論述岩體性質的研究方法

① 岩體力學的研究方法

岩體力學研究採用下列方法： 在研究岩體地質特徵和地質環境的基礎上，根據岩體力學介質類型，分別採用不同的力學理論和不同的分析方法，對岩體的變形和穩定性進行力學分析。 綜合分析法。利用不同的力學理論和不同的分析方法，分析岩體的變形和穩定性，最後通過分析對比和綜合判斷，獲得比較符合實際的結論。

② 岩體力學主要研究什麼

岩體力學的發展歷程可以劃分為兩個關鍵階段：連續介質力學階段。在這個階段，岩體被視為一種整體的連續介質，借鑒了連續介質力學的理論和方法，特別是土力學理論，來解決工程建設中遇到的岩體問題。這是岩體力學早期的重要貢獻。

碎裂岩體力學階段則起源於20世紀50年代末和60年代初，一系列大型水壩工程事故促使人們認識到岩體並非整體，而是由節理、斷裂等結構組成碎裂岩體。研究者開始重視節理和斷裂面的力學特性，強調了岩體的不連續性、不均勻性和各向異性，以及尺寸效應等現象。同時，塊體分析理論和方法在力學分析中嶄露頭角，盡管連續介質力學理論仍然占據主導地位，但碎裂介質的研究也日益受到關注。

岩體力學的研究領域廣泛，涉及岩體的結構型式，如工程地基的變形和破壞、岩體邊坡的穩定性、地下工程的圍岩處理等。基礎問題包括岩體結構（特別是結構面的地質規律）、應力分布（包括地應力和工程引起的二次應力）、變形規律、破壞機制和強度理論，以及水力學特性。此外，岩體改造方案和技術也是研究的核心內容。

岩體力學的基本理論包含四個部分：岩體地質研究、岩體力學實驗與分析、力學模型建立以及岩體改造策略。這些研究工作與岩體工程的實際應用緊密相連，可分為三個主要類別：岩體力學特性普查，深入研究特定岩體問題，以及對岩體變形的觀測、監測和反分析。這些研究不斷推動岩體工程設計的完善和實踐應用的深化。
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岩體力學（Rockmass Mechanics）是土木工程專業的專業基礎課。岩體力學是力學的一個分支學科，是研究岩體在各種力場作用下變形與破壞規律的理論及其實際應用的科學，是一門應用型基礎學科。國際上往往把岩體力學稱為岩石力學。它是研究岩體在各種力場作用下變形與破壞規律的理論及其實際應用的科學，屬於應用型基礎學科。主要研究經過變形和破壞的岩體在地應力條件改變時產生再變形和再破壞的力學規律的學科。是力學、地質學與工程學之間的一門邊緣學科。

③ 岩石力學的研究方法

岩石力學的研究方法主要是：科學實驗和理論分析。科學實驗包括室內試驗、野外試驗和原型觀測（監控）。室內試驗一般分為岩塊（或稱岩石材料，即不包括明顯不連續面的岩石單元）試驗和模型試驗（主要是地質力學模型試驗和大工程模擬試驗）。野外試驗和原型觀測是在天然條件下，研究包括有不連續面的岩體的性狀，是岩石力學研究的重要手段，也是理論研究的主要依據。理論分析是對岩石的變形、強度、破壞准則及其在工程上的應用等課題進行探討。在這方面，長期以來沿用彈性理論、塑性理論和鬆散介質理論進行研究。由於岩石力學性質十分復雜，所以這些理論的適用范圍總是有限的。近年來，雖然發展了一些新的理論（如非連續介質理論），但都不夠成熟。1960年代以來，數值分析方法和大型電子計算機的應用給岩石力學的發展創造了有利條件。用這種方法和計算設備可以考慮岩石的非均質性，各向異性，應力－應變的非線性和流變性，粘、彈、塑性，等等。但是由於當前岩石力學的試驗方法較落後，還無法為計算提供准確的參數及合適的邊界條件，使計算技術的應用受到影響。
在研究中，一般應注意以下三個基本問題：①岩石是一種復雜的地質介質，研究工作都須在地質分析，尤其是在岩體結構分析的基礎上進行；②研究岩石力學的電要目的是解決工程實際問題，由於在工程實踐中岩石力學涉及地球物理學、構造地質學、實驗技術、計算技術、施工技術等學科，因此有關學科的研究人員以及工程勘測設計，施工人員的密切合作至關重要；③岩石性質十分復雜，目前使用的理論和方法還不能完全描述自然條件，因此強調在現場對岩石的性狀進行原型觀測，並利用獲得的資料驗證或修改理論分析結果和設計方案。對工程實踐而言，岩體中的非連續面和軟弱夾層往往是控制岩體穩定的主導因素。它們的力學特性，特別是流變性及其對建築物的影響，日益受到重視。

④ 研究岩體特徵

(一)侵入體三維空間形態研究

1)用GPS系統確定侵入體空間位置,包括侵入體占據區域的四角坐標和中心坐標,以經緯度表示滑答,例如E101°06′10″,N38°15′06″。

2)描述侵入體平面形態,用GPS系統確定侵入體平面出露面積和邊界周長,並計算侵入體平面形態復雜性系數[復雜性系數=侵入體周長(km)/侵入體出露面積(km²)]。

圖5-1 現有的測年方法及其同位素體系的有效封閉溫度(據FitzgerladP, et al.,2002)

3)對於二維延伸的侵入體(如岩牆),描述侵入體的產狀要素,並計算長/寬比值。

4)描述侵入體的表面形態,用地球物理方法確定侵入體底面形態,結合侵入體平面形態分析結果確定侵入體三維空間形態並計算其體積。

5)對於一維或近一維延伸的侵入體(如透鏡狀岩脈),除了描述一般產狀要素之外,還要描述侵入體的側伏向和側伏角,並闡明其尖滅再現的頻率(二侵入體中心間距)和間隔(二侵入體頭尾間距)。

