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巖體力學(xué)論文:采礦工程巖體力學(xué)教學(xué)改革初探

摘要：

本文針對采礦工程專業(yè)本科生專業(yè)基礎(chǔ)課《巖體力學(xué)》教學(xué)現(xiàn)狀存在的不足，提出了理論實(shí)踐并重、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、革新教學(xué)方法、培養(yǎng)學(xué)生興趣、拓寬學(xué)生知識結(jié)構(gòu)等為一體的優(yōu)化改革方案，教學(xué)實(shí)踐表明，效果良好。

關(guān)鍵詞：

采礦工程；巖體力學(xué)；教學(xué)改革

一、《巖體力學(xué)》教學(xué)現(xiàn)狀

《巖體力學(xué)》作為采礦工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生掌握巖石工程（井工開采、隧道、地下空間工程等）中一些力學(xué)現(xiàn)象的分析能力，使學(xué)生接受礦山開采和巖層控制基本理論和試驗(yàn)技能的初步訓(xùn)練，為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程及從事理論研究打下良好的基礎(chǔ)。《巖體力學(xué)》一般在先修課程（高等數(shù)學(xué)、彈性力學(xué)、材料力學(xué)、理論力學(xué)等）完成后開設(shè)，在學(xué)生學(xué)習(xí)本課程時，不僅可對先修課程進(jìn)行系統(tǒng)回顧，又可有效運(yùn)用前期基礎(chǔ)課程相關(guān)分析與計(jì)算方法分析宏觀工程問題；同時，該課程的學(xué)習(xí)可為《采礦學(xué)》、《礦山壓力與巖層控制》等主干專業(yè)課程的學(xué)習(xí)夯實(shí)理論基礎(chǔ)。但是，隨著科技水平的提高及分析方法的多元化，巖體力學(xué)所涉及研究范圍及方法日趨復(fù)雜，這也要求高校教師對巖體力學(xué)知識掌握更加全面，推陳出新，與時俱進(jìn)。傳統(tǒng)教學(xué)過程中，有關(guān)《巖體力學(xué)》的教學(xué)多以課堂原理的講授，已不再適用于本科生的教育及行業(yè)人才培養(yǎng)的發(fā)展需求。因此，結(jié)合現(xiàn)有條件對該課程進(jìn)行教學(xué)改革，適應(yīng)工科專業(yè)發(fā)展方向，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與應(yīng)用能力勢在必行。

二、《巖體力學(xué)》教學(xué)中存在的問題

對于采礦工程專業(yè)的學(xué)生，力學(xué)基礎(chǔ)相對較弱，即使之前已對相關(guān)基礎(chǔ)課程進(jìn)行了學(xué)習(xí)，但由于前期多為應(yīng)試型學(xué)習(xí)，且理論性較強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的掌握多為“碎片式”，無法有效形成知識網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)《巖體力學(xué)》時非常吃力。此時，若依然按照傳統(tǒng)教育模式采用灌輸式講授方法，則事倍功半。總結(jié)傳統(tǒng)教學(xué)方法下存在的主要問題如下：

1.學(xué)生基礎(chǔ)知識薄弱，易形成被動接受方式。《巖體力學(xué)》是對前期相關(guān)力學(xué)課程的延伸學(xué)習(xí)，若前期基礎(chǔ)力學(xué)知識及運(yùn)算方法掌握不牢，將導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)過程形成停頓感，由于課程邏輯性較強(qiáng)，一個知識點(diǎn)產(chǎn)生卡頓，學(xué)生對于后續(xù)知識的學(xué)習(xí)將產(chǎn)生被動接受的局面，學(xué)習(xí)效率低下。

2.教師課堂講授方法單一，不易于接受。資料顯示，目前非力學(xué)專業(yè)教師采用的《巖體力學(xué)》課件大同小異，均是對課本一些原理及方法的羅列，講授過程中多采用灌輸式，導(dǎo)致課堂教學(xué)環(huán)節(jié)枯燥乏味，缺乏與專業(yè)特點(diǎn)的聯(lián)系，學(xué)生不易參與其中，知識點(diǎn)也難以接受。

3.教學(xué)方法機(jī)械性較強(qiáng)，難以融會貫通。《巖體力學(xué)》主要采用的教學(xué)方法包括課堂講授與巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，對于實(shí)驗(yàn)部分，一般由實(shí)驗(yàn)老師授課，學(xué)生容易將理論知識的學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)獨(dú)立開來，因此，實(shí)驗(yàn)作為揭示巖體力學(xué)現(xiàn)象的一種有效手段，無法讓學(xué)生理解其獨(dú)特含義。

4.傳統(tǒng)理論講授過多，新型技術(shù)所占比例少。隨著科技發(fā)展，行業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)了大批巖體力學(xué)分析軟件，這些軟件借助于力學(xué)原理，在分析工程問題中得到了普遍推廣應(yīng)用。高校教師分析巖體力學(xué)問題時，可充分利用新型技術(shù)，將問題分析方法多元化，輔助學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)，又可拓寬學(xué)生知識面。

三、課程教學(xué)改革方法初探

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國逐漸躋身世界巖土工程大國，存在較大的發(fā)展空間。因此，對于工程類學(xué)生，掌握巖體力學(xué)分析方法及相關(guān)理論，為以后從事相關(guān)工作及科學(xué)研究鋪墊良好的基石至關(guān)重要。針對采礦工程專業(yè)《巖體力學(xué)》課程教學(xué)中存在的一些問題，初步提出了課程教學(xué)改革，具體包括以下幾個方面：

1.注重課堂效果，激發(fā)學(xué)生興趣。由于《巖體力學(xué)》內(nèi)容相對枯燥，學(xué)生容易失去興趣，因此，教師在講授時應(yīng)注重方法，提高課堂效果。講授內(nèi)容時應(yīng)充分結(jié)合本專業(yè)工程實(shí)例，循序漸進(jìn)，讓學(xué)生理解所講知識的來龍去脈。如講授平面應(yīng)變問題下巷道彈塑性分析時，可以具體教學(xué)實(shí)例進(jìn)行切入，首先對彈性力學(xué)中平面問題進(jìn)行回顧，進(jìn)而對問題進(jìn)行假設(shè)簡化，最后引入彈塑性力學(xué)知識對問題進(jìn)行分析，不僅對前期所學(xué)知識進(jìn)行了復(fù)習(xí)，同時應(yīng)用于解決現(xiàn)場工程問題中去，事半功倍。

2.注重基礎(chǔ)，構(gòu)建知識框架。采礦專業(yè)學(xué)生由于力學(xué)基礎(chǔ)相對薄弱，甚至對一些專業(yè)術(shù)語掌握都不夠準(zhǔn)確，給課程后期學(xué)習(xí)帶來了極大的困難。因此，教師需注重基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本技能的講授，講巖體力學(xué)中復(fù)雜的理論知識及工程實(shí)踐成果濃縮在有限的課時內(nèi)。同時，注重課本知識的統(tǒng)籌規(guī)劃，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)的同時，合理規(guī)劃授課內(nèi)容，突出重點(diǎn)，構(gòu)建知識框架，促使學(xué)生對知識內(nèi)容形成一個宏觀的認(rèn)識，利于融會貫通。

3.理論結(jié)合實(shí)踐，加強(qiáng)學(xué)習(xí)感知。《巖體力學(xué)》具有理論復(fù)雜和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，理論復(fù)雜體現(xiàn)在不確定性上，實(shí)踐性強(qiáng)則因與工程實(shí)踐密不可分。巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)則是連接理論知識與工程應(yīng)用的橋梁，因此，在教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)注重對實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，同時，實(shí)驗(yàn)應(yīng)在授課教師與實(shí)驗(yàn)教師共同參與下由學(xué)生獨(dú)立完成，提高學(xué)生的分析問題能力，調(diào)動學(xué)生獨(dú)立思考的積極性，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力。

4.做好通識教育，觸類旁通。巖體物理力學(xué)特性受外界條件及自身結(jié)構(gòu)影響極大，不同行業(yè)接觸的巖體也存在較大的差異性，不同專業(yè)分析問題的角度不盡相同。因此，應(yīng)結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，對講授內(nèi)容突出側(cè)重點(diǎn)，例如，邊坡工程、地基工程及地下工程所涉及巖體力學(xué)問題求解方法存在較大差異，因此，非專業(yè)知識課簡單講授原理，專業(yè)知識則重點(diǎn)講授，做到觸類旁通。

5.創(chuàng)新教學(xué)方法，未雨綢繆。在《巖體力學(xué)》教學(xué)過程，可適當(dāng)引入一些新型分析軟件和方法，如有限元、離散元及有限差分等軟件，做到與時俱進(jìn)，同時輔助學(xué)生理解一些復(fù)雜的原理，學(xué)生對于一些數(shù)值分析軟件的理解可為工作及深造后巖體力學(xué)問題的分析提供新的解決路徑，做到分析問題針對性強(qiáng)、操作應(yīng)用快，理解容易，易于自身能力的提升。結(jié)合工科采礦類本科學(xué)生的實(shí)際特點(diǎn)，加強(qiáng)《巖體力學(xué)》課堂講授與工程應(yīng)用的聯(lián)系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，革新教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生知識結(jié)構(gòu)面，讓采礦專業(yè)學(xué)生掌握巖體力學(xué)問題中涉及相關(guān)理論及分析方法，綜合運(yùn)用所學(xué)知識，在實(shí)際工程問題中找到突破口，提高授課效果，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力，為學(xué)生后期工作及學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。以上具體方案，經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，授課效果得到良好改善。

作者：王猛 單位：河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院

巖體力學(xué)論文:關(guān)于巖體力學(xué)參數(shù)水利水電工程論文

1一般方法

1．1巖石力學(xué)試驗(yàn)法

(1)室內(nèi)試驗(yàn)。

通過鉆孔巖芯取樣，利用室內(nèi)巖塊的單軸壓縮試驗(yàn)確定巖石單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比。通過巖體的三軸壓縮試驗(yàn)確定巖體的抗剪強(qiáng)度－凝聚力和摩擦角。通過巖體卸圍壓試驗(yàn)研究巖體卸荷過程中的變形和能量變化特點(diǎn)，確定卸載時巖體的參數(shù)，如彈模、泊松比、凝聚力、摩擦角。

(2)現(xiàn)場試驗(yàn)。

現(xiàn)場抗剪試驗(yàn)獲得巖體、軟弱夾層、混凝土與巖石接觸面抗剪(斷)強(qiáng)度;現(xiàn)場變形試驗(yàn)(剛性承壓板法、狹縫法)獲得巖體變形模量、彈性模量及泊松比。還有現(xiàn)場聲波測試評價巖體完整性等。現(xiàn)場試驗(yàn)是確定巖體強(qiáng)度參數(shù)最準(zhǔn)確的方法，但由于通常不具備施作原位試驗(yàn)的條件，而且試驗(yàn)周期長、費(fèi)用高，所以這種方法應(yīng)用較少。試驗(yàn)法是一種直接又可靠的方法，可以較好反映巖石特性。室內(nèi)試驗(yàn)得到的是完整巖塊的特性參數(shù)，但存在“尺寸效應(yīng)”。現(xiàn)場試驗(yàn)受條件限制，試件制備難免受到擾動，試驗(yàn)結(jié)果分散，不能直接采用。

1．2工程巖體分級法

工程巖體分級法主要有:國標(biāo)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》、水利水電工程勘察規(guī)范的壩基和圍巖工程地質(zhì)分類法、巴頓的Q系統(tǒng)分類法及比尼威斯基的RMR分類法。這些分類方法往往是定性描述與定量評價相結(jié)合，采用多參數(shù)綜合指標(biāo)分級法給巖體進(jìn)行評分和劃分巖體級別，根據(jù)巖體級別并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式，給出巖體參數(shù)的范圍值。國標(biāo)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》選取巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度這兩個因素確定巖體基本質(zhì)量，將影響巖體工程特性的因素如地下水、初始應(yīng)力、結(jié)構(gòu)面走向與工程軸線方位等作為修正因素，實(shí)現(xiàn)工程巖體的分級，并提供了各級別巖體物理力學(xué)參數(shù)表和結(jié)構(gòu)面抗剪斷峰值強(qiáng)度表。《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》的附錄V提供了壩基巖體工程地質(zhì)分類表，主要分類因素也是巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度，此外還有巖體縱波速度和鉆孔RQD值，并在附錄E中提供了壩基巖體抗剪斷(抗剪)強(qiáng)度參數(shù)及變形參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值表和結(jié)構(gòu)面抗剪斷(抗剪)強(qiáng)度參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值表，用于規(guī)劃和可研階段。應(yīng)注意該表的注明是參數(shù)僅限于硬質(zhì)巖，軟質(zhì)巖應(yīng)根據(jù)軟化系數(shù)進(jìn)行折減。

1．3工程地質(zhì)類比法

工程地質(zhì)類比法是利用大量已建工程的成功經(jīng)驗(yàn)確定擬建工程的設(shè)計(jì)參數(shù)，是工程地質(zhì)研究的傳統(tǒng)方法之一。類比法是應(yīng)用相似原理，要求主要的工程地質(zhì)條件基本相同或相似，這其中最主要的是巖性和地層時代(或?qū)游?，其余還有地質(zhì)構(gòu)造(巖體完整性)、風(fēng)化狀態(tài)、應(yīng)力條件、地下水等等。實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)結(jié)合具體工程的地質(zhì)條件，在類比、分析、判斷的基礎(chǔ)上提出合理參數(shù)。同時，在施工過程中，根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)展情況和出現(xiàn)的問題，特別是根據(jù)現(xiàn)場觀測結(jié)果，對設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的調(diào)整和修改。類比的資料可以參考《巖石力學(xué)參數(shù)手冊》、《巖基抗剪強(qiáng)度參數(shù)》、《工程地質(zhì)手冊》、《水利水電工程地質(zhì)手冊》，以及地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)(資料庫、數(shù)據(jù)庫)等等。類比法完全依靠地質(zhì)師所掌握的工程實(shí)例資料和他對工程巖體的經(jīng)驗(yàn)判斷，人為因素比較大，有時僅僅通過少量個別因素相比較而得到的參數(shù)，其結(jié)果可靠性較差。然而該方法簡單、方便、快捷，在中、小型水利水電工程中應(yīng)用較多。

