的相關(guān)要求。在自然資源開(kāi)發(fā)工作中以及基礎(chǔ)工程建設(shè)施工中都會(huì)應(yīng)用到巖石力學(xué)，所以其需要融匯多種不同學(xué)科知識(shí)才能很好的完成整個(gè)工作流程。

巖石力學(xué)論文:巖石力學(xué)在金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用

【摘要】本文詳細(xì)的講述了巖石力學(xué)的中心內(nèi)容以及基礎(chǔ)特點(diǎn)，并且深入的研究了巖石力學(xué)在金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用。其中包括了巖石力學(xué)與地質(zhì)學(xué)的結(jié)合，國(guó)內(nèi)外工程采礦工程的現(xiàn)狀，工程實(shí)例等。

【關(guān)鍵詞】巖石力學(xué)，金屬礦山，采礦工程

前言

伴隨著人類文明的前進(jìn)，越來(lái)越多的新型學(xué)術(shù)不斷出現(xiàn)。而巖石力學(xué)是一門(mén)就目前來(lái)說(shuō)比較邊緣的學(xué)科之一。而且其實(shí)踐性非常強(qiáng)，適用的范圍非常的廣泛。例如建筑類、鐵道通路類、石油、地下工程、海洋等等。巖石力學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)與我們的日常生活愈發(fā)的息息相關(guān)。

二、巖石力學(xué)與地質(zhì)學(xué)的結(jié)合

1.巖石力學(xué)與地質(zhì)學(xué)的學(xué)科關(guān)系

巖石力學(xué)將力學(xué)理論作為學(xué)科發(fā)展的研究目標(biāo)，而巖石則是巖石力學(xué)研究的對(duì)象。巖石是一種地質(zhì)產(chǎn)物，也可稱地質(zhì)體。廣義上講，巖石力學(xué)應(yīng)是力學(xué)與地質(zhì)學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科，若更有針對(duì)性地來(lái)看，巖石力學(xué)側(cè)重于固體力學(xué)與巖石地質(zhì)學(xué)的結(jié)合。巖石力學(xué)屬于應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，它的研究任務(wù)是以巖石工程建設(shè)為己任，也包括地質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)工程。更廣更深的力學(xué)、地質(zhì)學(xué)，與工程學(xué)科的結(jié)合勢(shì)在必行。因此，地質(zhì)學(xué)必然成為巖石力學(xué)與巖石工程學(xué)科的支柱性基礎(chǔ)學(xué)科之一。

那么，巖石力學(xué)與巖石工程學(xué)科從地質(zhì)學(xué)中究竟能有何得益，地質(zhì)學(xué)在哪些領(lǐng)域?qū)r石力學(xué)與巖石工程學(xué)科的研究和發(fā)展可能做出貢獻(xiàn)，這就是本文所試圖回答的主要問(wèn)題。地質(zhì)學(xué)是地球科學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。地球科學(xué)包括大氣、海洋、地理和固體地球科學(xué)等固體地球科學(xué)則包含地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)和地球化學(xué)。

從廣義和實(shí)用的角度看，地質(zhì)學(xué)同其他地球科學(xué)的分支有著密切的交叉，因而也含有與它們相關(guān)的研究?jī)?nèi)容。地質(zhì)學(xué)的研究對(duì)象是地球，尤其是地殼，重點(diǎn)在于研究它的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，以及其形成、演化的地質(zhì)動(dòng)力作用和過(guò)程。地質(zhì)學(xué)的核心研究思路是地質(zhì)歷史的時(shí)空重建，在層序和構(gòu)造分析的基礎(chǔ)上，地質(zhì)學(xué)家采用了許多現(xiàn)代數(shù)理化科學(xué)和技術(shù)方法，從而使傳統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)科步入現(xiàn)代科學(xué)行列。

巖石力學(xué)與地質(zhì)學(xué)結(jié)合的知識(shí)通道

巖石力學(xué)家大多認(rèn)識(shí)到地質(zhì)學(xué)是巖石力學(xué)的重要基礎(chǔ)學(xué)科，在巖石力學(xué)的本構(gòu)建模及巖石工程分析計(jì)算中試圖盡可能地考慮巖石特性及地質(zhì)條件，但是地質(zhì)科學(xué)涵蓋著大量分支學(xué)科，從何入手仍是很大的問(wèn)題。

地質(zhì)學(xué)家也很熱心于為巖石工程建設(shè)做出自己的貢獻(xiàn)，然而難于確定適當(dāng)?shù)那腥朦c(diǎn)和深入的方向。顯然，構(gòu)建一條地質(zhì)學(xué)和巖石力學(xué)間相互溝通的知識(shí)通道是必要的。事實(shí)上，巖石力學(xué)及土力學(xué)同地質(zhì)學(xué)的結(jié)合從一開(kāi)始就被認(rèn)為是學(xué)科發(fā)展的要點(diǎn)之一。

Terzaghi和Muller教授皆為后人做出了楷模。進(jìn)入2l世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)、土力學(xué)與巖土工程學(xué)會(huì)及工程地質(zhì)與環(huán)境學(xué)會(huì)合作構(gòu)建了國(guó)際地質(zhì)巖土工程學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)(FederationofInternationalGeo—engineeringSocieties，F(xiàn)IGS)。聯(lián)合會(huì)約定的分工如下：工程地質(zhì)做出地質(zhì)建模，巖土力學(xué)進(jìn)行計(jì)算分析，巖土工程開(kāi)展設(shè)計(jì)和施工。這一方案思路簡(jiǎn)潔可行，但要融合成為整體尚有很大空間，需做大量工作。

國(guó)內(nèi)外深部工程現(xiàn)狀

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)外開(kāi)采超千米深的金屬礦山有80多座，其中最多為南非。南非絕大多數(shù)金礦的開(kāi)采深度大都在l000m以下。其中，Anglogold有限公司的西部深井金礦，采礦深度達(dá)3700m，WestDriefovten金礦礦體賦存于地下600m，并一直延伸至6000m以下。印度的Kolar金礦區(qū)，己有三座金礦采深超2400m，其中錢皮恩里夫金礦共開(kāi)拓ll2個(gè)階段，總深3260m。俄羅斯的克里沃羅格鐵礦區(qū)，已有捷爾任斯基、基洛夫、共產(chǎn)國(guó)際等8座礦山采準(zhǔn)深度達(dá)910m，開(kāi)拓深度到1570m，預(yù)計(jì)將來(lái)達(dá)到2000-2500m。

另外，加拿大、美國(guó)、澳大利亞的一些有色金屬礦山采深亦超過(guò)l000m。國(guó)外一些主要產(chǎn)煤國(guó)家從20世紀(jì)60年代就開(kāi)始進(jìn)入深井開(kāi)采。1960年前，西德平均開(kāi)采深度已經(jīng)達(dá)650m，1987年己將近達(dá)900m；原蘇聯(lián)在20世紀(jì)8O年代末就有一半以上產(chǎn)量來(lái)自600m以下深部。根據(jù)目前資源開(kāi)采狀況，我國(guó)金屬礦山開(kāi)采深度以每年8～12m的速度增加，東部礦井正以100t250m／(1Oa)的速度發(fā)展。近年己有一批礦山進(jìn)入深部開(kāi)采。

其中，在金屬開(kāi)采方面，沈陽(yáng)采屯礦開(kāi)采深度為l197m、開(kāi)灤趙各莊礦開(kāi)采深度為l159m、徐州張小樓礦開(kāi)采深度為l100m、北票冠山礦開(kāi)采深度為l059m、新汶孫村礦開(kāi)采深度為l055m、北京門(mén)頭溝開(kāi)采深度為l008m、長(zhǎng)廣礦開(kāi)采深度為l000m。在金屬礦開(kāi)采方面，紅透山銅礦目前開(kāi)采己進(jìn)入900到l100m深度，冬瓜山銅礦現(xiàn)已建成2條超l000m豎井來(lái)進(jìn)行深部開(kāi)采，弓長(zhǎng)嶺鐵礦設(shè)計(jì)開(kāi)拓水平750m，距地表達(dá)l000m，夾皮溝金礦二道溝坑口礦體延深至l050m，湘西金礦開(kāi)拓38個(gè)中段，垂深超過(guò)850m。此外，還有壽王墳銅礦、凡口鉛缽礦、金川鎳礦、乳山金礦等許多礦山都將進(jìn)行深部開(kāi)采?？梢灶A(yù)計(jì)在未來(lái)20年我國(guó)很多金屬礦山將進(jìn)入到l000～l500m的深度。

四、金屬礦山開(kāi)采工程今后的研究重點(diǎn)