6)在上述工作基礎上,闡明侵入體三維空間形態與圍岩構造和區域構造的關系,並填寫侵入體三維空間形態登記表(表5-4)。

表5-4 侵入體三維空間形態登記表

(二)侵入體侵位機制研究

1)研究侵入單元的產狀及其與圍岩的接觸關系,根據侵入體與圍岩面狀構造的切割關系劃分為整合侵入體(如岩床)和不整合侵入體(如岩株),根據侵入體出露面積劃分為岩基(>100km²)和岩株(<100km²),根據侵入體三維空間形態劃分為岩蓋、岩盆、岩床、岩鞍、岩牆等,與岩基或岩株直接相連的脈狀侵入體稱為岩枝(圖5-2)。

圖5-2 部分火成岩產狀示意圖

2)研究侵入體空間配置關系,作為一個理想模式,最深部為岩基,向上依次為岩株、岩盆、岩蓋、岩床、岩牆,岩基之下的直立脈狀侵入體為岩漿補給通道。結合岩石學研究成果,可大致確定岩漿侵位深度(表5-5),並據此將侵入岩劃分為深成相(>10km,catazone)、中深成相(10~3km,mesozone)和淺成相(<3km,epizone)。

表5-5 侵入岩侵位深度標志

3)根據侵入體出露情況、岩石學特徵、圍岩蝕變、圍岩捕虜體等確定侵入岩剝蝕深度(表5-6)。

表5-6 侵入岩剝蝕深度標志

圖5-3 侵入岩若干空間分布形式(據高秉章等,1991)

4)根據岩石類型的空間分布,特徵礦物的空間分布,岩體的蝕變類型和蝕變分帶,成礦元素地球化學豐度的空間分布和統計特徵,以及礦物組成、結構、構造的空間分布,劃分侵入岩相帶或進行侵入單元解體,進而確定岩相帶或侵入單元的空間分布方式(圖5-3),闡明岩漿侵位機制:被動侵位和主動侵位。

5)侵入體與圍岩接觸關系的研究,將接觸界面產狀與圍岩面狀構造平行的侵入體劃分為侵入整合接觸,不平行的劃分為不整合接觸。同時,描述接觸帶附近岩體和圍岩的岩石組成和組構變化,以表現侵入體與圍岩的相互作用強度,從而為岩體成礦潛力提供約束。

(三)岩漿活動旋迴、階段、期、次的劃分

指劃分與大地構造演化階段相關聯的侵入岩漿作用過程,可劃分出旋迴、階段、期、次。旋迴對應於大地構造演化大階段「相系」,階段對應於地質時代的一個紀或幾個紀,期對應於地質時代的紀或世,次對應於地質時代的期。為了方便起見,簡稱為岩喊悄漿活動旋迴、階段、期,和某某期第某次岩漿活動。

在具體劃分時,應充分考慮到侵入岩漿作用的動力學過程,一般情況下將由伸展到擠壓一個連續的動力學過程中所發生侵入岩漿作用稱作一個旋迴,它所代表的大地構造意義是一個大洋盆地體系由打開到閉合造山的全過程,或者是後造山伸展裂谷(包括海相和陸相)由開裂到閉合造山的全過程。碰撞(包括同碰撞和後碰撞)造山之後[現在稱後造山階段(postoogrenicstage)]大陸動力學條件發生了變化,由擠壓變為伸展,形成了一套特定的侵入岩漿作用,表明侵入岩漿作用已經進入了另一個構造岩漿旋迴。

在一個侵入構造岩漿旋迴中處於同一動力學條件下的侵入作用可以劃歸為階段,同一階段中由於侵入構造岩漿活動強度不同,形成的岩石組合等特點不同,則可以分成幾個期,一般對應於紀或世一級地質時代。

一個侵入構造岩漿活動期中的一次侵入過程,或者幾個相關聯的侵入過程可以劃作為「次」一級的侵入構造岩漿活動,

1)在上述研究的基礎上,以侵入岩形成時代為依據,以岩石組合(成因上密切聯系的一組火成岩)的歸並為手段,修訂侵入體登記表(表1)和岩性登記表(表2),確定岩鄭讓渣漿活動旋迴、階段、期、次。

2)一個岩漿-構造旋迴是以大型地球動力學系統為支撐,始於巨大深部能量的突然注入和長時間的消弭,它的影響將觸及整個岩漿-構造帶。因而,如果構成一個完整的岩漿-構造旋迴,可以用幔源岩漿活動為標志標定其開始和結束的時代,並可以在相鄰學科領域尋找到較好的構造變形、及沉積建造、變質建造、含礦建造等較好的整體對應物。

3)一個岩漿-構造旋迴可能包括多期構造岩漿活動,它們是次一級地球內部能量注入的表現,具有較短周期的演化特徵,其開始和結束的時代也可以用幔源岩漿活動時間來標定。岩漿-構造期也具有較好的相鄰學科領域整體對應物,需要結合區域地球動力學分析才能確定。

4)一個構造-岩漿階段對應於更次一級的整體能量波動,岩漿活動有可能觸及整個構造-岩漿帶,也可能僅限於局部地區,其開始和結束常常可見一些規模不大的幔源脈岩岩漿活動。因此,有可能沒有或較少相鄰學科領域整體對應物。

5)一次岩漿活動主要卻決於一些偶然因素,例如構造應力的鬆弛或加強、地質流體的注入等等,因而岩漿活動的次可能沒有區域可比性,但可以反映局部地區的構造應力場和熱體制的演化。其岩漿活動產物的性質也是比較隨機的。