1．4反演分析法

反演分析法是利用現(xiàn)場所測得的位移等數(shù)值反求巖體力學(xué)參數(shù)，包括位移反分析、應(yīng)力反分析、混合反分析等。其中位移反分析方法是根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測的位移值，采用解析法、有限元等方法以及彈性、彈塑性等本構(gòu)模型進(jìn)行求解。位移反分析的方法主要分為兩類:直接逼近法和逆過程法。由于圍巖本構(gòu)關(guān)系的復(fù)雜性，目前的逆過程方法的位移反分析研究計(jì)算大都采用了線彈性等假設(shè)，設(shè)巖體為均值各向同性，而天然巖體地質(zhì)條件復(fù)雜，這樣與工程實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)。反分析方法在邊坡穩(wěn)定分析中應(yīng)用較多。反分析時穩(wěn)定系數(shù)取值為:蠕動擠壓階段宜采用1．00～1．05，初滑階段宜采用0．95～1．00。滑帶土抗剪強(qiáng)度(c，φ)參數(shù)反演分析的方法分為單參數(shù)反演和雙參數(shù)反演兩種。前者假定一個參數(shù)已知的前提下，反算另外一個參數(shù)，通常選擇對滑坡穩(wěn)定性影響較敏感的作為未知參數(shù)。后者在反演中有兩個未知的參數(shù)，通常選擇兩個距主滑動面等距的剖面建立極限平衡方程求解，此外，還可以做參數(shù)的敏感性分析。

1．5人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法及模糊數(shù)學(xué)預(yù)測法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是通過完成輸入與輸出問題的映射，自動建立復(fù)雜現(xiàn)象(系統(tǒng))的模型并指出其控制規(guī)律。該方法考慮了影響巖石力學(xué)參數(shù)的各種定性因素，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，隨著數(shù)據(jù)的積累不斷地對樣本集進(jìn)行補(bǔ)充和完善，使參數(shù)取值結(jié)果不斷趨于合理。缺點(diǎn)是學(xué)習(xí)樣本的選取具有很大的主觀性。模糊數(shù)學(xué)預(yù)測法是考慮到影響巖體變形強(qiáng)度參數(shù)的相關(guān)因素模糊不確定性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定權(quán)重集及隸屬度，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行巖體力學(xué)參數(shù)預(yù)測。該方法實(shí)質(zhì)就是把巖石與巖體力學(xué)指標(biāo)之間的比例系數(shù)當(dāng)作模糊子集，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模糊綜合評判確定一個最佳模糊折減系數(shù)的問題，從定量上考慮影響力學(xué)參數(shù)的各種模糊因素，但在運(yùn)用上不是很成熟，仍借助于經(jīng)驗(yàn)。

1．6其他方法

除上述方法外，還有一些其他方法可以用來確定巖體強(qiáng)度參數(shù)，如:計(jì)算機(jī)模擬、聲波測試技術(shù)、巖體分形分維理論、斷裂損傷力學(xué)、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)等方法。

2巖體力學(xué)參數(shù)綜合取值

巖體力學(xué)參數(shù)取值方法有很多，由于巖體的不連續(xù)性、各向異性和非均勻性等特有屬性以及巖體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使各種取值方法存在局限性，至今還沒有一種令人滿意的取值方法。實(shí)際工作中應(yīng)該綜合應(yīng)用這些方法，互相驗(yàn)證，取長補(bǔ)短。筆者基于上述巖體力學(xué)參數(shù)的取值方法，并結(jié)合工程的規(guī)模和地質(zhì)條件的復(fù)雜程度，在滿足規(guī)程規(guī)范的前提下提出了巖體力學(xué)參數(shù)綜合取值方法。該方法針對地質(zhì)條件簡單的小型工程、地質(zhì)條件復(fù)雜的中型以上工程、重要的大型工程和參數(shù)敏感的工程分為以下3個層次。

(1)第一層次。

對于地質(zhì)條件簡單的小型工程，或項(xiàng)目規(guī)劃、可研階段，可采用野外地質(zhì)調(diào)查和鉆孔取樣室內(nèi)抗壓試驗(yàn)→進(jìn)行巖體分級、查表→獲得抗剪強(qiáng)度和變形模量范圍值，通過相似工程類比，調(diào)整、修正取得地質(zhì)建議值;或者采用RMR分類和Hoek－Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則公式計(jì)算，參考類似工程修正后得到地質(zhì)建議值。

(2)第二層次。

對于地質(zhì)條件復(fù)雜的中型以上工程，如重力壩、拱壩，結(jié)構(gòu)面影響壩基、壩肩穩(wěn)定，初步設(shè)計(jì)階段應(yīng)布置原位抗剪和變形試驗(yàn)，參考類似工程，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)整，必要時由地質(zhì)、試驗(yàn)和設(shè)計(jì)三方共同研究確定設(shè)計(jì)采用值。

(3)第三層次。

對于重要的大型工程和參數(shù)敏感的工程，應(yīng)做專門研究，除運(yùn)用上述方法外，還應(yīng)開展計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊數(shù)學(xué)預(yù)測法等，慎重確定地質(zhì)建議值。在施工階段可以利用監(jiān)測資料進(jìn)行反演分析，復(fù)核巖體穩(wěn)定性，及時修改設(shè)計(jì)和施工方法，確保工程安全。總之，地質(zhì)調(diào)查和巖石力學(xué)試驗(yàn)是基礎(chǔ)，是巖體分級、經(jīng)驗(yàn)估算及數(shù)值模擬的前提，因此應(yīng)重視野外第一手資料的收集，并注意取樣、試驗(yàn)成果代表性問題，使地質(zhì)建議值符合現(xiàn)場實(shí)際。

3應(yīng)注意的問題

反思多年來我們所做的中小型水利水電工程勘察設(shè)計(jì)，在巖石力學(xué)參數(shù)取值方面應(yīng)注意以下問題:

(1)在前期勘察時對設(shè)計(jì)意圖不甚了解

設(shè)計(jì)方案不十分明確，加之勘察周期短，對地質(zhì)條件的調(diào)查和分析不夠深入，對試驗(yàn)只是要求做常規(guī)的內(nèi)容，以室內(nèi)試驗(yàn)為主，取樣數(shù)量不足，成果代表性差，使得方案比選時難以取舍。按照有關(guān)規(guī)范，“小型水電工程巖土參數(shù)(取值)可在現(xiàn)場簡易測試和必要的室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上以類比為主。”“中型水電工程巖土測試以室內(nèi)試驗(yàn)為主，必要時可采用大型野外原位試驗(yàn)。”對于拱壩和重力壩要特別注意，對影響壩基、壩肩穩(wěn)定的巖土體及軟弱結(jié)構(gòu)面可視需要開展原位試驗(yàn)工作。尤其是軟巖和完整性差的巖石，軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育，且結(jié)構(gòu)面對巖體穩(wěn)定性不利，巖體穩(wěn)定性的判別對工程影響很關(guān)鍵，這需要慎重研究，應(yīng)在地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，布置適當(dāng)?shù)脑辉囼?yàn)，并采取多種方法合理確定巖體力學(xué)參數(shù)。

(2)勘察報告中抗剪強(qiáng)度和變形參數(shù)僅僅根據(jù)室內(nèi)巖石試驗(yàn)查規(guī)范，與現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查結(jié)合不緊密。

抗剪強(qiáng)度和變形參數(shù)是混凝土壩穩(wěn)定計(jì)算最重要的參數(shù)，對工程安全和造價影響很大。然而規(guī)范給出的值范圍較大，勘察報告僅僅依據(jù)規(guī)范提供的參數(shù)表取值是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。中等規(guī)模以上和地質(zhì)條件復(fù)雜的工程應(yīng)進(jìn)一步開展分析論證工作，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件調(diào)查，在巖體分級基礎(chǔ)上，運(yùn)用有關(guān)理論和經(jīng)驗(yàn)公式，例如霍克－布朗(Hoek－Brown)經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則公式等，并參考已建工程經(jīng)驗(yàn)取值，必要時與地質(zhì)、試驗(yàn)和設(shè)計(jì)專業(yè)共同會商，合理確定參數(shù)。

(3)在軟巖地區(qū)建混凝土壩要特別注意

如頁巖、千枚巖及白堊－第三系泥巖等，由于巖性軟弱，構(gòu)造發(fā)育，巖體強(qiáng)度較低，工程安全裕度小，巖體力學(xué)參數(shù)取值對工程安全和經(jīng)濟(jì)性影響大，甚至影響方案的成立。軟巖地區(qū)一般不適合建中、高混凝土壩，萬一要建，就應(yīng)該投入一定的勘探和試驗(yàn)工作量，慎重研究和分析論證，并留有一定安全裕度。

(4)應(yīng)考慮定值計(jì)算與可靠度問題。

實(shí)際勘察設(shè)計(jì)工作中，是由地質(zhì)專業(yè)提供參數(shù)，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行計(jì)算。地質(zhì)部門依據(jù)試驗(yàn)成果，結(jié)合地質(zhì)條件和個人經(jīng)驗(yàn)判斷，提出地質(zhì)建議值。設(shè)計(jì)一般直接采用地質(zhì)建議值進(jìn)行計(jì)算。問題是設(shè)計(jì)計(jì)算方法與地質(zhì)模型是否一致，地質(zhì)參數(shù)的可靠性或安全閾值是多少，即有多少安全儲備。近十幾年來國內(nèi)外廣泛開展了重力壩可靠度研究。結(jié)構(gòu)可靠性分析是以概率理論為基礎(chǔ)，采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，以可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)或工程的可靠性，比定值法不考慮參數(shù)的偏差有明顯的優(yōu)越之處。可靠度計(jì)算需要提供與大壩有關(guān)的各類荷載、材料和地基強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)特征值(均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等)及分布類型，對地質(zhì)參數(shù)的離散性進(jìn)行評價。

(5)試驗(yàn)是基礎(chǔ)。

如何看待試驗(yàn)成果，地質(zhì)專業(yè)人員常常抱怨試驗(yàn)參數(shù)不準(zhǔn)，造成的原因有幾個方面，一是取樣的代表性問題，或者原位試驗(yàn)選點(diǎn)問題，要考慮巖性、風(fēng)化程度、構(gòu)造等影響，對試驗(yàn)點(diǎn)做專門設(shè)計(jì)和布置;又譬如有的砂巖與頁巖互層，頁巖巖芯破碎取樣困難，取樣只能做砂巖的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，成果偏大;傾斜巖層抗壓首先沿層面剪切破壞，成果偏小。二是試驗(yàn)中的誤差，應(yīng)采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法整理試驗(yàn)成果，在充分論證的基礎(chǔ)上舍去不合理的離散值。對于原位抗剪試驗(yàn)，要了解試驗(yàn)點(diǎn)的巖性、構(gòu)造、風(fēng)化及地下水等因素對成果的影響。另外，試件制備時難免受到擾動，一般要求安排2組以上試驗(yàn)，以便對比和分析。

(6)確定參數(shù)時要處理好主觀判斷與客觀評價的關(guān)系。

前述的巖體分級法、工程類比法及經(jīng)驗(yàn)判據(jù)法(強(qiáng)度準(zhǔn)則公式)都屬于經(jīng)驗(yàn)法，其取值時的人為因素和個人經(jīng)驗(yàn)對結(jié)果影響很大，實(shí)際操作中應(yīng)盡量避免人為因素干擾，從地質(zhì)條件的客觀出發(fā)，分別按不同因素對參數(shù)進(jìn)行修正，減少取值的隨意性。

(7)加強(qiáng)施工監(jiān)測，利用監(jiān)測資料進(jìn)行“動態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工”。

由于工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性和不確定性，地質(zhì)勘探、試驗(yàn)、計(jì)算分析方法的局限性，我們對工程巖體性狀變化的認(rèn)識有一定程度的不確定性。在施工中要加強(qiáng)巖體性狀的監(jiān)測，及時分析和判斷，調(diào)整、修改設(shè)計(jì)和施工方法，以保證施工安全和工程安全。尤其是隧洞施工支護(hù)，要根據(jù)發(fā)現(xiàn)的新情況及時修改設(shè)計(jì)，即采取“動態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工”，既要確保工程安全，又不能造成浪費(fèi)。

(8)利用已建工程進(jìn)行類比確定巖體力學(xué)參數(shù)是我們常用的方法。

但是沒有一個工程的地質(zhì)條件是完全相同的，而我們個人掌握的資料有限，每個人的經(jīng)驗(yàn)千差萬別，往往僅通過少量個別因素相比較而獲得參數(shù)，人為因素的干擾較大，其結(jié)果可靠性較差。應(yīng)多參考類似工程，并不斷積累工程經(jīng)驗(yàn)。多年來筆者所在單位在湖北省水利水電工程勘測設(shè)計(jì)中做了大量的巖體物理力學(xué)室內(nèi)外試驗(yàn)和原位測試，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

4結(jié)論

(1)巖體力學(xué)參數(shù)的合理確定是水利水電工程中的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作

直接關(guān)系到壩基、邊坡、地下洞室工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。由于巖體具有不均勻性、不連續(xù)性和隨時間變化的特性，準(zhǔn)確確定巖體力學(xué)參數(shù)是非常困難的。在研究了有關(guān)規(guī)程規(guī)范和各種取值方法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對工程的重要性程度和地質(zhì)條件的復(fù)雜程度提出了巖體力學(xué)參數(shù)的綜合取值方法，分為地質(zhì)條件簡單的小型工程、地質(zhì)條件復(fù)雜的中型以上工程、重要的大型工程三個層次。針對具體的工程應(yīng)當(dāng)選擇合理的方法來確定巖體力學(xué)參數(shù)。水利水電工程巖體力學(xué)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)綜合取值研究對水利水電工程壩基、邊坡、地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究和計(jì)算具有重要理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

(2)中小型水利水電工程具有規(guī)模小、設(shè)計(jì)周期短、勘察試驗(yàn)工作量有限的特點(diǎn)

在詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查和少量室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行巖體分級，參考已建工程的成功經(jīng)驗(yàn)類比確定巖體力學(xué)參數(shù)是一種簡單、快捷而有效的方法。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)指出了水利水電工程巖體力學(xué)參數(shù)取值時應(yīng)該注意的問題，可以供相關(guān)的工程技術(shù)人員參考。