雖然目前對(duì)于金屬礦山開(kāi)采工程研究己取得了一部分成果，總的來(lái)看，側(cè)重技術(shù)、注重個(gè)案，深層次的基礎(chǔ)研究重視不夠，因此，根據(jù)我國(guó)金屬礦山資源開(kāi)采情況，要保證我國(guó)主體后備資源供給，深入開(kāi)展100一1500m礦山開(kāi)采基礎(chǔ)理論研究迫在眉睫。

金屬礦山開(kāi)采工程中的巖石力學(xué)問(wèn)題由于處于“三高一擾動(dòng)”的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境，使得金屬礦山巖石力學(xué)行為以及深部災(zāi)害特征與淺部明顯不同，基于淺部開(kāi)采建立起來(lái)的傳統(tǒng)理論己不再適合于深部開(kāi)采，主要表現(xiàn)在：

1、強(qiáng)度確定在淺部開(kāi)采條件下，由于所處的地應(yīng)力水平比較低，其工程巖體強(qiáng)度一般采用巖塊的強(qiáng)度即可，即在實(shí)驗(yàn)室對(duì)巖塊進(jìn)行加載直至破壞所確定的強(qiáng)度。而在金屬礦山開(kāi)采條件下，由于地應(yīng)力水平比較高，工程開(kāi)挖后，工程巖體在高圍壓作用下，一個(gè)或兩個(gè)方向上應(yīng)力狀態(tài)的改變所表現(xiàn)出的強(qiáng)度變化，并不是簡(jiǎn)單的表現(xiàn)在受拉或受壓，而是復(fù)雜的拉壓復(fù)合狀態(tài)，即徑向產(chǎn)生卸載，而切向產(chǎn)生加載，因此，其工程巖體強(qiáng)度就不能簡(jiǎn)單的用巖塊強(qiáng)度來(lái)確定，必須建立符合金屬礦山開(kāi)采特點(diǎn)的工程巖體拉壓復(fù)合強(qiáng)度確定理論。

2、穩(wěn)定性控制理論在淺部開(kāi)采條件下，由于所處的地應(yīng)力水平比較低，工程開(kāi)挖后，圍巖一般不會(huì)產(chǎn)生破壞，因此，采用一次支護(hù)即可實(shí)現(xiàn)工程的穩(wěn)定性。而深部開(kāi)采條件下，工程開(kāi)挖后，在高于工程圍巖強(qiáng)度的圍壓作用下，工程圍巖就會(huì)產(chǎn)生破壞，此時(shí)采用簡(jiǎn)單的一次支護(hù)就不能滿足工程穩(wěn)定要求，必須采用二次支護(hù)或多次支護(hù)才能實(shí)現(xiàn)工程的穩(wěn)定性。因此，由淺部建立起來(lái)的穩(wěn)定性控制理論己不再適合，必須建立適合金屬礦山開(kāi)采工程的二次(支護(hù))穩(wěn)定性控制理論。

3、設(shè)計(jì)理論在淺部開(kāi)采條件下，由于工程圍巖所處的力學(xué)環(huán)境比較簡(jiǎn)單，因此，在進(jìn)行穩(wěn)定性控制設(shè)計(jì)時(shí)，采用傳統(tǒng)的線性設(shè)計(jì)理論即可奏效。而金屬礦山開(kāi)采環(huán)境下，由于工程圍巖所表現(xiàn)出的非線性力學(xué)特性，使得在進(jìn)行穩(wěn)定性控制設(shè)計(jì)時(shí)，就不能簡(jiǎn)單的采用一次線性設(shè)計(jì)，而必須考慮采用二次以至更復(fù)雜的多次非線性大變形力學(xué)穩(wěn)定性控制設(shè)計(jì)理論。

今后研究重點(diǎn)針對(duì)金屬礦山開(kāi)采工程中存在的巖石力學(xué)問(wèn)題，今后主要研究方向集中在深部巖石力學(xué)基本特性、深部開(kāi)采工程穩(wěn)定性控制、金屬礦山開(kāi)采地表環(huán)境損傷控制等方面。

深部巖石力學(xué)基本特性研究深部“三高一擾動(dòng)”的復(fù)雜環(huán)境，使深部巖體的組織結(jié)構(gòu)、基本行為特征和工程響應(yīng)均發(fā)生根本性變化，也是導(dǎo)致深部開(kāi)采中災(zāi)變事故出現(xiàn)多發(fā)性和突發(fā)性的根本原因所在。因此，金屬礦山巖體長(zhǎng)期處于“三高”環(huán)境下，由于采掘擾動(dòng)所表現(xiàn)出的特殊力學(xué)行為是金屬礦山資源開(kāi)采所面臨的核心科學(xué)問(wèn)題。其中，金屬礦山高應(yīng)力場(chǎng)成因及多個(gè)應(yīng)力場(chǎng)的藕合作用狀態(tài)研究、深部復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下巖體拉壓復(fù)合強(qiáng)度確定方法及其災(zāi)變機(jī)理將是今后研究的重點(diǎn)。

金屬礦山開(kāi)采工程穩(wěn)定性研究與一般地表工程不允許進(jìn)入塑性破壞狀態(tài)不同，金屬礦山開(kāi)采工程穩(wěn)定性問(wèn)題是研究開(kāi)采圍巖破壞后與支護(hù)系統(tǒng)相互作用達(dá)到二次穩(wěn)定的復(fù)雜力學(xué)問(wèn)題，包括金屬礦山礦層采動(dòng)引起頂板破斷后，采場(chǎng)局部頂板結(jié)構(gòu)與支架相互作用，達(dá)到二次穩(wěn)定的作用機(jī)理以及與采場(chǎng)相配套的巷道圍巖產(chǎn)生塑性大變形后與支護(hù)體系相互作用達(dá)到二次穩(wěn)定的作用機(jī)理。同時(shí)，由于金屬礦山采動(dòng)條件下工作面回采所形成的采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)與巷道掘進(jìn)形成的開(kāi)挖應(yīng)力場(chǎng)相互藕合疊加，形成了復(fù)雜的三維應(yīng)力場(chǎng)，其采動(dòng)應(yīng)力分布及其與回采空間多維、動(dòng)態(tài)的時(shí)空規(guī)律以及支承壓力區(qū)范圍及峰值應(yīng)力等也將產(chǎn)生很大變化，因此，應(yīng)在深入分析金屬礦山采場(chǎng)及巷道圍巖采動(dòng)應(yīng)力時(shí)空分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合金屬礦山巖體非線性力學(xué)特性的研究，探討金屬礦山開(kāi)采采場(chǎng)及巷道一體化穩(wěn)定性非線性力學(xué)控制對(duì)策。

金屬礦山開(kāi)采與地表環(huán)境損傷控制對(duì)策研究金屬礦山條件下，由于巖體的結(jié)構(gòu)、力學(xué)特性及破碎斷裂規(guī)律都將發(fā)生較大變化，因此，采動(dòng)過(guò)程中巖體的變形、破斷、移動(dòng)規(guī)律也會(huì)產(chǎn)生明顯的不同。如何建立描述金屬礦山采動(dòng)覆巖變形一破斷一移動(dòng)全過(guò)程的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型，分析其結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)全過(guò)程對(duì)采場(chǎng)礦壓、巷道礦壓、巖層內(nèi)部裂隙分布、巖層移動(dòng)與地表沉陷的動(dòng)態(tài)影響，是控制深部開(kāi)采對(duì)地表環(huán)境影響最小化的關(guān)鍵。

五、結(jié)束語(yǔ)

如果巖石力學(xué)的研究者能夠更加的考慮巖石的本身獨(dú)特特征，那么必將會(huì)更加有益與未來(lái)的采礦發(fā)展。讓巖石力學(xué)在采礦事業(yè)中更多的廣泛利用起來(lái)。

巖石力學(xué)論文:巖石力學(xué)在采礦工程中的研究

【摘 要】巖體力學(xué)不是一門(mén)系統(tǒng)的學(xué)科，它屬于地質(zhì)學(xué)與力學(xué)之間的一門(mén)邊緣學(xué)科，現(xiàn)如今在采礦工程中的應(yīng)用也比較廣泛。本文首先介紹了巖體力學(xué)的時(shí)代背景，其次又從三方面探討了巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用，分別是：對(duì)于深部開(kāi)采所帶來(lái)的災(zāi)害預(yù)測(cè)、礦山地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量、大型深凹露天礦邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】巖石力學(xué)；采礦工程；應(yīng)用

1.簡(jiǎn)述采礦工程中巖體力學(xué)的特點(diǎn)

