论述岩体性质的研究方法

① 岩体力学的研究方法

岩体力学研究采用下列方法： 在研究岩体地质特征和地质环境的基础上，根据岩体力学介质类型，分别采用不同的力学理论和不同的分析方法，对岩体的变形和稳定性进行力学分析。 综合分析法。利用不同的力学理论和不同的分析方法，分析岩体的变形和稳定性，最后通过分析对比和综合判断，获得比较符合实际的结论。

② 岩体力学主要研究什么

岩体力学的发展历程可以划分为两个关键阶段：连续介质力学阶段。在这个阶段，岩体被视为一种整体的连续介质，借鉴了连续介质力学的理论和方法，特别是土力学理论，来解决工程建设中遇到的岩体问题。这是岩体力学早期的重要贡献。

碎裂岩体力学阶段则起源于20世纪50年代末和60年代初，一系列大型水坝工程事故促使人们认识到岩体并非整体，而是由节理、断裂等结构组成碎裂岩体。研究者开始重视节理和断裂面的力学特性，强调了岩体的不连续性、不均匀性和各向异性，以及尺寸效应等现象。同时，块体分析理论和方法在力学分析中崭露头角，尽管连续介质力学理论仍然占据主导地位，但碎裂介质的研究也日益受到关注。

岩体力学的研究领域广泛，涉及岩体的结构型式，如工程地基的变形和破坏、岩体边坡的稳定性、地下工程的围岩处理等。基础问题包括岩体结构（特别是结构面的地质规律）、应力分布（包括地应力和工程引起的二次应力）、变形规律、破坏机制和强度理论，以及水力学特性。此外，岩体改造方案和技术也是研究的核心内容。

岩体力学的基本理论包含四个部分：岩体地质研究、岩体力学实验与分析、力学模型建立以及岩体改造策略。这些研究工作与岩体工程的实际应用紧密相连，可分为三个主要类别：岩体力学特性普查，深入研究特定岩体问题，以及对岩体变形的观测、监测和反分析。这些研究不断推动岩体工程设计的完善和实践应用的深化。
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岩体力学（Rockmass Mechanics）是土木工程专业的专业基础课。岩体力学是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。国际上往往把岩体力学称为岩石力学。它是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，属于应用型基础学科。主要研究经过变形和破坏的岩体在地应力条件改变时产生再变形和再破坏的力学规律的学科。是力学、地质学与工程学之间的一门边缘学科。

③ 岩石力学的研究方法

岩石力学的研究方法主要是：科学实验和理论分析。科学实验包括室内试验、野外试验和原型观测（监控）。室内试验一般分为岩块（或称岩石材料，即不包括明显不连续面的岩石单元）试验和模型试验（主要是地质力学模型试验和大工程模拟试验）。野外试验和原型观测是在天然条件下，研究包括有不连续面的岩体的性状，是岩石力学研究的重要手段，也是理论研究的主要依据。理论分析是对岩石的变形、强度、破坏准则及其在工程上的应用等课题进行探讨。在这方面，长期以来沿用弹性理论、塑性理论和松散介质理论进行研究。由于岩石力学性质十分复杂，所以这些理论的适用范围总是有限的。近年来，虽然发展了一些新的理论（如非连续介质理论），但都不够成熟。1960年代以来，数值分析方法和大型电子计算机的应用给岩石力学的发展创造了有利条件。用这种方法和计算设备可以考虑岩石的非均质性，各向异性，应力－应变的非线性和流变性，粘、弹、塑性，等等。但是由于当前岩石力学的试验方法较落后，还无法为计算提供准确的参数及合适的边界条件，使计算技术的应用受到影响。
在研究中，一般应注意以下三个基本问题：①岩石是一种复杂的地质介质，研究工作都须在地质分析，尤其是在岩体结构分析的基础上进行；②研究岩石力学的电要目的是解决工程实际问题，由于在工程实践中岩石力学涉及地球物理学、构造地质学、实验技术、计算技术、施工技术等学科，因此有关学科的研究人员以及工程勘测设计，施工人员的密切合作至关重要；③岩石性质十分复杂，目前使用的理论和方法还不能完全描述自然条件，因此强调在现场对岩石的性状进行原型观测，并利用获得的资料验证或修改理论分析结果和设计方案。对工程实践而言，岩体中的非连续面和软弱夹层往往是控制岩体稳定的主导因素。它们的力学特性，特别是流变性及其对建筑物的影响，日益受到重视。

④ 研究岩体特征

(一)侵入体三维空间形态研究

1)用GPS系统确定侵入体空间位置,包括侵入体占据区域的四角坐标和中心坐标,以经纬度表示滑答,例如E101°06′10″,N38°15′06″。

2)描述侵入体平面形态,用GPS系统确定侵入体平面出露面积和边界周长,并计算侵入体平面形态复杂性系数[复杂性系数=侵入体周长(km)/侵入体出露面积(km²)]。

图5-1 现有的测年方法及其同位素体系的有效封闭温度(据FitzgerladP, et al.,2002)

3)对于二维延伸的侵入体(如岩墙),描述侵入体的产状要素,并计算长/宽比值。

4)描述侵入体的表面形态,用地球物理方法确定侵入体底面形态,结合侵入体平面形态分析结果确定侵入体三维空间形态并计算其体积。

5)对于一维或近一维延伸的侵入体(如透镜状岩脉),除了描述一般产状要素之外,还要描述侵入体的侧伏向和侧伏角,并阐明其尖灭再现的频率(二侵入体中心间距)和间隔(二侵入体头尾间距)。