作者：陳漢寶 黃定強(qiáng) 彭義峰 熊友平 江妤 單位：湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院 中國地質(zhì)大學(xué)武漢工程學(xué)院

巖體力學(xué)論文:淺談如何改進(jìn)巖體力學(xué)教授方法

一、課程內(nèi)容及教學(xué)安排

1.教材選擇。

目前國內(nèi)巖體力學(xué)教材比較多，側(cè)重點(diǎn)也有所不同，通過對國內(nèi)其他兄弟院校授課教材調(diào)研發(fā)現(xiàn)，基本上都是采用本校權(quán)威教授所編的教材或者是國家規(guī)劃教材。結(jié)合我校地質(zhì)學(xué)專業(yè)特色及課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)，采用我校劉佑榮教授所編的，由中國地質(zhì)大學(xué)出版社出版的《巖體力學(xué)》教材；2009年又再次對教材進(jìn)行了重新編審，由北京化工出版社出版了修訂版的《巖體力學(xué)》教材，對部分章節(jié)進(jìn)行了合并，并增加了目前國內(nèi)外研究方面的成果，例如結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬等內(nèi)容。近2年授課則是以這本修編教材為主，但在部分章節(jié)的授課中也兼顧了蔡美峰主編的《巖石力學(xué)與工程》教材，供學(xué)生課后學(xué)習(xí)，以滿足本專業(yè)學(xué)生對巖體力學(xué)知識的需求。

2.課程內(nèi)容優(yōu)化。

結(jié)合教材的內(nèi)容編排，主要從以下幾方面的內(nèi)容來進(jìn)行重點(diǎn)講解，包括巖體的地質(zhì)特征，巖體的物理、地下洞室圍巖應(yīng)力重分布，邊坡巖體穩(wěn)定性分析等內(nèi)容。在具體內(nèi)容編排中也適當(dāng)?shù)卦黾恿瞬糠謨?nèi)容，如在巖體的地質(zhì)特征章節(jié)，補(bǔ)充安排了工程巖體分類等內(nèi)容；在巖體強(qiáng)度與變形性質(zhì)方面，增加了地下工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)及體系的相關(guān)介紹；在內(nèi)容編排上突出地下建筑方向的專業(yè)特點(diǎn)及需求。

3.教學(xué)學(xué)時安排。

本課程的課時安排在第三學(xué)年的第五學(xué)期，總學(xué)時為40個學(xué)時，2.5個學(xué)分，其中課堂教學(xué)34個學(xué)時，實(shí)驗(yàn)課6個學(xué)時。本門課程是在系統(tǒng)學(xué)習(xí)完理論力學(xué)、材料力學(xué)等力學(xué)基礎(chǔ)課后進(jìn)行開設(shè)的。

二、課程教學(xué)方法改革

1.圍繞專業(yè)工程實(shí)例展開授課。《巖體力學(xué)》課本身就是實(shí)踐性特別強(qiáng)的一門課，在進(jìn)行每一章節(jié)的授課時，可以多以工程實(shí)例來展開，尤其是國內(nèi)外比較知名的工程實(shí)例，多多采用照片、錄像等生動形象的方式，來增加學(xué)生的感性認(rèn)識，使學(xué)生投入其中，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣及熱情。例如，在講第五章地應(yīng)力的時候，可以結(jié)合水利水電工程中，如錦屏電站的高地應(yīng)力問題來說明地應(yīng)力研究的重要性；在講邊坡工程，可以選用大量邊坡地質(zhì)災(zāi)害的圖片。由問題入手，來追根溯源找到解決問題的源頭。

2.結(jié)合專業(yè)方向特色來授課。巖體力學(xué)作為土木工程、地質(zhì)工程、采礦工程等諸多工程的主干專業(yè)課，面對的專業(yè)層次不盡相同，在授課的時候盡量能結(jié)合專業(yè)背景展開。針對地下建筑工程方向的學(xué)生，要從學(xué)生的專業(yè)方向特色及專業(yè)需求來闡述。作為土木工程地下建筑方向的本科生，《巖體力學(xué)》這門學(xué)科的發(fā)展都與地下工程的發(fā)展是密不可分的。從本質(zhì)來講，縱觀巖體力學(xué)發(fā)展的幾個重要階段，從19世紀(jì)末～20世紀(jì)初的初始階段誕生的靜水壓力理論、側(cè)壓系數(shù)，到20世紀(jì)初～20世紀(jì)30年代的經(jīng)驗(yàn)理論階段出現(xiàn)的普氏理論、太沙基理論，然后在20世紀(jì)30年代～20世紀(jì)60年代產(chǎn)生的圍巖和支護(hù)共同作用理論及地質(zhì)結(jié)構(gòu)理論，這些重大理論及思想的誕生過程就是對地下工程認(rèn)識實(shí)踐不斷深入的過程，并促進(jìn)了巖體力學(xué)學(xué)科向前發(fā)展。在授課時，可以將這一發(fā)展脈絡(luò)講述給學(xué)生，并貫穿到后續(xù)的課程教學(xué)中，不僅大大地培養(yǎng)了學(xué)生對自己專業(yè)的自豪感，也加深了對自己專業(yè)的認(rèn)識。

3.結(jié)合教師科研工作來授課。講授這門課的老師，不僅有科研經(jīng)歷豐富的教授博導(dǎo)，也有剛走出校園的博士年輕教師，他們在長期的工作和求學(xué)中，完成和參與了大量的科研項(xiàng)目，也取得了一定科研沉淀。在授課時，可以將這些科研成果進(jìn)行整理，在每章結(jié)束時，抽出專門的時間，做個與授課內(nèi)容相關(guān)的小型專題講座，豐富學(xué)生的專業(yè)眼界的同時，也可將巖體力學(xué)最新的研究方法、手段和技術(shù)介紹給學(xué)生。例如，在講地應(yīng)力一章，就曾經(jīng)將參與過的地應(yīng)力測試及地應(yīng)力反演分析的課題成果向?qū)W生進(jìn)行介紹；講地下洞室穩(wěn)定性時，就將參與的軟巖隧道科研項(xiàng)目成果進(jìn)行介紹；上課時的反響很熱烈，大大激發(fā)了學(xué)生科研的熱情，建立了專業(yè)教師和學(xué)生之間一座良好的溝通橋梁。尤其是對那些希望繼續(xù)攻讀研究生的學(xué)生，也為他們開啟了一扇科研的窗戶；此外，也讓學(xué)生了解授課老師及其團(tuán)隊(duì)的專業(yè)方向及特長，為后續(xù)研究生報考提供了便利條件。

4.結(jié)合學(xué)生實(shí)踐課來展開。我校《巖體力學(xué)》課程是安排在大三上學(xué)期，上這門課的學(xué)生僅僅經(jīng)歷的與此相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)就是大二結(jié)束時的地質(zhì)學(xué)專業(yè)教學(xué)實(shí)習(xí)。雖然是地質(zhì)實(shí)習(xí)，但也是與這門課的研究對象———各類巖體在打交道，例如各種巖石、結(jié)構(gòu)面。在上課時，不妨將課程中提到的各種巖塊、結(jié)構(gòu)面等內(nèi)容與實(shí)習(xí)中能看到的種類聯(lián)系起來，使學(xué)生的認(rèn)識更為深刻。例如，在談巖塊、結(jié)構(gòu)面和巖體的地質(zhì)特征時，便可列舉實(shí)習(xí)線路中各類成因、不同類型、不同特征的結(jié)構(gòu)面及巖石；在講結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度及變形性質(zhì)時，可以將實(shí)習(xí)中遇到的各種斷層、軟弱結(jié)構(gòu)面等現(xiàn)象作為實(shí)例來分析其性質(zhì)上的差異。這些實(shí)例學(xué)生在實(shí)習(xí)中都親自參與過，已經(jīng)有了部分感性上的認(rèn)識，重新回到課堂上學(xué)習(xí)其相關(guān)的知識，認(rèn)識和教學(xué)效果也會更好。

《巖體力學(xué)》課程內(nèi)容豐富，更要求我們在教學(xué)時進(jìn)行一定的教學(xué)改革，要結(jié)合所教學(xué)生專業(yè)方向的特點(diǎn)以及未來需求，多采用先進(jìn)的教學(xué)手段和方法，注重加強(qiáng)理論基礎(chǔ)聯(lián)系工程實(shí)際的教學(xué)模式，提高學(xué)生認(rèn)識問題深度和廣度，培養(yǎng)學(xué)生良好的工程專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)精神，為學(xué)生后續(xù)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

作者：左昌群 孫金山 羅學(xué)東 單位：中國地質(zhì)大學(xué)

巖體力學(xué)論文:基于高職高專《巖體力學(xué)》課程建設(shè)改革的思考

摘要 通過對傳統(tǒng)的《巖體力學(xué)》課程建設(shè)的分析，根據(jù)教育部關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的要求，深刻認(rèn)識到傳統(tǒng)教學(xué)中課程建設(shè)的不足，從人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位、理論與實(shí)踐的比例及對接關(guān)系、“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)、教材學(xué)材的合理科學(xué)選用四個方面提出了適合高職高專的《巖體力學(xué)》課程建設(shè)的探索性方案。

關(guān)鍵詞 1巖體力學(xué)； 2頂崗實(shí)習(xí)； 3工學(xué)結(jié)合

1、高職高專人才培養(yǎng)目標(biāo)對課程教學(xué)的要求

根據(jù)《教育部關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》〔1〕，本著“工學(xué)結(jié)合、工學(xué)交替”，教學(xué)做合一的教學(xué)模式，人才培養(yǎng)要以就業(yè)為導(dǎo)向，突出實(shí)踐技能和職業(yè)技能的培養(yǎng)。課程安排本著知識由淺入深。循序漸進(jìn)，先基礎(chǔ)后專業(yè)，在技能培養(yǎng)方面，將理論學(xué)習(xí)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，實(shí)行“做中學(xué)、做中教”，力爭實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)與崗位工作零距離對接。

《巖體力學(xué)》是水文與工程地質(zhì)專業(yè)的理論基礎(chǔ)課，是力學(xué)的一個分支。主要研究不同受力條件（例如荷載、水流、溫度變化）下巖體應(yīng)力、應(yīng)變、破壞、穩(wěn)定及加固規(guī)律的一門應(yīng)用性學(xué)科，其研究目的是解決巖土、地質(zhì)、環(huán)境、水工、能源、土木、水利、冶金、交通、礦業(yè)工程等建設(shè)中遇到的相關(guān)問題〔2〕。《巖體力學(xué)》已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中，帶來了巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益和工程實(shí)用價值。

2 、《巖體力學(xué)》傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

（1）從高職高專人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位上，很多教育工作者都很盲目，定位不準(zhǔn)確甚至錯位；這樣的認(rèn)識導(dǎo)致教師備課、講課、學(xué)生聽課等等環(huán)節(jié)都停留在對基礎(chǔ)知識的認(rèn)知層面，即專業(yè)、專業(yè)課程內(nèi)容、教學(xué)過程、學(xué)歷證書階段，沒有更加進(jìn)一步的把職業(yè)、職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)過程、職業(yè)證書對接起來。

（2）理論內(nèi)容偏重輕視了實(shí)踐環(huán)節(jié)，本門課程是具有悠久歷史的課程，在多年的教學(xué)中形成了比較完整科學(xué)合理的體系，但是這種教學(xué)方法比較適合教學(xué)研究型的教學(xué)，對于我們高職高專，已經(jīng)顯得理論的比例過于繁重，實(shí)踐明顯不足，教師和學(xué)生都注重理論知識的學(xué)習(xí)，輕視動手能力的培養(yǎng)，大批出現(xiàn)的高分低能學(xué)生，課堂和生產(chǎn)嚴(yán)重脫節(jié)。所以在傳統(tǒng)的研究型的培養(yǎng)目標(biāo)基礎(chǔ)上應(yīng)做比較徹底的改革。

（3）教材適應(yīng)性較差，傳統(tǒng)的研究型教學(xué)使一批又一批的教材偏于理論，輕于實(shí)踐，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，乏味，因而也沒有主動學(xué)習(xí)的積極性，對于高職高專的學(xué)生需要一套理論難度適中、夠用，實(shí)踐比例偏大的教材、學(xué)材和與之配套的影像資料等。

（4）教學(xué)經(jīng)費(fèi)的嚴(yán)重不足，由于在傳統(tǒng)的教學(xué)領(lǐng)域，一個教師、一根粉筆、一本書就可以完成一門課程，形成了填鴨式教學(xué)的模式，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性極低。

（5）生產(chǎn)實(shí)踐教師的缺乏，切實(shí)加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)。

現(xiàn)有的教師隊(duì)伍絕大部分從校門又走入校門，從理論中來又到理論中去了，更有甚者教材中的部分驗(yàn)，教師根本就沒有接觸過，照本宣科，講起來乏味，聽起來不知所以然，嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率。

（6）教學(xué)方法比較單一

3、《巖體力學(xué)》課程建設(shè)的重點(diǎn)、難點(diǎn)和解決方案

巖體力學(xué)課程涉及多個相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，其課程綜合性強(qiáng)、知識點(diǎn)多而雜、試驗(yàn)項(xiàng)目與工程實(shí)際聯(lián)系緊密等特點(diǎn)，導(dǎo)致許多學(xué)生認(rèn)為課程較難。所以采取有效的科學(xué)的教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生盡快適應(yīng)教學(xué)特點(diǎn)，并更好地掌握課程要求的知識技能是十分必要的。

課程建設(shè)的重點(diǎn)是對巖體的基本力學(xué)性質(zhì)理清概念、明確試驗(yàn)原理及數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法；難點(diǎn)是利用這些基本理論、原理能夠分析不同工程巖體在不同的力學(xué)條件下的穩(wěn)定性。