①采礦工程多處于地下較深處，而其它地下工程多在距地表較近（幾十米）的范圍內(nèi)；②對(duì)礦山工程，只要求在開(kāi)采期間不破壞，在采后能維持平衡狀態(tài)不影響地表安全即可，故其計(jì)算精度、安全系數(shù)及加固等方面均低于國(guó)防、水利工程的標(biāo)準(zhǔn)；③礦山地質(zhì)條件復(fù)雜，又受礦床賦存條件限制，故采礦工程的位置選擇性不大，同時(shí)采掘工作面不斷變化，因而采礦工程巖石力學(xué)具有復(fù)雜性的特點(diǎn)。

在巖體表面或其內(nèi)部進(jìn)行任何工程活動(dòng)，都必須符合安全、經(jīng)濟(jì)和正常運(yùn)營(yíng)的原則。以露天采礦邊坡坡角選擇為例，坡角選擇過(guò)陡，會(huì)使邊坡不穩(wěn)定，無(wú)法正常采礦作業(yè)，坡角選擇過(guò)緩，又會(huì)加大其剝采量，增加其采礦成本。然而，要使巖體工程既安全穩(wěn)定又經(jīng)濟(jì)合理，必須通過(guò)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)工程巖體的變形與穩(wěn)定性、正確的工程設(shè)計(jì)和良好的施工質(zhì)量等來(lái)保證。其中，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)巖體在各種應(yīng)力場(chǎng)作用下的變形與穩(wěn)定性，進(jìn)而從巖體力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，選擇相對(duì)優(yōu)良的工程場(chǎng)址，防止重大事故，為合理的工程設(shè)計(jì)提供巖體力學(xué)依據(jù)，是工程巖體力學(xué)研究的根本目的和任務(wù)。

2.巖石力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用

巖石力學(xué)理論服務(wù)于采礦活動(dòng)，其目的有四個(gè)方面。

（1）充分利用地殼內(nèi)部各種應(yīng)力來(lái)進(jìn)行落礦、運(yùn)礦以減少崩礦費(fèi)用。

（2）盡可能地減少工程量，降低采礦成本。

（3）控制崩落礦石塊度，減少二次破碎

（4）最大限度地提高生產(chǎn)規(guī)模，創(chuàng)造礦山經(jīng)濟(jì)效益。

2.1礦山地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量

地應(yīng)力是存在于底層中的天然應(yīng)力，它是引起采礦水利水電、土木建筑、鐵道、公路和其他各種地下或露天沿途開(kāi)挖工程變形和破壞的根本作用力，是實(shí)現(xiàn)采礦和巖土開(kāi)挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提。對(duì)于礦山設(shè)計(jì)來(lái)講，只有掌握了具體工程區(qū)域的地應(yīng)力條件，才能合理確定礦山的總體布置，選取適當(dāng)?shù)牟傻V方法，確定巷道和采場(chǎng)的最佳斷面形狀、斷面尺寸、開(kāi)挖步驟、直呼形式、支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、直呼時(shí)間等，從而在保證圍巖穩(wěn)定性的前提下，最大限度地增加礦石產(chǎn)量，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)采礦工程的優(yōu)化。

目前普遍采用的地應(yīng)力測(cè)量方法有應(yīng)力解除法和水壓致裂法兩大類。其中，套孔應(yīng)力解除法是發(fā)展時(shí)間最長(zhǎng)，技術(shù)比較成熟的映眾地應(yīng)力測(cè)量方法。在測(cè)定原始應(yīng)力的適用性和可靠性方面，目前還沒(méi)有那種方法可以與之相比。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全世界已經(jīng)獲得的地應(yīng)力測(cè)量資料中，有80%是有應(yīng)力解除法測(cè)得的。對(duì)于礦山來(lái)講，采用應(yīng)力接觸法更有得天獨(dú)厚的條件。因?yàn)榈V山有系列的航道、硐室可接近地下測(cè)點(diǎn)，而不需要向水壓致裂法那樣必須打?qū)ｉT(mén)的鉆孔才能到達(dá)測(cè)點(diǎn)。因而對(duì)礦山地應(yīng)力測(cè)量而言，采用應(yīng)力解除法是最經(jīng)濟(jì)和可靠的。

2.2地下礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化

礦床的形成過(guò)程、賦存狀態(tài)和開(kāi)采穩(wěn)定性均受地應(yīng)力場(chǎng)的控制。為此，必須以地應(yīng)力為切入點(diǎn)進(jìn)行采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化。即：根據(jù)實(shí)測(cè)地應(yīng)力和扎實(shí)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及礦巖物理力學(xué)性質(zhì)等基礎(chǔ)資料，以及實(shí)際的礦體賦存和開(kāi)采條件，通過(guò)定量計(jì)算和分析，選擇合理的采礦方法，確定最佳的開(kāi)采總體布置、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)管參數(shù)、開(kāi)采順序、直呼加固和地壓控制措施，實(shí)現(xiàn)安全高效的開(kāi)采目標(biāo)。

2.3大型深凹露天礦邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化

我國(guó)一大批大中型露天礦山已經(jīng)或即將由山坡露天開(kāi)采轉(zhuǎn)為深凹開(kāi)采。隨著邊坡的價(jià)高架豆，邊坡穩(wěn)定性維護(hù)的難度越來(lái)越大，邊坡滑移和傾倒破壞事故的發(fā)生日益頻繁，嚴(yán)重威脅礦山的安全生產(chǎn)，制約礦山生產(chǎn)能力的提高。但是另一方面，對(duì)于大型露天礦山，提高邊坡角有事減少剝離和生產(chǎn)成本的重要手段。

國(guó)內(nèi)外邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法是極限平衡法，這是一種靜態(tài)的確定性分析方法，而實(shí)際的邊坡?tīng)顩r是歲開(kāi)采過(guò)程不斷變化的，是動(dòng)態(tài)的不確定性的；該方法是基于土力學(xué)理論提出來(lái)的，不能考慮實(shí)際的巖體條件，如斷層、節(jié)理的存在，同時(shí)也不考慮地應(yīng)力。而實(shí)際上這些對(duì)邊坡的穩(wěn)定性和破壞起控制作用。因而該方法度山坡露天礦設(shè)計(jì)可能是適用的，但對(duì)深凹露天礦設(shè)計(jì)并不適用。

為了克服傳統(tǒng)的極限平衡分析方法的不足，必須采用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，充分考慮地應(yīng)力的作用和實(shí)際的工程巖體條件，通過(guò)定量的計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)邊坡設(shè)計(jì)的優(yōu)化。具體的試試路線為：采用數(shù)值模擬和極限平衡分析相結(jié)合的方法，對(duì)不同邊坡角和邊坡設(shè)計(jì)方案進(jìn)行定量的計(jì)算和分析，在保證安全的前提下，盡可能低提高邊坡角，減少剝離量，盡可能地減少生產(chǎn)成本，增加礦石產(chǎn)量和礦山效益。

2.4深部開(kāi)采動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)與防治

深部開(kāi)采動(dòng)力災(zāi)害，包括巖爆、礦震、沖擊地壓，是深部開(kāi)采中可能遇到的突出問(wèn)題。

目前的研究技術(shù)路線為：從扎實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)量、工程地質(zhì)調(diào)查、巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)資料的采集入手，以能量聚集和演化為主線，揭示巖爆發(fā)生的機(jī)理及其與采礦過(guò)程、地質(zhì)構(gòu)造和巖體特性的關(guān)系，對(duì)巖爆發(fā)生的時(shí)間、空間和強(qiáng)度進(jìn)行定量的預(yù)測(cè)；將預(yù)測(cè)和防治、地下河地面、生產(chǎn)安全和環(huán)境安全融為一體進(jìn)行評(píng)價(jià)和研究。

3.巖石力學(xué)在采礦工程中的發(fā)展趨勢(shì)

巖石力學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了采礦工程中的各個(gè)領(lǐng)域，而且其研究理論正在不斷創(chuàng)新，研究手段也日新月異。隨著我國(guó)礦產(chǎn)資源的續(xù)開(kāi)發(fā)，在采礦工程終將會(huì)遇到條件更復(fù)雜、拿督更大的巖石力學(xué)問(wèn)題，因此，巖石力學(xué)與工程學(xué)科的理論水平和工程能力都有待進(jìn)一步提高。

巖體力學(xué)的發(fā)展是和人類工程實(shí)踐分不開(kāi)的。起初，由于巖體工程數(shù)量少，規(guī)模也小，人們多憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決工程中遇到的巖體力學(xué)問(wèn)題。因此，巖體力學(xué)的形成和發(fā)展要比土力學(xué)晚得多。隨著生產(chǎn)力水平及工程建筑事業(yè)的迅速發(fā)展，提出了大量的巖體力學(xué)問(wèn)題。由于巖體中具有天然應(yīng)力、地下水等，并發(fā)育有各種結(jié)構(gòu)面，所以它不僅具有彈性、脆性、塑性和流變性，而且還具有非線彈性、非連續(xù)性，以及非均質(zhì)和各向異性等特征。對(duì)于這樣一種復(fù)雜的介質(zhì)，不僅研究?jī)?nèi)容非常復(fù)雜，而且其研究方法和手段也應(yīng)與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)有所不同。