6)在上述工作基础上,阐明侵入体三维空间形态与围岩构造和区域构造的关系,并填写侵入体三维空间形态登记表(表5-4)。

表5-4 侵入体三维空间形态登记表

(二)侵入体侵位机制研究

1)研究侵入单元的产状及其与围岩的接触关系,根据侵入体与围岩面状构造的切割关系划分为整合侵入体(如岩床)和不整合侵入体(如岩株),根据侵入体出露面积划分为岩基(>100km²)和岩株(<100km²),根据侵入体三维空间形态划分为岩盖、岩盆、岩床、岩鞍、岩墙等,与岩基或岩株直接相连的脉状侵入体称为岩枝(图5-2)。

图5-2 部分火成岩产状示意图

2)研究侵入体空间配置关系,作为一个理想模式,最深部为岩基,向上依次为岩株、岩盆、岩盖、岩床、岩墙,岩基之下的直立脉状侵入体为岩浆补给通道。结合岩石学研究成果,可大致确定岩浆侵位深度(表5-5),并据此将侵入岩划分为深成相(>10km,catazone)、中深成相(10~3km,mesozone)和浅成相(<3km,epizone)。

表5-5 侵入岩侵位深度标志

3)根据侵入体出露情况、岩石学特征、围岩蚀变、围岩捕虏体等确定侵入岩剥蚀深度(表5-6)。

表5-6 侵入岩剥蚀深度标志

图5-3 侵入岩若干空间分布形式(据高秉章等,1991)

4)根据岩石类型的空间分布,特征矿物的空间分布,岩体的蚀变类型和蚀变分带,成矿元素地球化学丰度的空间分布和统计特征,以及矿物组成、结构、构造的空间分布,划分侵入岩相带或进行侵入单元解体,进而确定岩相带或侵入单元的空间分布方式(图5-3),阐明岩浆侵位机制:被动侵位和主动侵位。

5)侵入体与围岩接触关系的研究,将接触界面产状与围岩面状构造平行的侵入体划分为侵入整合接触,不平行的划分为不整合接触。同时,描述接触带附近岩体和围岩的岩石组成和组构变化,以表现侵入体与围岩的相互作用强度,从而为岩体成矿潜力提供约束。

(三)岩浆活动旋回、阶段、期、次的划分

指划分与大地构造演化阶段相关联的侵入岩浆作用过程,可划分出旋回、阶段、期、次。旋回对应于大地构造演化大阶段“相系”,阶段对应于地质时代的一个纪或几个纪,期对应于地质时代的纪或世,次对应于地质时代的期。为了方便起见,简称为岩喊悄浆活动旋回、阶段、期,和某某期第某次岩浆活动。

在具体划分时,应充分考虑到侵入岩浆作用的动力学过程,一般情况下将由伸展到挤压一个连续的动力学过程中所发生侵入岩浆作用称作一个旋回,它所代表的大地构造意义是一个大洋盆地体系由打开到闭合造山的全过程,或者是后造山伸展裂谷(包括海相和陆相)由开裂到闭合造山的全过程。碰撞(包括同碰撞和后碰撞)造山之后[现在称后造山阶段(postoogrenicstage)]大陆动力学条件发生了变化,由挤压变为伸展,形成了一套特定的侵入岩浆作用,表明侵入岩浆作用已经进入了另一个构造岩浆旋回。

在一个侵入构造岩浆旋回中处于同一动力学条件下的侵入作用可以划归为阶段,同一阶段中由于侵入构造岩浆活动强度不同,形成的岩石组合等特点不同,则可以分成几个期,一般对应于纪或世一级地质时代。

一个侵入构造岩浆活动期中的一次侵入过程,或者几个相关联的侵入过程可以划作为“次”一级的侵入构造岩浆活动,

1)在上述研究的基础上,以侵入岩形成时代为依据,以岩石组合(成因上密切联系的一组火成岩)的归并为手段,修订侵入体登记表(表1)和岩性登记表(表2),确定岩郑让渣浆活动旋回、阶段、期、次。

2)一个岩浆-构造旋回是以大型地球动力学系统为支撑,始于巨大深部能量的突然注入和长时间的消弭,它的影响将触及整个岩浆-构造带。因而,如果构成一个完整的岩浆-构造旋回,可以用幔源岩浆活动为标志标定其开始和结束的时代,并可以在相邻学科领域寻找到较好的构造变形、及沉积建造、变质建造、含矿建造等较好的整体对应物。

3)一个岩浆-构造旋回可能包括多期构造岩浆活动,它们是次一级地球内部能量注入的表现,具有较短周期的演化特征,其开始和结束的时代也可以用幔源岩浆活动时间来标定。岩浆-构造期也具有较好的相邻学科领域整体对应物,需要结合区域地球动力学分析才能确定。

4)一个构造-岩浆阶段对应于更次一级的整体能量波动,岩浆活动有可能触及整个构造-岩浆带,也可能仅限于局部地区,其开始和结束常常可见一些规模不大的幔源脉岩岩浆活动。因此,有可能没有或较少相邻学科领域整体对应物。

5)一次岩浆活动主要却决于一些偶然因素,例如构造应力的松弛或加强、地质流体的注入等等,因而岩浆活动的次可能没有区域可比性,但可以反映局部地区的构造应力场和热体制的演化。其岩浆活动产物的性质也是比较随机的。