解決方案如下

（1）培養(yǎng)目標(biāo)上遵循教高[2000]2號《教育部關(guān)于加強(qiáng)高職高專教育人才培養(yǎng)工作的意見》精神，明確指出：高職高專教育是我國高等教育的重要組成部分，高職高專教育人才培養(yǎng)模式的基本特征是：以培養(yǎng)高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才為根本任務(wù)；以適應(yīng)社會需要為目標(biāo)、以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力為主線設(shè)計(jì)學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)方案，畢業(yè)生應(yīng)具有基礎(chǔ)理論知識適度、技術(shù)應(yīng)用能力強(qiáng)、知識面較寬、素質(zhì)高等特點(diǎn)。；以"應(yīng)用"為主旨和特征構(gòu)建課程和教學(xué)內(nèi)容體系；實(shí)踐教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力，并在教學(xué)計(jì)劃中占有較大比重；"雙師型"教師隊(duì)伍建設(shè)是提高高職高專教育教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵；學(xué)校與社會用人部門結(jié)合、師生與實(shí)際勞動者結(jié)合、理論與實(shí)踐結(jié)合是人才培養(yǎng)的基本途徑。

（2）教學(xué)方法：課堂教學(xué)采用靈活多樣的教學(xué)手段和方法：巖體力學(xué)的特點(diǎn)是概念多理論上較難理，但與生產(chǎn)實(shí)際緊密相連，所以在教學(xué)過程中解精講重點(diǎn)、恰當(dāng)復(fù)習(xí)、圖文并茂、穿插一些案例結(jié)合理論，利用學(xué)生求知、求趣、求新的心理引導(dǎo)學(xué)生在輕松環(huán)境中掌握理論知識。

《巖體力學(xué)》本身的特點(diǎn)和傳統(tǒng)的粉筆+黑板書寫速度慢，單一，呆板，信息量小的缺點(diǎn)，課堂教學(xué)適當(dāng)結(jié)合多媒體手段，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)節(jié)學(xué)生聽課情緒，調(diào)動學(xué)生積極性。這樣就要求教師制作多媒體課件時 要投入大量的工作，準(zhǔn)備多樣的大量的圖片、影像素材，特別是有代表性的工程案例、近期的工程現(xiàn)場視頻以及新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)等資料，從而使學(xué)生關(guān)注本專業(yè)領(lǐng)域的新動態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題的能力，擴(kuò)展學(xué)生的知識面。課堂上大量運(yùn)用啟發(fā)式：巖體力學(xué)課程中很多都是有大量的統(tǒng)計(jì)得出來的，亦多為經(jīng)驗(yàn)公式，均有使用條件，在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)公式地方性、條件限制性致使我們在實(shí)踐中使用時，不能照抄照搬一定結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，再結(jié)合實(shí)例讓同學(xué)們?nèi)バ薷耐晟平?jīng)驗(yàn)公式，學(xué)生積極性會大大增強(qiáng)。多媒體教學(xué)是現(xiàn)代教學(xué)不可缺少的方式，充分利用好多媒體，讓多媒體真正多起來，ppt、錄像、動畫、網(wǎng)絡(luò)視頻等等。

（3）《巖體力學(xué)》課程建設(shè)改革中教材的使用與建設(shè)

學(xué)院教學(xué)改革以來，大力加強(qiáng)教材的建設(shè)，提倡教師根據(jù)現(xiàn)有學(xué)生的接受能力和基礎(chǔ)知識的掌握程度，編寫一些實(shí)用性強(qiáng)，靈活方便的學(xué)材，教學(xué)效果比較好。由于教材的編寫需要周期比較長，所以大多數(shù)落后于新的科技發(fā)展。為了讓學(xué)生能夠及時準(zhǔn)確地接受新科技新技術(shù)，投入大量的人力進(jìn)行學(xué)材的編寫，這樣使學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容和形式靈活多樣，能夠與新的科技成果，新的技術(shù)進(jìn)步同步，效果顯著。

（4）切實(shí)加強(qiáng)“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)

國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)的意見》，教育部配套制定了《職業(yè)學(xué)校兼職教師管理辦法》，為加強(qiáng)“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)提供了制度保障。我們將進(jìn)一步加強(qiáng)教師培養(yǎng)培訓(xùn)工作，完善“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)機(jī)制。希望學(xué)會在標(biāo)準(zhǔn)制定、基地建設(shè)、教師培訓(xùn)等方面發(fā)揮更大的作用，扭轉(zhuǎn)“雙師型”教師缺乏的局面，為技術(shù)技能人才培養(yǎng)提供的有力支撐。

教育部副部長魯晰指出：中長期來看，產(chǎn)業(yè)加速轉(zhuǎn)型和高技術(shù)的技術(shù)型的人才匱乏的矛盾也非常突出。技術(shù)技能型有三種人，第一類是工程師，第二類是高級技工，第三類是高素質(zhì)勞動者。”魯昕解釋說，之前的職業(yè)教育只講技能，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級，技能需以技術(shù)為基礎(chǔ)。這就需要我們的教師隊(duì)伍率先技能化。招聘教師要求參加過生產(chǎn)、或讓現(xiàn)有的教師到生產(chǎn)單位參加實(shí)踐，并把這個工作量化，即要求教師必須每年參加一定量的生產(chǎn)才可以授課。

（5）《巖體力學(xué)》課程建設(shè)改革中的實(shí)踐教學(xué)建設(shè)

實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)

A、加強(qiáng)課堂討論，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，由一個案例入手，例如三峽水利樞紐是開發(fā)和治理L江的一項(xiàng)關(guān)鍵性骨干工程，三峽工程區(qū)內(nèi)共有各類崩塌、滑坡體2490處。其中秭歸縣千將坪滑坡比較典型〔3〕，以此為契機(jī)，布置任務(wù)，同學(xué)們查閱資料，用巖體力學(xué)觀點(diǎn)去分析滑坡的地質(zhì)特征與成因機(jī)制。課堂可以展開討論，最后教師總結(jié)邊坡穩(wěn)定分析的要素，內(nèi)容充實(shí)、方法靈活，自然會有顯著的效果的。

B、課堂實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)要嚴(yán)格執(zhí)行巖土試驗(yàn)的操作規(guī)程，《巖體力學(xué)》課程課內(nèi)試驗(yàn)共有5―8個試驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中要求的每個試驗(yàn)的操作；并組織一年一度的巖土試驗(yàn)競賽；組織力量強(qiáng)大教師團(tuán)隊(duì)編寫配套的實(shí)驗(yàn)教材《巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》該指導(dǎo)書對于課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的幾個試驗(yàn)從原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和操作步驟都有具體、詳細(xì)的講解，規(guī)定了規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報告格式，為學(xué)生將來工作打下良好的基礎(chǔ)。

C、現(xiàn)場參觀和理論知識結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的的飛躍。根據(jù)教學(xué)需要安排幾個施工現(xiàn)場：邊坡、洞室、巖體地基，讓學(xué)生認(rèn)識這幾種工程巖體的地質(zhì)、 地貌、應(yīng)力等問題。參觀后要求學(xué)生編寫參觀體會和簡單的報告。

D、頂崗實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)〔4〕，頂崗實(shí)習(xí)是堅(jiān)持以就業(yè)為導(dǎo)向、創(chuàng)新“工學(xué)結(jié)合”人才培養(yǎng)模式，提高高素質(zhì)技能型人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。通過頂崗實(shí)習(xí)使學(xué)生能夠盡快將所學(xué)專業(yè)知識、崗位技能與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在學(xué)期間與企業(yè)與崗位零距離對接，使學(xué)生樹立起職業(yè)理想，養(yǎng)成良好的職業(yè)道德，練就過硬的職業(yè)技能，從根本上提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，為確保頂崗實(shí)習(xí)各項(xiàng)任務(wù)的順利完成，提高實(shí)習(xí)質(zhì)量我們需進(jìn)一步加強(qiáng)頂崗實(shí)習(xí)的組織管理，嚴(yán)格按照頂崗實(shí)習(xí)的課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生。在頂崗實(shí)習(xí)基礎(chǔ)上完成學(xué)習(xí)期間的畢業(yè)設(shè)計(jì)或畢業(yè)論文。使學(xué)生工作能力有進(jìn)一步的提升。

結(jié)語：《巖體力學(xué)》課程是工程類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，此次《巖體力學(xué)》課程建設(shè)的改革符合《教育部關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》要求的教學(xué)改革的發(fā)展趨勢，教學(xué)手段、教學(xué)方法比較先進(jìn)，實(shí)踐教學(xué)能夠與實(shí)際生產(chǎn)緊密結(jié)合，通過這樣的改革能夠達(dá)到高職教育的五個對接：專業(yè)與產(chǎn)業(yè)對接，課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對接，教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對接，學(xué)歷證書與職業(yè)資格證書對接，職業(yè)教育與終身學(xué)習(xí)對接。使《巖體力學(xué)》課程的教學(xué)水平在高職高專教育中得到進(jìn)一步的提升。

巖體力學(xué)論文:青島地鐵上覆巖層巖體力學(xué)參數(shù)研究

摘要:在巖體工程穩(wěn)定性分析中,力學(xué)參數(shù)的選取會對計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生重大影響。所以如何準(zhǔn)確的反演青島地鐵上覆巖層巖體力學(xué)參數(shù),進(jìn)一步完善青島地區(qū)巖體分級標(biāo)準(zhǔn)是本論文要解決的問題。

關(guān)鍵詞:有限元強(qiáng)度折減法;安全系數(shù);巖體力學(xué)參數(shù)

0引言

青島坐落于大面積分布的燕山晚期花崗巖上,具有良好的地質(zhì)條件,而且青島市地鐵一期工程,80%以上的線路處于花崗巖中,其余隧道處于第四系地層中。青島市特有的花崗巖地質(zhì)條件,對土建方面而言,將節(jié)約大量的投資,土建造價大大低于其他城市,所以對青島地鐵上覆巖層巖體力學(xué)參數(shù)的研究就有其重要意義!所以本文研究任務(wù)是針對現(xiàn)有規(guī)范對青島地下工程設(shè)計(jì)不盡適應(yīng)的問題,利用青島地鐵水清溝試驗(yàn)段的觀測資料,對青島地鐵上覆巖層巖體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算和反演,為青島地區(qū)巖體分類進(jìn)一步研究打下基礎(chǔ)。極限分析有限元法在邊坡穩(wěn)定分析中取得了成功[1-2],并逐漸在地基、基坑穩(wěn)定分析中得到推廣應(yīng)用[3]。鄭穎人、胡文清、張黎明等人[4-6]開始將有限元強(qiáng)度折減法應(yīng)用于隧道,由此求得隧道的剪切安全系數(shù)。這就給我們提出了一個新的思路,通過安全系數(shù)反演巖體的力學(xué)參數(shù),進(jìn)一步修正巖體力學(xué)參數(shù),最終得到適合青島地鐵上覆巖層的巖體力學(xué)參數(shù)。

1剪切安全系數(shù)的定義

安全系數(shù)是指剪切破壞面上實(shí)際巖土體的強(qiáng)度與破壞時的強(qiáng)度的比值。就是事先假定一滑動面,根據(jù)力(矩)的平衡來計(jì)算安全系數(shù)。將安全系數(shù)定義為沿滑面的抗剪強(qiáng)度與滑面上實(shí)際剪力的比值,如式(1)所示:

ω==(1)

式中,ω――傳統(tǒng)的強(qiáng)度折減安全系數(shù);s――滑動面上各點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度;τ――滑動面上各點(diǎn)的實(shí)際剪應(yīng)力。將式(1)兩邊同除以,則式(1)變?yōu)?

1==(2)

其中:c′=,φ′=arc()

可見,極限平衡法是將巖土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和tanφ減少為和,使得巖土工程達(dá)到極限穩(wěn)定狀態(tài)時的ω即為安全系數(shù),實(shí)際上就是強(qiáng)度折減系數(shù)。

2工程概況

青島地鐵試驗(yàn)段工程選取了地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)間(水清溝~國棉五廠),由1200m的區(qū)間隧道和218m的青紡醫(yī)院站組成。

青島地鐵試驗(yàn)段區(qū)間隧道為雙洞單線,雙洞之間的距離為9m,區(qū)間隧道埋深為10~20米,橫斷面型式為直墻三心圓拱,跨度為4.86m,直墻高3.54m,拱高1.82m。計(jì)算選取三個不同埋深的截面,分別為10m、14m和18m。

巖體主要為花崗巖,處于微~未風(fēng)化帶,結(jié)構(gòu)、構(gòu)造清晰,巖體以整體塊狀結(jié)構(gòu)為主,完整性好,根據(jù)國際《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》GB50218-94,分別屬于Ⅱ、Ⅲ類圍巖。

在節(jié)理方面:產(chǎn)狀走向以NE~NEE向?yàn)橹黧w,其次以NW~NWW向,傾角70~80度為主,部分50度左右,節(jié)理裂隙存在一定程度的未貫通巖橋,裂隙連通率統(tǒng)計(jì)在24~75%,結(jié)構(gòu)面緊閉,巖塊堅(jiān)硬。結(jié)構(gòu)面以閉合~微張裂隙為主,平面光滑,猶如刀切。

3均質(zhì)巖質(zhì)隧道圍巖穩(wěn)定分析

計(jì)算按照平面應(yīng)變問題來處理,準(zhǔn)則采用DP4準(zhǔn)則,邊界范圍取底部及左右兩側(cè)各5倍隧道跨度[2],地面超載按照國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)20KN/m2,按照《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》,各級圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值如表1,下標(biāo)上下表示圍巖的上下限。

經(jīng)過ANSYS有限元計(jì)算,逐步折減強(qiáng)度參數(shù),分別得到各種工況的剪切破壞安全系數(shù)見表2,分析發(fā)現(xiàn):①安全系數(shù)隨埋深深度減少,明顯出現(xiàn)兩側(cè)直墻先破壞;②通過破壞時等效塑性應(yīng)變圖可找出最大應(yīng)變發(fā)生在拱角和墻角處,而且根據(jù)圍巖等效塑性應(yīng)變發(fā)生突變時各斷面中等效塑性應(yīng)變最大點(diǎn)的位置,可以發(fā)現(xiàn)圍巖的潛在破裂面。