今天，由于礦產(chǎn)資源勘探開(kāi)采、能源開(kāi)發(fā)及地球動(dòng)力學(xué)研究等的需要，工程規(guī)模越來(lái)越大，所涉及的巖體力學(xué)問(wèn)題也越來(lái)越復(fù)雜。這對(duì)巖體力學(xué)提出了更高的要求。

巖石力學(xué)論文:隨機(jī)化方法在巖石力學(xué)中應(yīng)用及研究綜述

摘要：

巖石是地球上分布最廣，總量最大（地球99%以上的材料構(gòu)成是巖石）的一種自然地質(zhì)材料[1]，它構(gòu)成了地球四大圈層之一的巖石圈，因此與巖石有關(guān)的各項(xiàng)工程活動(dòng)將與人類乃至其他生物的生活環(huán)境密切相關(guān)， 開(kāi)展巖石力學(xué)及工程應(yīng)用的研究具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：巖石隨機(jī)模糊

自從1963年意大利Vajont大壩上游左岸的庫(kù)岸邊坡滑坡造成毀滅性的災(zāi)難以來(lái)，巖石的工程力學(xué)性質(zhì)開(kāi)始被人們所重視，并由此開(kāi)始了現(xiàn)代巖石力學(xué)的工程應(yīng)用研究。隨著全球工業(yè)化的快速發(fā)展，世界各地都開(kāi)展了許多大規(guī)模的巖石工程，涉及能源和資源開(kāi)發(fā)的各個(gè)方面。在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)，人們更多的是將經(jīng)典的力學(xué)方法及確定性理論應(yīng)用于巖石力學(xué)的研究，在這方面已經(jīng)取得了相當(dāng)矚目的科研成就[3]。由于巖石的組構(gòu)、礦物成分，賦存的力學(xué)和地質(zhì)環(huán)境的不同，所以巖石的物理力學(xué)性質(zhì)相差極大，通常都不能作為均一的材料，除非研究對(duì)象的幾何尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)巖石的特征尺度。這個(gè)特征尺度可以是巖石的微細(xì)觀的REV或者是巖體的宏觀REV尺度。

隨著巖石力學(xué)及工程應(yīng)用研究的深入，人們?cè)絹?lái)越發(fā)現(xiàn)確定性理論在描述巖石力學(xué)及某些工程問(wèn)題時(shí)存在的不足，因此亟需引入隨機(jī)模糊理論的研究方法，來(lái)描述巖石的幾何、物理、力學(xué)以及工程性質(zhì)[4]。這就需要從數(shù)學(xué)模型的角度，對(duì)巖石工程遇到的不確定因素進(jìn)行分類，這些因素可分為3種[2]：隨機(jī)性、模糊性以及未確知性。這些不確定性因素主要是由于巖石材料的非均一性、空間組成礦物材料的不確定性、以及反應(yīng)巖石性質(zhì)的信息、數(shù)據(jù)的不全面、不完整而導(dǎo)致的不確定性。目前接觸較多、研究相對(duì)也比較成熟的是力學(xué)隨機(jī)性問(wèn)題。由此而專門(mén)發(fā)展出一套有關(guān)巖石力學(xué)性質(zhì)的隨機(jī)力學(xué)。另外，從工程角度進(jìn)行分類，不確定因素還可體現(xiàn)在以下幾方面[2]：荷載的不確定性、材料物理力學(xué)參數(shù)的不確定性、幾何尺寸的不確定性、初始條件和邊界條件的不確定性和計(jì)算模型的不確定性。

針對(duì)巖石力學(xué)與工程的這些不確定性問(wèn)題，研究人員已經(jīng)從多個(gè)方面開(kāi)展了模糊巖石力學(xué)與隨機(jī)巖石力學(xué)的研究。本文將總結(jié)這些方面的研究成果，以期對(duì)隨機(jī)理論和模糊數(shù)學(xué)在巖石力學(xué)與工程中的應(yīng)用有一個(gè)全面而系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的解讀，指出目前研究的熱點(diǎn)，存在的不足以及未來(lái)研究的展望。

2. 巖石及巖體裂隙結(jié)構(gòu)的隨機(jī)模擬

巖石及巖體都是賦存于自然地質(zhì)條件中的初始損傷體。在巖石內(nèi)部通常都會(huì)由于礦物顆粒的沉積作用以及動(dòng)力變質(zhì)作用而形成初始微裂隙，這些微裂隙的存在極大地改變和決定了巖石的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性質(zhì)（包括巖石的初始各向異性和誘發(fā)各向異性）。在描述巖石微細(xì)裂隙結(jié)構(gòu)方面，X光衍射儀和掃描電鏡[5]是這方面的強(qiáng)有力研究手段。朱珍德 等人[6]引入隨機(jī)數(shù)學(xué)及模糊數(shù)學(xué)理論，在Matlab開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，采用Monte-Carlo隨機(jī)理論描述大理石細(xì)觀結(jié)構(gòu)體積表征單元，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)其細(xì)觀SEM掃描電鏡照片進(jìn)行二值化分析，提取出微裂隙的長(zhǎng)度、方位角、寬度、面積和周長(zhǎng)等細(xì)觀信息，測(cè)定了大理石顆粒及礦物組構(gòu)的幾何尺度，并得到大理石微細(xì)觀裂隙的幾何尺寸的概率密度及分布函數(shù)形式，最后采用分形理論，得到巖石微結(jié)構(gòu)的分形盒維數(shù)，并與Swoboda損傷理論相結(jié)合，描述了大理巖考慮損傷效應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。

巖體中包含大量的節(jié)理裂隙，這些節(jié)理裂隙形成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)巖體的力學(xué)性質(zhì)，如：變形、破壞具有控制性的作用，它們是巖體非連續(xù)性、非均勻性和各向異性的根源。要明確工程巖體的變形和破壞模式必須對(duì)巖體的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)以及巖體的結(jié)構(gòu)有比較清晰的認(rèn)識(shí)，這就需要對(duì)節(jié)理裂隙進(jìn)行產(chǎn)狀和幾何尺寸的現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)和調(diào)查分析。隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，人們期望能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)的節(jié)理裂隙地質(zhì)資料在計(jì)算機(jī)上再現(xiàn)，然后將建立的幾何模型應(yīng)用于數(shù)值模擬和計(jì)算分析。數(shù)值分析方法確定節(jié)理巖體等效參數(shù)的主要特點(diǎn)是充分利用現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)、室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)巖樣和節(jié)理結(jié)構(gòu)面試驗(yàn)等巖體已知信息，建立不同尺度的節(jié)理巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)模型[7]。這樣就可以實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的地質(zhì)資料到計(jì)算機(jī)的模擬再現(xiàn)和三維地質(zhì)模型的建立，進(jìn)而利用連續(xù)等效應(yīng)變和節(jié)理?yè)p傷張量理論，可以確定宏觀巖體的等效力學(xué)參數(shù)。采用這種數(shù)值手段模擬任意尺度下的巖體力學(xué)試驗(yàn)，可以在一定程度上彌補(bǔ)不能開(kāi)展大尺度巖體力學(xué)試驗(yàn)的問(wèn)題。張貴科 等人[8]在前人的研究基礎(chǔ)上，對(duì)節(jié)理巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行了深入的研究，提出采用平面四邊形來(lái)模擬巖體結(jié)構(gòu)面的方法，這種處理與實(shí)際情況更為接近。采用解析代數(shù)的方法，[8]中給出了平面四邊形的數(shù)學(xué)描述及其與空間點(diǎn)的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上，研究了巖體的REV尺度，開(kāi)發(fā)了巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)圖形的模擬程序。圖1是該軟件生成的巖體結(jié)構(gòu)圖。張貴科 等[9]在此研究的基礎(chǔ)長(zhǎng)，利用巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)和等效連續(xù)應(yīng)變理論，推導(dǎo)考慮初始應(yīng)力條件的節(jié)理巖體等效應(yīng)變的計(jì)算方法，并根據(jù)正交各向異性的彈性本構(gòu)模型，將節(jié)理巖體在REV尺度上等效為正交各向異性連續(xù)材料，進(jìn)而計(jì)算其等效變形參數(shù)。文獻(xiàn)[8, 9]為節(jié)理巖體的等效連續(xù)模型的建立提供了很好的思路和方法。

圖1節(jié)理巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)模擬[8]

3. 巖質(zhì)邊坡模糊穩(wěn)定性分析方法

巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性很大程度上取決于巖體中的節(jié)理強(qiáng)度及分布形式。由于節(jié)理在空間中的分布形式，形成不同產(chǎn)狀，將完整巖石切割分塊。不同的節(jié)理空間分布形式?jīng)Q定了巖質(zhì)邊坡的破壞形式。在實(shí)際的邊坡工程中，巖質(zhì)邊坡主要展現(xiàn)出四種破壞形式[10]：平面滑動(dòng)破壞、楔形體破壞、傾倒破壞和大規(guī)模密集節(jié)理切割后形成散體結(jié)構(gòu)的圓弧滑動(dòng)破壞。在工程實(shí)踐中，采用赤平極射投影法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以獲得邊坡的節(jié)理分布規(guī)律，確定優(yōu)勢(shì)節(jié)理組的產(chǎn)狀，結(jié)合邊坡面的產(chǎn)狀可以大致確定邊坡的破壞模式。但事實(shí)上獲得邊坡巖體的地質(zhì)資料通常都只具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的規(guī)律，并不能給出一個(gè)唯一確定的穩(wěn)定性參數(shù)，因此，有必要在巖質(zhì)邊坡中引入模糊數(shù)學(xué)的方法對(duì)邊坡的穩(wěn)定性做性的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

眾多學(xué)者[11, 12, 13, 15]的研究表明，各種力學(xué)參數(shù)的模糊性、隨機(jī)性對(duì)工程穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)有著至關(guān)重要的影響，并且受到越來(lái)越多的重視。在這方面，徐衛(wèi)亞 等人[14]對(duì)節(jié)理巖體邊坡模糊穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法做了系統(tǒng)而深入的研究。在此文中報(bào)道了節(jié)理巖體邊坡模糊安全系數(shù)的計(jì)算公式，以及編制的基于潛在滑動(dòng)面自動(dòng)搜索邊坡模糊穩(wěn)定性研究程序。利用模糊數(shù)學(xué)區(qū)間參數(shù)的計(jì)算原則，對(duì)各個(gè)參數(shù)隸屬函數(shù)引入水平截集，得到各個(gè)模糊數(shù)的模糊區(qū)間，再根據(jù)擴(kuò)展原理計(jì)算出模糊安全系數(shù)的隸屬度函數(shù)，進(jìn)而利用節(jié)理巖體邊坡的安全系數(shù)的計(jì)算方法可以確定安全系數(shù)。此研究針對(duì)節(jié)理巖體邊坡中節(jié)理和巖塊力學(xué)參數(shù)的模糊性進(jìn)行研究，并提出考慮力學(xué)參數(shù)模糊性影響的節(jié)理巖體邊坡穩(wěn)定性分析方法，為節(jié)理巖體邊坡工程設(shè)計(jì)提供更全面的參考依據(jù)，盡可能避免由于計(jì)算參數(shù)模糊性給工程實(shí)踐帶來(lái)的影響[14]。

4. 巖石力學(xué)參數(shù)的模糊識(shí)別

由于巖石的非均一性和材料組分的多樣性，似的巖石的物理力學(xué)參數(shù)存在較大的變異區(qū)間。因?yàn)槭茉囼?yàn)防范和條件的限制，巖石的力學(xué)的試驗(yàn)結(jié)果具有一定的不確定性其不確定性包含隨機(jī)性和模糊性，這是由于巖石試樣性態(tài)和類屬是確定的；而模糊性則是巖石試樣特性內(nèi)在的不確定性。隨機(jī)性只涉及信息的量，通過(guò)對(duì)同一巖體反復(fù)抽樣，進(jìn)行大量試驗(yàn)就可以逼近該巖體的力學(xué)參數(shù)特性；模糊性則關(guān)系到信息的意義，它反映的是巖石樣本對(duì)工程地巖體的隸屬程度[16]。最小二乘法和隨機(jī)—模糊法是確定巖石力學(xué)參數(shù)的基本方法，唐杰軍 等[16]將這兩種方法進(jìn)行了結(jié)合和分別應(yīng)用，得到了一個(gè)確定巖石抗剪強(qiáng)度參數(shù)的樸實(shí)方法，并將其應(yīng)用于實(shí)際的巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)定。巖石工程由于參數(shù)難以確定，通?？梢圆捎梦灰品囱莸姆绞剑鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)的位移監(jiān)測(cè)資料反演巖石的力學(xué)參數(shù)。當(dāng)目前的研究絕大多數(shù)屬于確定性反分析。但是在眾多的巖石工程中，由于量測(cè)技術(shù)和方法的限制和外界偶然擾動(dòng)因素，如工程爆破開(kāi)挖、機(jī)械振動(dòng)的作用，不可避免地，使得測(cè)定的位移不可能是真的變形值。因而測(cè)量的位移本身就是一個(gè)隨機(jī)變量。工程巖體的變形過(guò)程也就是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程所以只能用一個(gè)隨機(jī)變量來(lái)使其再現(xiàn)?；诖?，劉世君 等人[18]和徐衛(wèi)亞 等人[17]，指出應(yīng)該從概率的角度來(lái)研究變形，反演出參數(shù)。通過(guò)實(shí)際工程的應(yīng)用研究，他們建立了一套17方法并將其應(yīng)用于實(shí)際的水電工程中。通常將目標(biāo)參數(shù)作為隨機(jī)變量來(lái)考慮，通過(guò)對(duì)實(shí)際工程中監(jiān)測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后給定巖石的力學(xué)參數(shù)的區(qū)間取值。由于實(shí)際的巖石工程通常都存在流變變形以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性的問(wèn)題。這就需要在實(shí)際應(yīng)用中使用黏彈塑性模型來(lái)描述其力學(xué)行為。同樣地，與彈塑性性的參數(shù)反演類似，巖石流變本構(gòu)模型也存在參數(shù)的模糊反演的問(wèn)題。為此，劉世君 等人[19]提出了巖石粘彈性模型的辨識(shí)及參數(shù)反演的方法。利用蠕變?nèi)崃康母拍?，根?jù)位移和蠕變?nèi)崃績(jī)刹椒捶治龇?，從流變性模型的一般表達(dá)式中辨識(shí)出適用的本構(gòu)模型。由相應(yīng)的位移實(shí)測(cè)值用解析法反演巖石的蠕變?nèi)崃?，再由巖石的蠕變?nèi)崃窟\(yùn)用非線性技術(shù)辨識(shí)出巖石本構(gòu)模型的最終表達(dá)式，最后進(jìn)一步由模型參數(shù)反算出巖體的粘彈性參數(shù)。應(yīng)用平面復(fù)變影射、保角變換方法可得圍巖內(nèi)任一點(diǎn)在曲線坐標(biāo)中的位移和滿足應(yīng)力邊界條件的復(fù)勢(shì)函數(shù)。再利用復(fù)變函數(shù)分析方法確定曲線坐標(biāo)下的蠕變?nèi)崃亢蛷V義蠕變?nèi)崃康木€性方程組。這種方法可以在一定程度上避免參數(shù)不確定的問(wèn)題，并可以使用辨識(shí)得到的模型和反演出來(lái)的參數(shù)對(duì)巖體工程的長(zhǎng)期流變穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和預(yù)測(cè)。

5. 巖石材料的隨機(jī)本構(gòu)模型

前述的巖石力學(xué)問(wèn)題都涉及到隨機(jī)模糊理論在巖石力學(xué)與工程中的應(yīng)用，這種應(yīng)用集中在對(duì)巖石的幾何以及物理力學(xué)參數(shù)模糊識(shí)別與計(jì)算機(jī)的再現(xiàn)。另外還有學(xué)者將隨機(jī)模糊理論應(yīng)用于巖石的本構(gòu)模型，用于描述和解決巖石應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的不確定性問(wèn)題。徐衛(wèi)亞和韋立德[21, 22]在這方面做了一些卓有成效的研究工作。他們基于概率論和損傷力學(xué)，對(duì)巖石在荷載作用下的破壞、損傷和彈塑性變形進(jìn)行了深入的探討。在其模型的損傷演化方程中全部采用有效應(yīng)力，這樣的處理更能反映巖石的真實(shí)剩余強(qiáng)度。將發(fā)生破壞的微元占微元總體的比例定義為損傷變量，這樣損傷變量就背定義成破壞概率，這與以往的處理方式不同。在進(jìn)行損傷變量處理時(shí)，假設(shè)巖石微元破壞服從Weibull分布；處理巖石的屈服時(shí)使用了德魯克-普拉格屈服準(zhǔn)則。最后建立了彈塑性損傷耦合的本構(gòu)模型，并將其應(yīng)用于巖石的應(yīng)力應(yīng)變描述。該模型能夠很好的反應(yīng)巖石經(jīng)過(guò)峰值破壞后的殘余強(qiáng)度。