在Ⅱ上圍巖下、埋深18米的工況下,隧道的塑性區(qū)和應(yīng)力應(yīng)變圖如圖1、圖2所示。

4節(jié)理裂隙巖質(zhì)隧道圍巖穩(wěn)定分析和巖體力學(xué)參數(shù)反演

選取埋深18米的斷面,因?yàn)槁裆?8米的跨度最長,且通過地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)大部分為微~未風(fēng)化花崗巖,且所處斷面最上面基本沒有覆土層,分別屬于Ⅱ、Ⅲ類圍巖。為了簡化模型,考慮如下情況:只考慮一組起重要作用的結(jié)構(gòu)面(產(chǎn)狀走向?yàn)镹E~NEE向),傾角75°,間距2.5米,貫通率為75%。各級圍巖參數(shù)見表3。

經(jīng)過有限元強(qiáng)度折減,最終分別得到各類圍巖下的安全系數(shù)見表4。

在Ⅱ上圍巖下、埋深18米的工況下,隧道的塑性區(qū)和應(yīng)力應(yīng)變圖如圖3、圖4所示。

所以在埋深18m情況下,通過均質(zhì)巖質(zhì)中給出的安全系數(shù)與節(jié)理裂隙巖質(zhì)的安全系數(shù)比較,進(jìn)行反演,最終在表5中,對一、二、三類圍巖巖體的強(qiáng)度參數(shù)提出了建議值。

對表5中給出的各級圍巖巖體的強(qiáng)度參數(shù)建議值研究發(fā)現(xiàn):對II類和III類圍巖的,值較規(guī)范值增大,這說明青島地鐵上覆巖層主要是花崗巖,巖性好,所以巖體強(qiáng)度參數(shù)建議值要大于規(guī)范中的給定值。

最后通過《青島地鐵第一期工程 水清溝――青紡醫(yī)院試驗(yàn)段 施工地質(zhì)、變形量測、環(huán)境檢測總結(jié)報告》中的位移檢測,驗(yàn)證了反演的強(qiáng)度參數(shù)建議值的合理性。

最終通過分析發(fā)現(xiàn):相對于青島花崗巖地區(qū),規(guī)范中給出的巖體分類的強(qiáng)度參數(shù)偏低,按照規(guī)范中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)就會偏于保守,所以針對青島地區(qū)花崗巖的巖性特征,筆者對規(guī)范中給出的巖體分類的強(qiáng)度參數(shù)做了修正,為進(jìn)一步確定了青島地鐵上覆巖層巖體分類打下基礎(chǔ)。

巖體力學(xué)論文:淺述巖體力學(xué)參數(shù)監(jiān)測在隧道施工中的重要性

摘要:采用新奧法進(jìn)行隧道工程施工時,設(shè)計(jì)單位只能根據(jù)監(jiān)控單位和施工單位反饋的監(jiān)控數(shù)據(jù)和隧道開挖揭露情況對設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行宏觀判斷,隧道設(shè)計(jì)時應(yīng)把力學(xué)計(jì)算和實(shí)際背景巖體力學(xué)參數(shù)相結(jié)合,才能更科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的按照新奧法的理念完成隧道工程的設(shè)計(jì)、施工。

關(guān)鍵詞:新奧法;巖體力學(xué)參數(shù);單軸抗壓強(qiáng)度

0 引言

在現(xiàn)時的公路建設(shè)中,為滿足線型、車速、里程、生態(tài)環(huán)境等要求,隧道工程已被大量采用。建設(shè)環(huán)境的不可預(yù)知性是隧道工程最大的特點(diǎn),在施工中,開挖的圍巖與設(shè)計(jì)不符的情況屢見不鮮。

鑒于此,新奧法(NATM)被流行地應(yīng)用于隧道工程工作中。而施工監(jiān)控量測則是新奧法施工方法中的重要工序之一。

施工監(jiān)控量測是將施工過程中的圍巖穩(wěn)定性、支護(hù)結(jié)構(gòu)承載能力、初期補(bǔ)強(qiáng)及二次襯砌合理的施作時間、開挖揭露巖體的力學(xué)參數(shù)等情況反饋給設(shè)計(jì)與施工以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)、優(yōu)化施工方案及施工工藝目的的工序。

1巖體力學(xué)參數(shù)的重要性及其在新奧法施工中的現(xiàn)狀

監(jiān)控量測的內(nèi)容在相關(guān)技術(shù)規(guī)范中已做了相關(guān)規(guī)定,著重于對揭露圍巖情況的觀察以及開挖洞室的凈空變化、圍巖的蠕變趨勢、結(jié)構(gòu)及圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變及位移大小量測等。由這些監(jiān)控數(shù)據(jù)在指導(dǎo)施工中起到了很直觀、重要的作用。但是對巖體的力學(xué)參數(shù)測試包括抗壓強(qiáng)度、變形模量、黏聚力、內(nèi)摩擦角、泊松比、圍巖完整性指數(shù)、應(yīng)力強(qiáng)度比等沒有引起足夠的重視。只有在少數(shù)工程中對力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了監(jiān)測。在進(jìn)行隧道的圍巖基本質(zhì)量分級和力學(xué)建模計(jì)算分析時,這些參數(shù)是必不可少的。

對于工程巖體這樣復(fù)雜多變的隧道工程,為了選擇一條正確的設(shè)計(jì)途徑,一方面要使經(jīng)驗(yàn)方法科學(xué)化;另一方面還要使設(shè)計(jì)中所進(jìn)行的力學(xué)計(jì)算具有實(shí)際背景。

為了做到這點(diǎn),現(xiàn)場的監(jiān)控測試就應(yīng)該提供更多的依據(jù),這樣才能把力學(xué)計(jì)算和實(shí)際情況更好的結(jié)合。

現(xiàn)在的勘察設(shè)計(jì)單位都存在時間緊、任務(wù)重的問題,勘察單位不能對隧道的地質(zhì)情況做詳細(xì)細(xì)致的勘察工作,而設(shè)計(jì)單位也只能根據(jù)勘察單位提供的有限的勘察資料更多的采用工程類比法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

然而隧道的圍巖揭露情況與勘察情況有很大一部分不相符。在出現(xiàn)不相符時,設(shè)計(jì)單位只能根據(jù)監(jiān)控單位和施工單位提供的資料進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。

變更時分兩種情況,第一種,設(shè)計(jì)偏弱,設(shè)計(jì)只能根據(jù)有限的資料進(jìn)行一定的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì);第二種,設(shè)計(jì)偏強(qiáng),實(shí)際工作中,此種情況一般未變更設(shè)計(jì)。

第一種情況,在實(shí)際工作中影響施工進(jìn)度,有時還給工程留下隱患,甚至造成質(zhì)量安全事故;第二種情況,使工程不能體現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)性,甚至造成不必要的浪費(fèi)。要想隧道工程設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理,設(shè)計(jì)方就必須要有足夠的資料作為設(shè)計(jì)的背景。在施工過程中,監(jiān)控量測作為提供設(shè)計(jì)資料背景方,應(yīng)該不僅要為設(shè)計(jì)方提供凈空變化、圍巖的蠕變趨勢、結(jié)構(gòu)及圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變及位移大小等作為宏觀判斷設(shè)計(jì)合理性的依據(jù),還應(yīng)提供更細(xì)致的巖體的力學(xué)參數(shù)為隧道的力學(xué)計(jì)算提供直觀依據(jù),這樣才能更為科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的完成整個隧道的新奧法設(shè)計(jì)、施工。

2巖體力學(xué)參數(shù)測試和計(jì)算方法簡介

2.1 抗壓強(qiáng)度是指巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度(RC),按照抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的試件的尺寸、精度、含水率制作試件,以0.5~1MPa/s的速度加載直到破壞,記錄試件破壞形態(tài),逐級記錄荷載及應(yīng)變值,并繪制應(yīng)力與縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變曲線圖,按照R=計(jì)算其單軸抗壓強(qiáng)度,按照Eav=,μav=計(jì)算平均彈性模量、平均泊松比(σa,σb分別為曲線上直線段始點(diǎn)、終點(diǎn)應(yīng)力值,εa-εb分別為σa,σb處縱向應(yīng)變值,εda-εdb分別為σa,σb處橫向應(yīng)變值)。

2.2 黏聚力、內(nèi)摩擦角可由原位試驗(yàn)得到。

2.3 圍巖完整性指數(shù)可以由KV=求得,縱波、橫波速度可以用巖石超聲波參數(shù)測定儀、縱橫波換能器測得。

2.4 應(yīng)力強(qiáng)度比可由Sm=式計(jì)算得到,σmax為巖體的最大主應(yīng)力。

3結(jié)論及改善建議

逐步的優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工參數(shù),使隧道工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、安全的完成,使新奧法施工廣泛應(yīng)用于隧道工程修建的主要原因,但此種施工方法只是更多的反饋于施工,在設(shè)計(jì)中其作用還未得到更好體現(xiàn)。

要想新奧法中的監(jiān)控量測結(jié)果更好地反饋于設(shè)計(jì),巖體的力學(xué)參數(shù)的監(jiān)測在監(jiān)控量測中的重要性就必須得到體現(xiàn)。

巖體的力學(xué)參數(shù)的監(jiān)測在隧道施工監(jiān)控量測中很少實(shí)施,原因是隧道工程實(shí)施的相關(guān)人員未意識到此項(xiàng)工作的重要性。為了新奧法能更好的應(yīng)用到隧道設(shè)計(jì)、施工生產(chǎn)中去,相關(guān)人員應(yīng)對此項(xiàng)工作的作用給予足夠的重視,配備相應(yīng)的人員和設(shè)備來完成此項(xiàng)工作。

巖體力學(xué)論文:巖體力學(xué)本科教學(xué)改革探討

摘要：為適應(yīng)當(dāng)前勘察、土木、地質(zhì)、石油等行業(yè)對相關(guān)專業(yè)本科畢業(yè)生的高要求，本文基于巖體力學(xué)的特點(diǎn)，詳細(xì)分析了當(dāng)前我國巖體力學(xué)本科教學(xué)的現(xiàn)狀以及進(jìn)行改革的必要性。在此基礎(chǔ)上，從教學(xué)內(nèi)容、試驗(yàn)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法等方面提出了初步的改革措施。以期通過這些措施，提高巖體力學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展和時代要求的復(fù)合型人才。

關(guān)鍵詞：巖體力學(xué);教學(xué)內(nèi)容;試驗(yàn)教學(xué);數(shù)值仿真;教學(xué)方法

巖體力學(xué)是土木工程、石油工程、地下工程、水利水電工程、地質(zhì)工程、采礦工程、勘查技術(shù)與工程等專業(yè)本科生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是研究巖體在外界因素（荷載、水、溫度等）作用下的應(yīng)力、變形、破壞、穩(wěn)定性與加固的學(xué)科，理論基礎(chǔ)廣泛，涉及地質(zhì)學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、地球物理學(xué)等學(xué)科知識[1，2]。通過這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠建立起有關(guān)巖體力學(xué)的基本理論體系以及相應(yīng)的工程概念（如強(qiáng)度理論、工程巖體分類、穩(wěn)定性分析），為后面的相關(guān)專業(yè)課（如基礎(chǔ)工程、鉆探工藝學(xué)、計(jì)算巖土力學(xué)、礦山壓力與巖層控制）提供必要的知識儲備，也為畢業(yè)后從事建筑、勘探、采礦、采油等相關(guān)工作奠定必備的理論基礎(chǔ)。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量的巖土工程廣泛興起，復(fù)雜的巖體力學(xué)問題不斷涌現(xiàn)，從而對高校培養(yǎng)的相關(guān)專業(yè)人才的綜合能力提出了更高的要求：不僅要具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，還要有一定的分析和解決現(xiàn)場實(shí)際問題的能力[3]。

作為人才培育的主要基地，高校在巖土工程人才培養(yǎng)過程中，在培養(yǎng)模式以及相關(guān)的各類軟硬件條件等方面已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上社會發(fā)展的步伐及社會對復(fù)合型人才的需求[4]。因此，針對當(dāng)今社會的實(shí)際需求，如何安排好巖體力學(xué)教學(xué)，培養(yǎng)合格的本科生，成為擺在各大高校相關(guān)教師面前的重要問題。

一、巖體力學(xué)教學(xué)改革的必要性

巖體在形成與存在過程中，長期遭受著復(fù)雜的建造與改造地質(zhì)作用，最終變成一種被大量不同類型與規(guī)模的斷層、節(jié)理、層理、片理、裂隙等結(jié)構(gòu)面切割包圍而成的材料，具有非均質(zhì)、非連續(xù)、各向異性的特點(diǎn)。同時，巖體還賦存于復(fù)雜的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水中。這些使工程巖體的力學(xué)行為極其復(fù)雜，通常呈高度非線性。巖體力學(xué)問題大多是病態(tài)的、不確定的、多尺度的，很難找到一種解析或數(shù)值算法進(jìn)行精確地求解[5]。從而，依托于巖體上的各類工程（如地下空間與地下隧道工程、巖質(zhì)邊坡工程、巖石地基與壩基工程、采礦工程以及鉆井工程）的設(shè)計(jì)計(jì)算分析極為復(fù)雜，目前實(shí)際工作中，仍通過以工程經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)與監(jiān)測為主，理論指導(dǎo)為輔來完成。可以說，巖體力學(xué)還很年輕，知識體系還不夠完善，許多理論尚不成熟，自身發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐的要求。

隨著中國能源、交通、水利、國防、城市建設(shè)等事業(yè)的發(fā)展，巖體工程建設(shè)越來越多，規(guī)模也越來越大，這些給巖體力學(xué)帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，也對相關(guān)從業(yè)人員提出了更高的要求。然而，作為培養(yǎng)高級人才的搖籃，高校在巖體力學(xué)本科教學(xué)方面還存在很多問題，比如教材陳舊、內(nèi)容落后、試驗(yàn)教學(xué)不足、理論與實(shí)際脫節(jié)嚴(yán)重、課堂教學(xué)方法落后、教學(xué)手段單一，在很大程度上影響了本科生在實(shí)際工作中解決復(fù)雜問題的能力和創(chuàng)新能力。因此，開展巖體力學(xué)本科教學(xué)改革是十分必要的。通過教學(xué)改革，旨在既提高相關(guān)從業(yè)人員的基本素質(zhì)與實(shí)踐能力，又為培養(yǎng)高層次復(fù)合型人才打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