6. 隨機(jī)有限元法在巖石力學(xué)中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，數(shù)值方法已成為研究和解決巖石力學(xué)問(wèn)題的一種必不可少的方法。有限元法是計(jì)算巖石力學(xué)的常用方法。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展有限元理論已發(fā)展成熟，并有很多大型商業(yè)軟件推出。隨著隨機(jī)模糊理論的應(yīng)用和隨機(jī)力學(xué)的發(fā)展，這些理論被逐步引入并應(yīng)用到有限元方法中，由此形成了隨機(jī)有限元理論。隨機(jī)有限元法作為隨機(jī)力學(xué)的一個(gè)主要部分。經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，目前已成為分析隨機(jī)因素影響下結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)的強(qiáng)有力的工具[20, 23]。目前出現(xiàn)的隨機(jī)有限元法可分為[2]：直接Monte-Carlo法、改進(jìn)Monte-Carlo法、攝動(dòng)法、直接偏微分法、加權(quán)積分法和響應(yīng)面法等。其中直接Monte-Carlo法由于太費(fèi)時(shí)而顯得很不實(shí)用，改進(jìn)的Monte-Carlo法雖在上比直接Monte-Carlo法有了較大的提高，但一般仍難應(yīng)用于大型工程問(wèn)題；加權(quán)積分法對(duì)于隨機(jī)場(chǎng)特性比較顯著的情形精度較高，但由于公式比較繁瑣，很難在三維地質(zhì)模型中推廣應(yīng)用。

針對(duì)不同的巖石力學(xué)研究領(lǐng)域，目前眾多的研究人員開(kāi)展了大量有關(guān)隨機(jī)有限元的應(yīng)用研究。何翔[24]在研究巖體滲流應(yīng)力耦合的問(wèn)題時(shí)，將巖體滲流、力學(xué)參數(shù)視為空間隨機(jī)場(chǎng)，這樣可以較好地反映參數(shù)的空間變異性；采用的普通克立格估值法和泛克立格估值法能保證估值的無(wú)偏性和有效性。他在等效連續(xù)介質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，采用隨機(jī)有限元法對(duì)含隨機(jī)耦合場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，可得到孔壓、應(yīng)力、位移等場(chǎng)變量的隨機(jī)分布特征。也可以方便的分析耦合場(chǎng)內(nèi)孔壓、位移等變量對(duì)參數(shù)的靈敏度。王亞軍[25]研究了模糊隨機(jī)損傷有限元在巖土工程中的應(yīng)用問(wèn)題。他基于模糊分解定理建立了模糊空間上的模糊變分理論，然后依據(jù)擴(kuò)張?jiān)瓌t在廣義非確定性空間上提出了模糊隨機(jī)變分列式；由隨機(jī)變分列式在經(jīng)典隨機(jī)有限元理論基礎(chǔ)上，建立了線性一次逼近隨機(jī)有限元模型，并對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行了模擬應(yīng)用。李濤[26]在處理軟土路基的工程問(wèn)題時(shí)，提出了考慮大變形的固結(jié)隨機(jī)有限元格式。并在實(shí)際工程中取得了較好的應(yīng)用。

巖石力學(xué)論文:試述巖石力學(xué)在金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用

摘 要：由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)資源的需求旺盛，對(duì)金屬礦的需求也越來(lái)越多，本文介紹了現(xiàn)代巖石力學(xué)的核心內(nèi)容和本質(zhì)特征及其在金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用，包括礦山地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量，地下礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化，大型深凹露天礦邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化和深部開(kāi)采動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)與防治，介紹了金屬礦山地應(yīng)力的規(guī)律性及地下礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。

關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；金屬礦山；采礦工程；應(yīng)用

1 巖石力學(xué)的特點(diǎn)

隨著人類文明的不斷進(jìn)步，以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多新的學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。巖石力學(xué)是近展起來(lái)的一門(mén)應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的新興學(xué)科和邊緣學(xué)科，它的應(yīng)用范圍涉及采礦、土木建筑、水利水電、鐵道、公路、地質(zhì)、地震、石油、地下工程、海洋工程等眾多的與巖石工程相關(guān)的工程領(lǐng)域。一方面，巖石力學(xué)是上述工程領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)；另一方面，正是上述工程領(lǐng)域的實(shí)踐促使了巖石力學(xué)的誕生和發(fā)展。

1966年，美國(guó)科學(xué)院巖石力學(xué)委員會(huì)對(duì)巖石力學(xué)給予以下定義：“巖石力學(xué)是研究巖石的力學(xué)性狀的一門(mén)理論和應(yīng)用科學(xué)，它是力學(xué)的一個(gè)分支，是探討巖石對(duì)其周圍物理環(huán)境中力場(chǎng)的反應(yīng)?！边@一定義是從“材料”的概念出發(fā)的，帶有材料力學(xué)或固體力學(xué)的深深烙印。隨著巖石力學(xué)理論研究和工程實(shí)踐的不斷深入和發(fā)展，人們對(duì)“巖石”的認(rèn)識(shí)有了突破。首先，不能把“巖石”看成固體力學(xué)中的一種材料，所有巖石工程中的“巖石”是一種天然地質(zhì)體，或者叫做巖體，它具有復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和賦存條件，是一種典型的“不連續(xù)介質(zhì)”。其次，巖體中存在地應(yīng)力，它是由于地質(zhì)構(gòu)造和重力作用等形成的內(nèi)應(yīng)力。由于巖石工程的開(kāi)挖引起地應(yīng)力的釋放，正是這種“釋放荷載”才是引起巖石工程變形和破壞的根本作用力。因此巖石力學(xué)的研究思路和研究方法與以研究“外荷載作用”為特征的材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等有本質(zhì)的不同。最近的研究表明，無(wú)論是巖體結(jié)構(gòu)，還是其賦存狀況、賦存條件均存在大量的不確定性。因此，必須改變傳統(tǒng)的固體力學(xué)的確定性研究方法，而從“系統(tǒng)”的概念出發(fā)，采用不確定性方法來(lái)進(jìn)行巖石力學(xué)的研究?！皫r體”是自然系統(tǒng)，“工程巖體”是人地系統(tǒng)，其行為和功能與施工因素密切相關(guān)。

根據(jù)上述分析，現(xiàn)在可以重新定義：巖石力學(xué)是一門(mén)認(rèn)識(shí)和控制巖石系統(tǒng)的力學(xué)行為和工程功能的科學(xué)。采礦工程涉及的巖石力學(xué)問(wèn)題主要有如下幾個(gè)方面。

(1)礦山地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量

(2)露天采礦邊坡設(shè)計(jì)及穩(wěn)定加固技術(shù)

(3)井下開(kāi)采中巷道和采場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題，特別是軟巖巷道和深部開(kāi)采地壓控制問(wèn)題

(4)采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化，包括采礦方法選擇、開(kāi)采總體布置、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)、開(kāi)采順序、開(kāi)挖步驟、地壓控制、支護(hù)加固的優(yōu)化等

(5)巖爆、煤與瓦斯突出、礦井突水預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)及預(yù)處理理論和技術(shù)

(6)采空區(qū)處理及地面沉降問(wèn)題。

2 礦山地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量

2. 1 地應(yīng)力測(cè)量的重要性

地應(yīng)力是存在于地層中的天然應(yīng)力，它是引起采礦、水利水電、土木建筑、鐵道、公路和其他各種地下或露天巖土開(kāi)挖工程變形和破壞的根本作用力，是實(shí)現(xiàn)采礦和巖土工程開(kāi)挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提。因?yàn)閷?duì)礦山設(shè)計(jì)來(lái)講，只有掌握了具體工程區(qū)域的地應(yīng)力條件，才能合理確定礦山總體布置，選取適當(dāng)?shù)牟傻V方法，確定巷道和采場(chǎng)的最佳斷面形狀、斷面尺寸、開(kāi)挖步驟、支護(hù)形式、支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、支護(hù)時(shí)間等，從而在保證圍巖穩(wěn)定性的前提下，最大限度地增加礦石產(chǎn)量，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)采礦工程的優(yōu)化。