二、巖體力學(xué)本科教學(xué)改革的主要內(nèi)容

筆者認(rèn)為巖體力學(xué)本科教學(xué)改革應(yīng)從多方面著手：與時俱進(jìn)地優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以實(shí)際工程為教學(xué)案例密切聯(lián)系實(shí)際，增加室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值仿真等試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，改革教學(xué)方法，從而探索滿足當(dāng)今社會快速發(fā)展條件下的巖體工程建設(shè)需求的復(fù)合型人才培育的教學(xué)方法。

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

目前國內(nèi)高校巖體力學(xué)本科課程無統(tǒng)一教材，教學(xué)內(nèi)容由任課教師自己掌握。相關(guān)教材也比較多，如沈明榮與陳建峰主編的《巖體力學(xué)》（2006），劉佑榮與唐輝明主編的《巖體力學(xué)》（2009），陳海波等主編的《巖體力學(xué)》（第2版，2013）以及陽軍生與陽生權(quán)主編的《巖體力學(xué)》（2008）。各教材在基礎(chǔ)理論方面的表述基本上是一致的，只是在工程應(yīng)用方面?zhèn)戎攸c(diǎn)有所不同。筆者認(rèn)為各任課教師應(yīng)根據(jù)其校本專業(yè)特點(diǎn)，依據(jù)教學(xué)大綱與學(xué)時安排，以一本教材為主、多本教材為輔的方針授課，在講授巖體力學(xué)基本原理與知識的基礎(chǔ)上，以實(shí)際工程進(jìn)行案例教學(xué)，并適當(dāng)向?qū)W生介紹當(dāng)前的新概念、新技術(shù)、新方法等發(fā)展動態(tài)與學(xué)科前沿，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生的知識面。

本校地質(zhì)工程專業(yè)（巖土鉆掘方向）的巖體力學(xué)本科課程，根據(jù)國家學(xué)科組指定的教學(xué)大綱，編制授課計(jì)劃，結(jié)合本專業(yè)的特色與發(fā)展需要，對大綱進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整與修改。教材以教育部地質(zhì)工程教學(xué)指導(dǎo)分委會推薦的劉佑榮與唐輝明主編的《巖體力學(xué)》為主，以《Fundamentals of rock mechanics》、《巖石力學(xué)與工程》、《巖石力學(xué)與石油工程》、《鉆井巖石力學(xué)》、《礦山巖石力學(xué)》等相關(guān)教材為輔，刪除其他相關(guān)課程的重復(fù)性內(nèi)容，同時補(bǔ)充隧道鉆掘、地下工程支護(hù)、工民建勘察、大陸科學(xué)鉆探以及石油鉆井等方面的工程實(shí)例，根據(jù)本校本專業(yè)本科教學(xué)計(jì)劃40學(xué)時左右的內(nèi)容進(jìn)行編輯，在滿足本專業(yè)學(xué)生對巖體力學(xué)認(rèn)知與掌握的需求的同時，實(shí)現(xiàn)專業(yè)基礎(chǔ)知識扎實(shí)、知識面寬的復(fù)合型人才培養(yǎng)要求。

（二）增加試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

試驗(yàn)是巖體力學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，但是限于學(xué)時、設(shè)備、經(jīng)費(fèi)等原因，在本科教學(xué)過程中一般只能有選擇地讓學(xué)生動手做幾種相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)，難以很好地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，因此，增加試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)勢在必行。筆者認(rèn)為可以從如下三個方面來解決這個問題：

1.通過與相關(guān)試驗(yàn)室相關(guān)人員協(xié)調(diào)，在課余時間借用試驗(yàn)，開展相關(guān)巖體力學(xué)試驗(yàn)，從而盡可能多地鍛煉學(xué)生的實(shí)際動手能力;在不影響試驗(yàn)室正常運(yùn)行的前提下，將學(xué)生劃分多批次，參觀有關(guān)科研項(xiàng)目的巖體力學(xué)試驗(yàn)過程，以實(shí)現(xiàn)盡可能多地感性認(rèn)識巖體力學(xué)課堂上講授的理論知識。

2.通過鼓勵和指導(dǎo)本科生積極參與所在院系教師的相關(guān)科研項(xiàng)目、科技報告會項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目等活動，在項(xiàng)目中實(shí)際運(yùn)用巖體力學(xué)知識，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生認(rèn)識、分析與處理巖體力學(xué)問題的能力。

3.充分利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)[6]，采用數(shù)值仿真手段彌補(bǔ)試驗(yàn)場地和設(shè)備的不足[7，8]，并初步培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)值模擬與理論相結(jié)合的方法，分析邊坡穩(wěn)定性、地下隧道與礦山開采圍巖變形、地基巖體穩(wěn)定性、井壁穩(wěn)定性等實(shí)際工程問題。

通過以上措施實(shí)現(xiàn)室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值仿真試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的增加，使本科生在實(shí)踐中體會所學(xué)知識，找到自己的不足，增強(qiáng)對巖體力學(xué)的理解與掌握，鍛煉動手能力，提高分析問題、解決問題的能力與創(chuàng)新能力。

（三）改革教學(xué)方法

目前以多媒體電子課件為主、黑板板書為輔的教學(xué)方式已被廣泛應(yīng)用于高校教學(xué)中。巖體力學(xué)是一門理論性與實(shí)踐性均很強(qiáng)的學(xué)科，教師應(yīng)針對此特點(diǎn)開展教學(xué)活動。但是，限于學(xué)時、安全等原因，任課教師通常無法帶學(xué)生到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地參觀講解。為了加強(qiáng)理論與實(shí)踐的相接軌，就需要充分利用電子課件能夠圖文并茂、聲像俱佳的優(yōu)勢，形象生動地向?qū)W生傳遞工程現(xiàn)場信息，從而彌補(bǔ)實(shí)踐的不足。

對于理論方面，采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)方法補(bǔ)充多媒體教學(xué)，對重點(diǎn)、難點(diǎn)公式用板書一步步推導(dǎo)，便于學(xué)生理解與記憶。增加課上與學(xué)生互動環(huán)節(jié)，如讓學(xué)生回憶上堂課內(nèi)容，多多就知識點(diǎn)提問，增加課堂作業(yè)環(huán)節(jié)，添加學(xué)生分組演講報告環(huán)節(jié)。增加課下與學(xué)生互動，如建立QQ群、微信朋友圈，在上面經(jīng)常行業(yè)最新動態(tài)的圖片、新聞、視頻，發(fā)表小課題引導(dǎo)學(xué)生討論，以及邀請學(xué)生參加自己的科研項(xiàng)目。改革考核方式，總成績既包括期末閉卷考試成績，又包括平時表現(xiàn)、試驗(yàn)報告、文獻(xiàn)綜述報告等。

通過以上種種手段，更好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與解決問題的能力，更加公平地評價學(xué)生的課業(yè)表現(xiàn)。

三、結(jié)語

巖體力學(xué)內(nèi)容豐富、知識復(fù)雜，給本科教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)與機(jī)遇。筆者針對目前巖體力學(xué)本科教學(xué)方面的不足，從教學(xué)內(nèi)容、試驗(yàn)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法等方面提出了初步的改革措施。以期通過這些改革，既能促進(jìn)學(xué)生更好地掌握巖體力學(xué)的基礎(chǔ)知識與技能，又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，為國家培養(yǎng)滿足行業(yè)需求的復(fù)合型人才。

巖體力學(xué)論文:基于顆粒流方法的節(jié)理巖體力學(xué)參數(shù)量化

摘 要：節(jié)理巖體的力學(xué)參數(shù)是與巖體相關(guān)的地下工程設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。區(qū)別于實(shí)驗(yàn)室完整巖塊，現(xiàn)場原巖中結(jié)構(gòu)面的存在顯著弱化了巖體的強(qiáng)度，為地下工程設(shè)計(jì)帶來了一定的不確定性。為解決此問題，本論文擬采用基于顆粒流的數(shù)值模擬方法，為節(jié)理巖體的力學(xué)參數(shù)量化提供一種新思路。

關(guān)鍵詞：顆粒流;巖體力學(xué);模型參數(shù)

1 概述

顆粒流是近年來興起的主要應(yīng)用于硬巖的數(shù)值模擬新方法。區(qū)別于現(xiàn)有的連續(xù)性數(shù)值模型，顆粒流以不可破壞圓形顆粒作為基本單元，通過顆粒之間的粘結(jié)來顯式模擬完整巖塊的脆性破壞。當(dāng)顆粒之間的拉應(yīng)力超過顆粒粘結(jié)的拉強(qiáng)度時，裂紋被標(biāo)記為拉破壞，反之當(dāng)顆粒之間的剪應(yīng)力超過粘結(jié)的剪強(qiáng)度時，裂紋被標(biāo)記為剪破壞。通過這種簡單的接觸關(guān)系，顆粒流方法可以精確再現(xiàn)巖塊在壓縮或者拉伸狀態(tài)下的裂紋擴(kuò)展模式。顆粒流方法通過顆粒之間的微觀接觸來控制模型的宏觀破壞模式，模型的宏觀力學(xué)參數(shù)是通過不斷校對這些微觀接觸參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

2 顆粒流模型

本論文采用的實(shí)驗(yàn)室完整巖塊的力學(xué)參數(shù)來源于灰?guī)r，包括峰值強(qiáng)度：122MPa，彈性模量：80.0GPa，泊松比：0.25。圖1顯示了不包含任何節(jié)理的顆粒流模型，用于初始的顆粒接觸微觀參數(shù)校對，其中三個測量圓用于監(jiān)測模型在單軸壓縮過程中的應(yīng)力應(yīng)變變化。然后建立三個包含結(jié)構(gòu)面的節(jié)理巖體顆粒流模型;每個模型包含三組節(jié)理，其中主節(jié)理組1的傾向?yàn)?度，主節(jié)理組2的傾向?yàn)?0度，兩組主節(jié)理的產(chǎn)狀設(shè)置為相同;次節(jié)理組3設(shè)置為與兩組主節(jié)理同時垂直。為了描述方便，本論文以主節(jié)理的傾角作為標(biāo)識：R-30、R-60、R-90分別表示模型中主節(jié)理的傾角為30、60、90度。各組節(jié)理的平均直徑均設(shè)置為0.5m。

3 模型解譯

本論文主要考慮節(jié)理巖體在單軸壓縮狀態(tài)下的力學(xué)參數(shù)，包括巖體的峰值單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量。由于工程巖體的尺寸在大多數(shù)情況下不適合現(xiàn)場原位試驗(yàn)，目前這兩個力學(xué)參數(shù)主要通過經(jīng)驗(yàn)或者半經(jīng)驗(yàn)方法估算，這樣不可避免地會產(chǎn)生適應(yīng)性不足的問題。本論文介紹的顆粒流方法從數(shù)值模型的角度提供了一種新思路。通過一系列針對圖1中完整巖塊模型的單軸壓縮試驗(yàn)，最終校對的顆粒流模型微觀參數(shù)如表1所示。完整巖塊在單軸壓縮過程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2所示，從中可以確認(rèn)基于表1的微觀參數(shù)所得結(jié)果符合第2節(jié)列出的灰?guī)r力學(xué)參數(shù)。表1同時提供了結(jié)構(gòu)面的力學(xué)參數(shù)。

圖2 完整巖塊單軸壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖3顯示了節(jié)理巖體數(shù)值模型的單軸壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線，這些節(jié)理巖體的峰值強(qiáng)度和彈性模量也標(biāo)注于該圖中。數(shù)值模擬的結(jié)果顯示節(jié)理巖體的峰值強(qiáng)度明顯受到結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的控制。巖體強(qiáng)度隨主節(jié)理的傾角變化顯示出典型的U型特點(diǎn)，即當(dāng)節(jié)理傾角從15度增加到45度時，巖體強(qiáng)度從47.1MPa減小到24.5MPa，然后逐漸增大到52.0MPa（主節(jié)理傾角90度）。強(qiáng)度的U型變化可以從節(jié)理巖體的破壞模式來分析（完整巖塊控制和結(jié)構(gòu)面控制）。根據(jù)簡單力學(xué)分析，當(dāng)結(jié)構(gòu)面的摩擦系數(shù)大于結(jié)構(gòu)面的傾角時，沿結(jié)構(gòu)面的完整巖塊剪切破壞會被阻止。這種條件下節(jié)理巖體的破壞主要由節(jié)理間的完整巖塊控制，考慮到巖塊的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)面的剪切強(qiáng)度，當(dāng)節(jié)理巖體的破壞是結(jié)構(gòu)面控制時，巖體峰值強(qiáng)度會偏小。

節(jié)理巖體的彈性模量呈現(xiàn)出與峰值強(qiáng)度類似的U型變化特征（圖3）。當(dāng)主節(jié)理傾角從15度增加到90度時，彈性模量首先從42.2GPa減小到29.9GPa和30.2GPa，然后增加到40.7GPa和52.5GPa。類似的，由于結(jié)構(gòu)面的剛度小于完整巖塊的剛度，當(dāng)巖體的破壞是結(jié)構(gòu)面控制型時，節(jié)理巖體的彈性模量偏小，反之，節(jié)理巖體的模量偏大。

4 結(jié)論

本論文展示了應(yīng)用顆粒流量化節(jié)理巖體的力學(xué)參數(shù)的新型數(shù)值模擬方法。通過作用于完整巖塊模型的單軸壓縮試驗(yàn)，本論文首先校對了顆粒之間的微觀參數(shù)，然后通過一系列不同結(jié)構(gòu)面分布的節(jié)理巖體模型，本論文確認(rèn)節(jié)理巖體的峰值單軸抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出典型的U型變化，即當(dāng)巖體所含節(jié)理有利于巖塊的剪切滑移時，節(jié)理巖體的強(qiáng)度顯著減小;而當(dāng)節(jié)理不利于巖塊的剪切錯動時，節(jié)理巖體的強(qiáng)度更多地受到巖體中完整巖塊控制，強(qiáng)度顯著上升。節(jié)理巖體的彈性模量呈現(xiàn)出與強(qiáng)度相同的變化規(guī)律。本論文為量化節(jié)理巖體的力學(xué)參數(shù)提供了額外的途徑，論文結(jié)論可以作為地下巖體工程設(shè)計(jì)的參考。