根據(jù)彈性力學(xué)理論，巷道和采場(chǎng)的最佳形狀主要由其斷面內(nèi)的2個(gè)主應(yīng)力的比值來(lái)決定，為了減少巷道和采場(chǎng)周邊的應(yīng)力集中現(xiàn)象，它們最理想的斷面形狀應(yīng)是一個(gè)橢圓，而這個(gè)橢圓在水平和垂直方向的兩個(gè)半軸的長(zhǎng)度之比應(yīng)與該斷面內(nèi)水平主應(yīng)力和垂直主應(yīng)力之比相等。在此情況下，巷道和采場(chǎng)周邊將處于均勻等壓應(yīng)力狀態(tài)。這是一種最穩(wěn)定的受力狀態(tài)。在確定巷道和采場(chǎng)走向時(shí)，也應(yīng)考慮地應(yīng)力的狀態(tài)，最理想的走向是與最大主應(yīng)力方向相平行。

由于采礦工程的復(fù)雜性和形狀多樣性，利用理論解析的方法進(jìn)行工程穩(wěn)定性的分析和計(jì)算幾乎是不可能的。但是，近20年來(lái)大型電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和各種數(shù)值分析方法的不斷發(fā)展，使采礦工程成為一門(mén)可以進(jìn)行定量設(shè)計(jì)計(jì)算和分析的工程科學(xué)。所有的計(jì)算和分析都必須在已知地應(yīng)力的前提下進(jìn)行。如果對(duì)工程區(qū)域的實(shí)際原始應(yīng)力狀態(tài)一無(wú)所知，那么任何計(jì)算和分析都將失去其應(yīng)有的真實(shí)性和實(shí)用價(jià)值。

2. 2 地應(yīng)力測(cè)量的主要方法

測(cè)量原始地應(yīng)力就是確定存在于擬開(kāi)挖巖體及其周圍區(qū)域的未受擾動(dòng)的三維應(yīng)力狀態(tài)，這種測(cè)量通常是通過(guò)一點(diǎn)一點(diǎn)的量測(cè)來(lái)完成的。巖體中一點(diǎn)的三維應(yīng)力狀態(tài)可由選定坐標(biāo)系中的6個(gè)分量(Rx，Ry，Rz，Sxy，Syz，Sxz)來(lái)表示，這種坐標(biāo)系是可以根據(jù)需要和方便任意選擇的，但一般取地球坐標(biāo)系作為測(cè)量坐標(biāo)系。由6個(gè)應(yīng)力分量可求得該點(diǎn)的3個(gè)主應(yīng)力(R1，R2，R3)的大小和方向，這是唯一的。在實(shí)際測(cè)量中，每一測(cè)點(diǎn)所涉及的巖石可能從幾立方厘米到幾千立方米，這取決于采用何種測(cè)量方法。但不管是幾立方厘米還是幾千立方米，對(duì)于整個(gè)巖體而言，仍可視為一點(diǎn)。由于地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性，要比較準(zhǔn)確地測(cè)定某一礦區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，就必須進(jìn)行充足數(shù)量的“點(diǎn)”測(cè)量。在此基礎(chǔ)上，才能借助數(shù)值分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)、灰色建模、人工智能等方法，建立礦區(qū)的地應(yīng)力場(chǎng)模型。

目前，應(yīng)力解除法已形成一套標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量程序，具體步驟如下：

第一步：從巖體表面，一般是從地下巷道、隧道、峒室表面向巖體內(nèi)部打大孔，直至位于巖體內(nèi)的測(cè)點(diǎn)部位。大孔直徑為130~ 150 mm，深度為巷道、隧道或峒室跨度的2. 5倍以上，從而保證測(cè)點(diǎn)是在未受巖體開(kāi)挖擾動(dòng)的原巖應(yīng)力區(qū)。

第二步：從大孔底打同心小孔，供安裝探頭用。小孔直徑一般為36~ 38 mm，深度一般為孔徑的10倍左右，從而保證小孔中央部位處于平面應(yīng)變狀態(tài)。

第三步：用一套專用裝置將測(cè)量探頭安裝(固定或膠結(jié))到小孔中央部位；空心包體應(yīng)變計(jì)是目前國(guó)內(nèi)外采用最廣泛的應(yīng)力解除法測(cè)量?jī)x器(探頭)。

第四步：用第一步打大孔用的薄壁鉆頭繼續(xù)延深大孔，從而使小孔周圍巖芯實(shí)現(xiàn)應(yīng)力解除。由于應(yīng)力解除引起的小孔變形或應(yīng)變由測(cè)量探頭測(cè)定并通過(guò)儀器記錄下來(lái)。根據(jù)測(cè)得的小孔變形或應(yīng)變通過(guò)有關(guān)公式即可求出小孔周圍巖體的原巖應(yīng)力狀態(tài)。

3 地下礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化

金屬礦床的形成過(guò)程、賦存狀況和開(kāi)采穩(wěn)定性均受地應(yīng)力場(chǎng)的控制。為此，必須以地應(yīng)力為切入點(diǎn)進(jìn)行金屬礦采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化。

(1)采用盤(pán)區(qū)上向高分層連續(xù)回采充填采礦工藝，顯著提高了采場(chǎng)生產(chǎn)能力和采礦強(qiáng)度，減少了采準(zhǔn)工作量，降低了生產(chǎn)成本；實(shí)現(xiàn)了各采場(chǎng)連續(xù)回采，大大增加了盤(pán)區(qū)內(nèi)同時(shí)回采的采場(chǎng)數(shù)目，大幅度提高了盤(pán)區(qū)生產(chǎn)能力，充分發(fā)揮了機(jī)械化無(wú)軌作業(yè)的優(yōu)越性；大大增加了采場(chǎng)安全性，顯著降低了采礦損失率和貧化率。

(2)采用數(shù)值模擬等多種方法進(jìn)行了采礦設(shè)計(jì)的定量計(jì)算、分析，實(shí)現(xiàn)了采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和開(kāi)采順序的優(yōu)化；盤(pán)區(qū)呈“品”字型布置采場(chǎng)進(jìn)路的免壓拱開(kāi)采技術(shù)獲得成功，使采場(chǎng)圍巖的應(yīng)力分布趨于合理，采場(chǎng)地壓得到有效控制。在應(yīng)力降低區(qū)的下方進(jìn)行開(kāi)采，肯定是有利于安全的。

(3)實(shí)現(xiàn)了采場(chǎng)鑿巖爆破參數(shù)的優(yōu)化，提高了爆破效率和質(zhì)量，增大了采場(chǎng)生產(chǎn)能力，節(jié)省了鑿巖爆破成本，同時(shí)使采場(chǎng)作業(yè)環(huán)境大大改善。

(4)實(shí)現(xiàn)了無(wú)軌采掘設(shè)備的優(yōu)化配置和全盤(pán)機(jī)械化，提高了無(wú)軌采掘設(shè)備的作業(yè)效率和機(jī)械化作業(yè)水平。提高了礦山生產(chǎn)能力，降低了生產(chǎn)成本。

(5)采用多種手段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為地壓控制和生產(chǎn)安全提供了保障。通過(guò)研究，使盤(pán)區(qū)生產(chǎn)能力增加了88%，采場(chǎng)勞動(dòng)生產(chǎn)率提高了61. 6%，采礦總損失率下降了51%，礦石總貧化率下降了25%，黃金產(chǎn)量增加了75. 5%，采礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)全面達(dá)到世界先進(jìn)水平。

結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，巖石力學(xué)在金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。

巖石力學(xué)論文:焦家金礦寺莊礦區(qū)巖石力學(xué)試驗(yàn)研究

摘要：隨著焦家金礦寺莊礦區(qū)礦床開(kāi)采深度的增加，礦巖的破碎程度也越來(lái)越嚴(yán)重，礦巖的穩(wěn)固性越來(lái)越差，為確保采場(chǎng)安全，對(duì)寺莊礦區(qū)礦巖力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行巖石的物理性質(zhì)試驗(yàn)、巖石抗壓強(qiáng)度、巖石剪切強(qiáng)度、巖石抗拉強(qiáng)度的測(cè)試分析，為礦山采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：寺莊礦區(qū)；巖石力學(xué)；測(cè)試分析；礦床開(kāi)采；采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

寺莊礦區(qū)是山東黃金礦業(yè)股份有限公司焦家金礦的分礦山，生產(chǎn)能力近1500t/d，為山東黃金的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。目前，隨著礦床開(kāi)采深度的增加，礦體所受的地應(yīng)力越來(lái)越大，礦巖的破碎程度也越來(lái)越嚴(yán)重，礦巖的穩(wěn)固性越來(lái)越差，冒頂片幫現(xiàn)象越來(lái)越多，甚至出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象。因此，為確保采場(chǎng)安全，提高礦山經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和安全效應(yīng)，對(duì)寺莊礦區(qū)礦巖物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試分析，為礦山采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

1 巖石取樣地點(diǎn)及礦巖性質(zhì)