巖體力學(xué)論文:巖體力學(xué)發(fā)展史與新技術(shù)展望的綜述

摘要：本文闡述巖土力學(xué)發(fā)展歷史和概貌，巖體力學(xué)的基本研究內(nèi)容和研究方法，以及當(dāng)今巖土力學(xué)發(fā)展存在的問題，對巖石力學(xué)研究提出的更高一個層次的要求，使巖石力學(xué)面臨許多前所未有的問題和挑戰(zhàn)，急需解決和提高巖石力學(xué)理論和方法的研究水平，以適應(yīng)工程實(shí)踐的需要。

關(guān)鍵詞：巖土力學(xué)，發(fā)展，新技術(shù)，展望

引言巖體力學(xué)是近展起來的一門新興學(xué)科和邊緣學(xué)科，應(yīng)用范圍涉及采礦、土木建筑、水利水電、鐵道、公路、地質(zhì)、地下工程等眾多的與巖石工程相關(guān)的工程領(lǐng)域，一方面它是上述工程領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)，另一方面正是上述領(lǐng)域?qū)嵺`促使了巖體力學(xué)的誕生與發(fā)展，作為地球科學(xué)的一個重要組成部分面臨一系列新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

一、巖體力學(xué)的發(fā)展歷史和概貌

（1）初始階段（19世紀(jì)末～20世紀(jì)初）

這是巖石力學(xué)的萌芽時期，產(chǎn)生了初步理論以解決巖體開挖的力學(xué)計(jì)算問題。海姆提出了靜水壓力的理論認(rèn)為地下巖石處于一種靜水壓力狀態(tài)，作用在地下巖石工程上的垂直壓力和水平壓力相等；朗金和金尼克也提出了相似的理論。

（2）經(jīng)驗(yàn)理論階段（20世紀(jì)初～20世紀(jì)30年代）

該階段出現(xiàn)了根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)提出的地壓理論，并開始用材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法分析地下工程的支護(hù)問題，最有代表性的理論就是普羅托吉雅柯諾夫提出的自然平衡拱學(xué)說，即普氏理論，該理論認(rèn)為，圍巖開挖后自然塌落成拋物線拱形，作用在支架上的壓力等于冒落拱內(nèi)巖石的重量，僅是上覆巖石重量的一部分。太沙基提出相同的理論， 只是他認(rèn)為塌落拱形狀是矩形，而不是拋物線型。普氏理論是相應(yīng)于當(dāng)時的支護(hù)型式和施工水平發(fā)展起來的，進(jìn)一步說圍巖和支護(hù)之間并不安全是荷載和結(jié)構(gòu)的關(guān)系問題，在很多情況下圍巖和支護(hù)形成一個共同承載系統(tǒng)，維持巖石工程的穩(wěn)定最根本的還是發(fā)揮圍巖的作用，盡管如此，上述理論在一定的歷史時期和一定條件下還是發(fā)揮了一定作用的。

（3）經(jīng)典理論階段（20世紀(jì)30年代～20世紀(jì)60年代）

巖石力學(xué)學(xué)科形成的重要階段，彈性力學(xué)和塑性力學(xué)被引入巖石力學(xué)，確立了一些經(jīng)典計(jì)算公式，形成圍巖和支護(hù)共同作用的理論，巖體工程技術(shù)問題的解決，這些都說明巖石力學(xué)發(fā)展到該階段已完成為一門獨(dú)立的學(xué)科。在經(jīng)典理論發(fā)展過程階段，形成了“連續(xù)介質(zhì)理論”和“地質(zhì)力學(xué)理論”兩大學(xué)派。早在20世紀(jì)30年代，薩文就用無限大平板孔附近應(yīng)力集中的彈性解析來計(jì)算分析巖石工程的圍巖應(yīng)力分布問題，20世紀(jì)50年代，魯濱湟特運(yùn)用連續(xù)介質(zhì)理論寫出了求解巖石力學(xué)領(lǐng)域問題的系統(tǒng)著作，同時，開始有人用彈塑性理論研究圍巖的穩(wěn)定問題，導(dǎo)出著名的芬納-塔羅勃公式和卡斯特納公式，塞拉塔用流變模型進(jìn)行了隧峒圍巖的粘彈性分析。

20世紀(jì)60年代，運(yùn)用早期的有限差分和有限元等數(shù)值分析方法，出現(xiàn)了考慮實(shí)際開挖空間和巖體節(jié)理、裂隙的圍巖和支護(hù)共同作用的彈性或彈塑性計(jì)算解，使運(yùn)用圍巖和支護(hù)共同作用原理進(jìn)行實(shí)際巖石工程的計(jì)算分析和設(shè)計(jì)變得普通，促進(jìn)了中國早期的地應(yīng)力測量工作的開展。

地質(zhì)力學(xué)理論注重研究地層結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)與巖石工程穩(wěn)定性的關(guān)系，由德國人克羅斯創(chuàng)立起來的，理論反對把巖體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)簡單地利用固體力學(xué)的原理進(jìn)行巖石力學(xué)特性的分析，強(qiáng)調(diào)重視對巖體節(jié)理、裂隙的研究和結(jié)巖石工程穩(wěn)定性的影響和控制作用，1951年在第一屆地質(zhì)力學(xué)討論會，形成“地質(zhì)力學(xué)研究組”并廣泛應(yīng)用于巖石工程。

（4）現(xiàn)展階段（20世紀(jì)60年代～現(xiàn)在）

此階段是巖石力學(xué)理論和實(shí)踐的新進(jìn)展階段，其主要特點(diǎn)是用更為復(fù)雜的多種多樣的力學(xué)模型來分析巖石力學(xué)問題，把力學(xué)、物理學(xué)、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代數(shù)理科學(xué)、現(xiàn)代信息技術(shù)等的最新成果引入巖石力學(xué)，20世紀(jì)60年代和70年代，原位巖體與巖塊的巨大工程差異被揭露出來，巖體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和賦存狀況到重視。20世紀(jì)70年代開始出現(xiàn)用于巖石工程隱定性計(jì)算的數(shù)值計(jì)算方法，主要是有限元法，20世紀(jì)80年代數(shù)值計(jì)算方法發(fā)展很快，有限元、邊界元及混合模型得到廣泛應(yīng)用，成為巖石力學(xué)材料分析計(jì)算的主要手段，20世紀(jì)90年代數(shù)值分析終于在巖石力學(xué)和工程學(xué)科中扎根，巖石力學(xué)專家和數(shù)學(xué)家合作創(chuàng)造成一系列計(jì)算原理和方法。20世紀(jì)80年代和90年代，巖石工程三維信息系統(tǒng)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、工程決策支持系統(tǒng)等迅速發(fā)展起來，并得到普遍的重視和應(yīng)用。20世紀(jì)90年代現(xiàn)代數(shù)理科學(xué)的滲透是非線性科學(xué)在巖石力學(xué)中的重要應(yīng)用。

智能巖石力學(xué)涉及人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊數(shù)學(xué)、非線性科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、固體力學(xué)和巖石工程等許多領(lǐng)域。

二、巖體力學(xué)的基本研究內(nèi)容和研究方法

巖石力學(xué)服務(wù)對象的廣泛性和研究對象的復(fù)雜性，對任何巖石工程領(lǐng)域來講，下列基本內(nèi)容是首要進(jìn)行研究的。

（1）工程巖體的穩(wěn)定性包括：1）各類工程巖體在開挖荷載作用下的應(yīng)力、位移分布特征；2）各類工程巖體在開挖荷載作用下的變形破壞特征；3）各類工程巖體的穩(wěn)定性分析與評價等。

（2）巖石的基本力學(xué)性質(zhì)包括：1)巖塊在各種力學(xué)作用下的變形和強(qiáng)度特征以及力學(xué)指標(biāo)參數(shù)；2）影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素，包括加載條件、溫度、濕度等；3）巖石的變形破壞機(jī)理及其破壞判據(jù)。

（3）巖石的物理、水理與熱力學(xué)性質(zhì)。

（4）結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)內(nèi)容包括：1）結(jié)構(gòu)面在法向壓應(yīng)力及剪應(yīng)力作用下的變形參數(shù)及其確定；2）結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度特征及其測試技術(shù)和方法。

（5）巖體力學(xué)性質(zhì)包括：1）巖體變形與強(qiáng)度特征及其原位測試技術(shù)與方法，2）巖體力學(xué)參數(shù)的弱化處理與經(jīng)驗(yàn)估計(jì)；3）影響巖體力學(xué)性質(zhì)的主要因素；4）巖體中地下水的賦存、運(yùn)移規(guī)律及巖體的水力學(xué)特征。

（6）地應(yīng)力分布規(guī)律及巖體規(guī)律及其測量理論與方法

（7）巖石、巖體的地質(zhì)特征，內(nèi)容包括：1）巖石的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征；2）結(jié)構(gòu)面特征及其對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響；3）巖體結(jié)構(gòu)及其力學(xué)特征；4）巖體工程分類。

（8）巖石工程穩(wěn)定性維護(hù)技術(shù)包括巖體性質(zhì)的改善與加固技術(shù)等。

（9）各種新技術(shù)、新方法與新理論在巖石力學(xué)中的應(yīng)用。

（10）工程巖體的模型、模擬試驗(yàn)以及原位監(jiān)測技術(shù)，模型試驗(yàn)包括數(shù)值模型模擬、物理模擬等。

根據(jù)所采用的研究手段或所依據(jù)的基礎(chǔ)理論所屬學(xué)科領(lǐng)域的不同，巖石力學(xué)的研究方法可大概歸納以下四種：

（1）工程地質(zhì)研究方法；（2）科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法；（3）數(shù)學(xué)力學(xué)分析方法；（4）整體綜合分析方法。

三、巖體力學(xué)研究的主要問題

主要研究的問題有以下幾種：

（1）水利水電工程；（2）采礦工程；（3）鐵道和公路建設(shè)工程；（4）土木建筑工程；（5）海洋勘探與開發(fā)工程。以上只是一些主要方面，隨著巖石工程建設(shè)的發(fā)展，還會有新問題的不斷提出。

四、巖體力學(xué)與工程發(fā)展趨勢和前景展望

國際上巖石力學(xué)與巖石工程研究的最新趨勢：

(l)巖石工程對環(huán)境的影響越來越受到重視，這是同全球的環(huán)境保護(hù)意識增強(qiáng)離不開的。

(2)對巖石或巖體的力學(xué)和水力學(xué)特性與溫度場、應(yīng)力場等相關(guān)場的耦合問題的研究越來越多，不再是對簡單環(huán)境下單一巖石力學(xué)性質(zhì)的研究。

(3)對巖石力學(xué)特性及巖石工程的數(shù)值方法和數(shù)據(jù)模擬的研究一直是長盛不衰的。

(4)巖石或巖體特有的節(jié)理裂隙對其力學(xué)性質(zhì)的影響的研究越來越深入和細(xì)致。

(5)原位測試及勘探。水壓致裂及三維裂紋勘探受到重視，聲發(fā)射致裂研究裂縫擴(kuò)展及強(qiáng)度的破壞。

(6)越來越重視巖石力學(xué)的研究成果在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

(7)高科技在巖石力學(xué)與巖石工程中的應(yīng)用開始嶄露頭角。

以下五個方面的問題應(yīng)成為我們的主攻方向。

（1）巖體力學(xué)研究由局限的巖體走向解決山體和地體等大范圍、大尺度的工程和資源開發(fā)問題。

（2）巖體力學(xué)由研究單一的固體不連續(xù)材料向多場耦合和多相運(yùn)動研究發(fā)展。

（3）巖體力學(xué)從單純的地球內(nèi)動力驅(qū)動或外動力驅(qū)動模型向內(nèi)外動力耦合作用模型的轉(zhuǎn)變。

（4）巖體力學(xué)從工程巖體穩(wěn)定性研究向極端災(zāi)害的非線性動力過程的預(yù)測及防治進(jìn)軍。

（5）從常規(guī)的巖石開挖的失穩(wěn)防治到新型大規(guī)模暴力攻擊的防護(hù)，以及人地關(guān)系的協(xié)調(diào)。

這些問題都是對巖石力學(xué)提出的更高的要求，使巖石力學(xué)面臨許多前所未有的問題和挑戰(zhàn)，急需發(fā)展和提高巖石力學(xué)理論和方法的研究水平，以適應(yīng)工程實(shí)踐的需要。

巖體力學(xué)論文:深部開采巖體力學(xué)研究的現(xiàn)狀

摘 要：在深部開采工程中產(chǎn)生的巖石力學(xué)問題是目前國內(nèi)外采礦及巖石力學(xué)界研究的焦點(diǎn)，“三高一擾動”的復(fù)雜環(huán)境，是深部開采面臨的挑戰(zhàn)性、高難度課題。雖然目前對于深部開采工程的研究已經(jīng)取得了部分成果，但對深層次、注重個案、側(cè)重技術(shù)的基礎(chǔ)研究重視仍然不夠。今后主要研究方向應(yīng)集中在深部巖石力學(xué)基本特性、深部開采工程穩(wěn)定性控制、深部開采地表環(huán)境損傷控制以及深部厚煤層綜放開采基礎(chǔ)理論研究等方面。

關(guān)鍵詞：深部開采；巖石力學(xué)；三高一擾動

深部開采巖石力學(xué)，主要是指在進(jìn)行深部資源開采過程中引發(fā)的與巷道工程及采場工程有關(guān)的巖石力學(xué)問題。目前，對能源的需求逐步增加，開采強(qiáng)度也不斷加大，這些都造成了淺部資源的日益減少，因而國內(nèi)外的礦山都相繼進(jìn)入深部資源開采狀態(tài)。而開采深度的不斷增加，工程災(zāi)害也隨之增多，這對深部資源安全高效的開采造成了巨大威脅。

1 深部開采巖體的力學(xué)特點(diǎn)

1.1 開采環(huán)境

深部開采和淺部開采最明顯的區(qū)別在于深部巖石所處的特殊環(huán)境，也就是“三高一擾動”的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境。“三高”主要是指高地溫、高地應(yīng)力和高巖溶水壓。“一擾動”主要是指強(qiáng)烈的開采擾動。當(dāng)進(jìn)入深部開采后，巖體呈現(xiàn)塑性狀態(tài)，即由各向不等壓的原巖應(yīng)力引起的壓、剪應(yīng)力超過巖石的強(qiáng)度，并且對巖石造成破壞。