巖石物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的是為山東黃金礦業(yè)股份有限公司焦家金礦寺莊礦區(qū)-220m以上7-2號(hào)礦體的回采提供依據(jù)，分別對(duì)上盤(pán)、下盤(pán)和礦體進(jìn)行取樣。將取好的巖樣進(jìn)行試件的加工，加工試件的尺寸均嚴(yán)格按照巖石物理力學(xué)試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，將加工好的試件，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn)均按照GB/T 50266-99規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)，剪切試驗(yàn)按MT48-87規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)。在礦區(qū)選取具有代表性的塊石樣，上盤(pán)：黃鐵絹英巖化碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖；礦體：黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖；下盤(pán)：黃鐵絹英巖化花崗巖、絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖。

2 巖石力學(xué)試驗(yàn)

單軸抗壓試驗(yàn)和抗剪試驗(yàn)采用SANS微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，最大載荷為2000kN；劈裂試驗(yàn)采用上海華龍測(cè)試儀器有限公司生產(chǎn)的微機(jī)控制全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)，最大載荷為200kN。巖石抗壓、剪切、劈裂試驗(yàn)見(jiàn)圖1至圖3，圖4至圖6為上盤(pán)、礦體、下盤(pán)巖樣單軸壓縮試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，測(cè)試后的巖石力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）巖石試驗(yàn)的物理性質(zhì)：上盤(pán)密度2.726t/m3，礦體密度2.769t/m3，下盤(pán)密度2.688t/m3。

（2）抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)：上盤(pán)硬度較小，節(jié)理裂隙發(fā)育，在抗壓試驗(yàn)過(guò)程中大多數(shù)都完全破碎，且中間含泥質(zhì)充填物。試件單軸抗壓強(qiáng)度為39.73MPa，彈性模量為8.94GPa。礦體硬度較大，節(jié)理裂隙不發(fā)育。單軸抗壓強(qiáng)度為49.1MPa，彈性模量為6.14Gpa。下盤(pán)強(qiáng)度大，巖樣斷面為45°角；單軸抗壓強(qiáng)度50.2MPa，彈性模量為4.65GPa。

（3）剪切強(qiáng)度試驗(yàn)：上盤(pán)內(nèi)摩擦角為34.38°，粘結(jié)力為18.42。礦體內(nèi)摩擦角為38.38°，粘結(jié)力為21.69。下盤(pán)內(nèi)摩擦角為35.9°，粘結(jié)力為37.09。

（4）抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)：上盤(pán)抗拉強(qiáng)度為3.7MPa，在試驗(yàn)過(guò)程中，上盤(pán)巖樣斷裂不是很明顯，節(jié)理裂隙較發(fā)育，一般沿節(jié)理面破壞。礦體抗拉強(qiáng)度為8.32MPa，在試驗(yàn)中，發(fā)生脆性破壞，且斷裂面比較平整。下盤(pán)抗拉強(qiáng)度為9.64MPa，在試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)生脆性破壞，且斷裂面比較平整。

巖石力學(xué)論文:中國(guó)科協(xié)會(huì)員日中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)活動(dòng)首次舉辦

12月15日，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)舉辦了“中國(guó)科協(xié)會(huì)員日京區(qū)學(xué)生會(huì)員座談參觀活動(dòng)”，此次活動(dòng)是該學(xué)會(huì)首次參與實(shí)施中國(guó)科協(xié)會(huì)員日活動(dòng)。中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)何滿潮、楊強(qiáng)，中國(guó)科協(xié)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)部顏利民，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所所長(zhǎng)助理郭敬輝，國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)國(guó)家小組秘書(shū)長(zhǎng)李仲奎，巖體數(shù)學(xué)模擬專業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)林鵬等出席活動(dòng)。來(lái)自中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）、北京科技大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)、北京交通大學(xué)、鐵道科學(xué)研究院、中科院地質(zhì)與地球物理所、北京地質(zhì)所、北京水工資環(huán)公司等大專院校、科研單位及團(tuán)體會(huì)員單位的學(xué)生會(huì)員121人參加了此次會(huì)員日活動(dòng)。

中國(guó)科協(xié)會(huì)員日中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)

中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)常務(wù)副秘書(shū)長(zhǎng)方祖烈主持會(huì)議。何滿潮致開(kāi)幕詞，他說(shuō)，中國(guó)科協(xié)決定每年12月15日為中國(guó)科協(xié)會(huì)員日，通過(guò)集中開(kāi)展形式多樣、內(nèi)容豐富的會(huì)員日活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)會(huì)凝聚力，把學(xué)會(huì)這個(gè)科技工作者之“家”建設(shè)的更好！他號(hào)召青年科技工作者，認(rèn)真踐行科學(xué)發(fā)展觀、樹(shù)立正確的成才觀、人生觀，為全國(guó)建成小康社會(huì)而努力奮斗！

顏利民首先向?qū)W會(huì)會(huì)員表示節(jié)日的祝賀，并介紹了中國(guó)科協(xié)會(huì)員日的來(lái)歷和意義，對(duì)中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)舉辦的會(huì)員日活動(dòng)表示肯定，并希望廣大青年科技工作者、會(huì)員不斷進(jìn)取，通過(guò)學(xué)會(huì)這個(gè)平臺(tái)，為我國(guó)巖石力學(xué)事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量，希望學(xué)會(huì)通過(guò)這樣的活動(dòng)增強(qiáng)對(duì)會(huì)員的凝聚力，為學(xué)會(huì)事業(yè)的發(fā)展做出新的更大的

貢獻(xiàn)。

學(xué)會(huì)第一支撐單位中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所郭敬輝代表支撐單位對(duì)會(huì)員日的舉辦表示歡迎，他介紹了研究所有關(guān)專業(yè)研究的情況，他說(shuō)，作為學(xué)會(huì)的第一支撐單位，研究所將一如既往的對(duì)學(xué)會(huì)工作大力支持，并希望大家經(jīng)常來(lái)研究所進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。

方祖烈介紹了“全國(guó)十佳優(yōu)秀科技工作者”和學(xué)會(huì)獲得“全國(guó)優(yōu)秀科技工作者”稱號(hào)的楊強(qiáng)、李術(shù)才的事跡，并以此鼓勵(lì)與會(huì)的青年科技工作者。受中國(guó)科協(xié)委托，由何滿潮、郭敬輝向楊強(qiáng)教授和李術(shù)才教授頒發(fā)了獎(jiǎng)勵(lì)證書(shū)及獎(jiǎng)?wù)隆?

學(xué)會(huì)新任秘書(shū)長(zhǎng)劉大安向會(huì)員作了題為《提升學(xué)會(huì)創(chuàng)新服務(wù)能力，打造青年會(huì)員溫馨之家》的講座，他向與會(huì)的青年學(xué)生會(huì)員介紹了我學(xué)會(huì)的基本情況以及在提升創(chuàng)新服務(wù)能力方面的舉措、指出要為青年學(xué)者提供豐富的學(xué)術(shù)交流平臺(tái)、通過(guò)建設(shè)“精品期刊”吸引青年學(xué)者、注重青年科技獎(jiǎng)評(píng)選、提升國(guó)際地位，推動(dòng)青年國(guó)際交流等，希望青年會(huì)員能夠加入到學(xué)會(huì)中，發(fā)展壯大學(xué)會(huì)人才隊(duì)伍，享受學(xué)會(huì)大家庭的快樂(lè)。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所研究員李曉作了題為《新型深部地質(zhì)工程中的巖石力學(xué)問(wèn)題》的報(bào)告，從學(xué)科的最前沿介紹了研究所的最新研究成果和一些新的國(guó)際水平的創(chuàng)新方向，并詳細(xì)介紹了深部巖石力學(xué)控制巖體壓裂技術(shù)發(fā)展方向，以及廣泛的應(yīng)用前景。不僅開(kāi)闊了與會(huì)者的視野，同時(shí)也為年輕科技工作者指明了研究的方向。他鼓勵(lì)廣大青年科技工作者，不懈努力，為解決巖石力學(xué)發(fā)展中面臨的關(guān)鍵技術(shù)，做出自己的貢獻(xiàn)。

活動(dòng)當(dāng)天，學(xué)員們還參觀了中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重大儀器裝備和自主研發(fā)的巖石力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備，參觀活動(dòng)激發(fā)了青年會(huì)員投身科技工作的信心和決心。此外，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)為會(huì)員準(zhǔn)備了內(nèi)容豐富、具有重要閱讀和參考價(jià)值的科技圖書(shū)，包括由該學(xué)會(huì)出版的8種800多本價(jià)值15萬(wàn)元的科技圖書(shū)及2種245本學(xué)會(huì)刊物，受到與會(huì)學(xué)生的熱烈歡迎。（責(zé)任編輯：董大偉）

（來(lái)源：中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)供稿）