1.2 力學(xué)行為特性

深部巖石的“三高一擾動”復(fù)雜環(huán)境，對深部巖體的組織結(jié)構(gòu)、基本行為特征和工程響應(yīng)產(chǎn)生根本性的影響。主要表現(xiàn)在深部巖體動力響應(yīng)的突變性，深部巖體應(yīng)力場的復(fù)雜性，深部巖體的大變形和強(qiáng)流變性，深部巖體的脆性一延性轉(zhuǎn)化，深部巖體開挖巖溶突水的瞬時性等五個方面。

2 深部開采工程中的巖石力學(xué)問題

目前對于深部開采工程的研究已經(jīng)取得了一系列成果，但是對于側(cè)重技術(shù)、注重個案的深層次基礎(chǔ)研究始終沒有得到足夠的重視。深部開采“三高一擾動”的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境，使深部巖石力學(xué)行為及其深部災(zāi)害的特征與淺部開采明顯不同，因而在淺部開采基礎(chǔ)上建立的傳統(tǒng)理論不能適應(yīng)現(xiàn)在的研究環(huán)境。

2.1 強(qiáng)度確定

深部開采時地應(yīng)力水平比較高，因而工程開挖后的工程巖體在高圍壓作用下，一個或兩個方向上應(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，同時切向產(chǎn)生加載。所以深部開采時工程巖體的強(qiáng)度不能單純用巖塊強(qiáng)度來確定，必須建立符合深部開采特點(diǎn)的工程巖體拉壓復(fù)合強(qiáng)度確定理論。

2.2 設(shè)計(jì)理論

深部開采時，由于工程圍巖所表現(xiàn)出的非線性力學(xué)特性，在穩(wěn)定性控制設(shè)計(jì)時不能采用簡單的一次線性設(shè)計(jì)，因而必須建立采用二次以至多次非線性大變形力學(xué)穩(wěn)定性控制設(shè)計(jì)理論。

2.3 穩(wěn)定性控制理論

在深部開采環(huán)境下，工程開挖后工程圍巖就會有不同程度的破壞，必須采用二次支護(hù)甚至多次支護(hù)才能夠?qū)崿F(xiàn)工程穩(wěn)定性。因此，原有的穩(wěn)定性控制理論不能適合新的環(huán)境，必須建立適合深部開采工程的二次（支護(hù)）穩(wěn)定性控制理論。

3 今后研究重點(diǎn)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在復(fù)雜地質(zhì)條件下一些長深鐵路、公路隧道的修建，有了許多深部開采事故的預(yù)防應(yīng)用，并由此發(fā)展了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和理論。我們認(rèn)為對巖石力學(xué)問題，今后主要研究方向應(yīng)集中在對深部巖石力學(xué)基本特性、深部開采工程穩(wěn)定性控制、深部開采地表環(huán)境損傷控制和深部厚煤層綜放開采基礎(chǔ)理論研究等方面。

3.1 “深部”的概念及其分類體系

目前國內(nèi)外對深部工程中所引發(fā)的巖石力學(xué)問題研究十分重視，但是在“深部”、“深部工程”等一系列概念上的差異較大，這些對該領(lǐng)域理論與技術(shù)研究的發(fā)展及交流有一定影響。因而，對“深部”的概念、分類體系以及評價指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)的定義，是推動深部巖體力學(xué)的基礎(chǔ)理論研究的當(dāng)務(wù)之急。

3.2 深部巖石力學(xué)的基本特性研究

深部工程的“三高一擾動”復(fù)雜環(huán)境，使得深部巖體的組織結(jié)構(gòu)、基本行為特征和工程響應(yīng)都發(fā)生了根本性的變化，同時也導(dǎo)致深部開采中災(zāi)變事故的多發(fā)性和突發(fā)性。因而，深部資源開采面臨的核心科學(xué)問題正是采掘擾動表現(xiàn)出來的特殊力學(xué)行為。其中的深部高應(yīng)力場成因以及多個應(yīng)力場的耦合作用狀態(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)理更是今后研究的重點(diǎn)。

3.3 深部開采工程的穩(wěn)定性研究

深部開采工程的穩(wěn)定性問題是研究圍巖在開采破壞后與支護(hù)系統(tǒng)相互作用所達(dá)到的二次穩(wěn)定問題。在深部條件下的工作面回采所形成的采動應(yīng)力場與巷道掘進(jìn)形成的開挖應(yīng)力場相互耦合疊加，這些形成了復(fù)雜的三維應(yīng)力場。同時，采動應(yīng)力的分布與回采空間動態(tài)、多維的時空規(guī)律以及支承壓力區(qū)的范圍和峰值應(yīng)力等也將產(chǎn)生很大變化。因此，應(yīng)該結(jié)合深部巖體的非線性力學(xué)特性研究，在對深部采場以及巷道圍巖采動的應(yīng)力時空分布規(guī)律的深入分析基礎(chǔ)上，探討深部開采采場及巷道一體化的穩(wěn)定性非線性力學(xué)控制對策。

3.4 深部工程災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理以及控制對策的研究

在深部條件下，“三高一擾動”環(huán)境使深部巖體的基本行為特征、組織結(jié)構(gòu)和工程響應(yīng)發(fā)生了根本性的變化，這同時導(dǎo)致了深部開采中災(zāi)變事故的多發(fā)性和突發(fā)性。因而，研究巖體在地下水、瓦斯、高地應(yīng)力、溫度等作用下的穩(wěn)定與非穩(wěn)定變形，破壞狀態(tài)以及轉(zhuǎn)化機(jī)理、條件和規(guī)律，探索深部多相介質(zhì)、多場耦合的作用下工程災(zāi)害頻度和強(qiáng)度等特征，這些對揭示深部工程災(zāi)害的誘發(fā)機(jī)理和成災(zāi)過程，并對相應(yīng)的災(zāi)害提出預(yù)測方法及控制對策具有重要意義。

在“三高一擾動”特殊地質(zhì)力學(xué)的環(huán)境下，傳統(tǒng)的理論、方法和技術(shù)已經(jīng)部分或全部失效。因此，對深部開采工程巖石力學(xué)基礎(chǔ)理論研究的大力開展，能夠?qū)ι畈抠Y源開發(fā)提供可靠的理論基礎(chǔ)，并為我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和國家安全戰(zhàn)略的實(shí)施提供有效的能源和資源保證。

巖體力學(xué)論文:12081工作面煤巖體力學(xué)參數(shù)的選取及UDEC數(shù)值模擬分析

摘 要：由于12081采場圍巖運(yùn)移的復(fù)雜性，現(xiàn)場實(shí)測的數(shù)據(jù)反映的只是某一方面或者幾方面的規(guī)律，對頂板活動難以有一個全面了解。研究方法采用相似模擬只能在部分方面取得較好的成果，但是會消耗較高成本。實(shí)驗(yàn)周期經(jīng)較長，并且一次只能模擬一種狀態(tài)。近年來，采用數(shù)值模擬方法能得到相似模擬所達(dá)不到的效果。

關(guān)鍵詞：煤巖體 力學(xué) 參數(shù) 模擬 分析

由于12081采場圍巖運(yùn)移的復(fù)雜性，現(xiàn)場實(shí)測的數(shù)據(jù)只能反映某一些方面或某幾方面的規(guī)律，難能對頂板活動有一個全面的了解。采用相似模擬的研究方法，雖然在某些方面能取得很好的效果，但是，模擬的成本高，實(shí)驗(yàn)周期經(jīng)較長，并且一次只能模擬一種狀態(tài)。近年來，采用數(shù)值模擬方法能得到相似模擬所達(dá)不到的效果。本次采用UDEC數(shù)值模擬方法，研究不同初撐力條件下，上覆巖層的穩(wěn)定性。

1 煤巖體力學(xué)參數(shù)的選取

1.1 煤巖體力學(xué)參數(shù)的選取

關(guān)于巖體參數(shù)的參考值，其材料特性滿足庫侖—摩爾準(zhǔn)則。確定模型材料參數(shù)如表1所示。

1.2 節(jié)理和角點(diǎn)圓弧化

可以將巖石塊體之間的接觸面認(rèn)為是節(jié)理。根據(jù)不同的粗糙程度，個別的接觸點(diǎn)構(gòu)成接觸面系，通常兩個端點(diǎn)的接觸可以代表，端點(diǎn)會在運(yùn)動的時候發(fā)生相對的法向位移和切向位移。

塊體不僅會有面接觸還有點(diǎn)接觸，不管是點(diǎn)還是面的接觸，都會有數(shù)學(xué)上的奇異性，點(diǎn)接觸會引起計(jì)算上的應(yīng)力集中，但是實(shí)際情況是，尖角在力的作用下被折斷鈍化，因此還要將圓弧化處理加入到角點(diǎn)的計(jì)算中。

圓弧化處理角點(diǎn)之后，可以將圓弧的中心道邊的垂線和邊的交點(diǎn)作為邊和角的接觸點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)方向也就是垂線方向。兩個焦點(diǎn)的接觸點(diǎn)可以取兩個圓弧中心的聯(lián)機(jī)和圓弧交線的交叉點(diǎn)。經(jīng)過圓弧化處理的角點(diǎn)增加了計(jì)算的時間，但是角點(diǎn)接觸的奇異性被消除，這樣的計(jì)算和實(shí)際接觸點(diǎn)的物理圖像更加符合。本次模擬時round取值0.2。

1.3 剛度系數(shù)

在UDEC中節(jié)理的法向和切向剛度系數(shù)kn和ks的正確選取是至關(guān)重要的。如果剛度系數(shù)取得太大，剛體塊將連接成為一個整體，無相對運(yùn)動可言；如果取得太小了，則剛體塊將成為一盤散沙，相互間沒有約束。作為一個經(jīng)驗(yàn)的規(guī)則，剛度系數(shù)最大可取為剛度最大的鄰接塊體之間的等值剛度的十倍，即有：

式中：K為體積模量；

G為剪切模量；

Zmin為節(jié)理兩側(cè)塊體單元的最小寬度。

如果取用太大的剛度系數(shù)，會將大幅增加計(jì)算時間，卻不會改變物理圖像。但是如果取用太小的剛度系數(shù)，時步會被增大，加快計(jì)算速度，但是節(jié)理“過軟”，塊體間“嵌入”太多，與實(shí)際情況不符。

剛度系數(shù)對于不同的巖石其變化是很大的。對于軟弱粘土夾層可為10～100 MPa/m。而對于花崗巖或玄武巖等的致密節(jié)理，則剛度系數(shù)甚至可以超過100 GPa/m。

UDEC中的剛度系數(shù)不同于一般彈性體的剛度系數(shù)，它僅僅作為單元間傳遞力的因子。剛度系數(shù)應(yīng)取足夠大，以使計(jì)算結(jié)果趨于穩(wěn)定值。同時考慮到計(jì)算費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性，在滿足精度和穩(wěn)定收斂要求的前提下，宜盡量減小塊體剛度，剛度系數(shù)一般取1010～1011 n/m較為適宜。計(jì)算中剛度系數(shù)取值1010。

2 UDEC數(shù)值模擬

2.1 低初撐力狀態(tài)模擬

根據(jù)實(shí)測單體支柱平均支護(hù)力為13.8 kN，采用UDEC進(jìn)行了數(shù)值模擬，按單體支柱平均支護(hù)力為90 kN，采用UDEC進(jìn)行了數(shù)值模擬。

2.2 UDEC模擬結(jié)果分析

從模擬結(jié)果可以得出，低支護(hù)力狀態(tài)下，頂板離層，平衡結(jié)構(gòu)形成的層位相對較低，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化時，遇斷層或特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)巖體時，容易出現(xiàn)頂板事故。高支護(hù)力狀態(tài)下，平衡結(jié)構(gòu)的層位相對較高，對工作面的影響也較小，工作面變形量也較小，工作環(huán)境大大改善。

采場圍巖運(yùn)移是一個動態(tài)的過程，動態(tài)過程有兩層內(nèi)容，一是隨著時間變化的動態(tài)過程；二是隨支護(hù)力不同而變化的動態(tài)過程。如圖1所示為低支護(hù)載荷條件下圍巖運(yùn)移狀態(tài)，支護(hù)頂板距平衡結(jié)構(gòu)8～12 m，平衡結(jié)構(gòu)對采場的影響較大，由于支護(hù)力過小，頂板易發(fā)生離層，支護(hù)狀態(tài)差。如圖2為合理支護(hù)條件下圍巖運(yùn)移狀態(tài)，平衡結(jié)構(gòu)下方巖層厚度為15～19 m，距離支柱較遠(yuǎn)，支柱上方頂板發(fā)生離層的可能性較小，采場處于安全狀態(tài)下。

2.3 FLAC數(shù)值模擬結(jié)果分析

從FLAC數(shù)值模擬可以看出，工作面的支護(hù)初撐力大小對工作面圍巖應(yīng)力分布有十分顯著的影響。低載荷，應(yīng)力峰值和高應(yīng)力范圍均顯著增大，而導(dǎo)致頂板剪應(yīng)力區(qū)顯著擴(kuò)大。而高載時，頂板剪應(yīng)力僅在煤壁上方很小的范圍出現(xiàn)峰值。

剪應(yīng)力從煤壁附近向控頂區(qū)上方頂板的擴(kuò)展是導(dǎo)致頂板破碎的主要原因，而頂板破碎范圍與支架載荷有關(guān)。

隨支護(hù)載荷的增加，煤壁前方的支撐壓力明顯減少。煤壁前方頂板應(yīng)力減少。由于支架載荷較低，煤壁前方垂直應(yīng)力增加，控頂區(qū)上方剪應(yīng)力集中程度增加，范圍增大。

控頂區(qū)上方的頂板鉛垂應(yīng)力隨支架載荷的增加明顯改善。支護(hù)載荷的增加，導(dǎo)致和圍巖應(yīng)力降低，從而改善圍巖控制，避免頂板破碎。

隨著支護(hù)載荷的加大，位移矢量也有所改變。位移矢量由低載垂直位移變?yōu)楦咻d的水平位移。即控頂區(qū)圍巖的穩(wěn)定性有所增強(qiáng)。

在主應(yīng)力圖中低載時，應(yīng)力矢量比較紊亂，很不規(guī)則。而高載時，主應(yīng)力矢量在煤壁上方的頂板巖層，指向煤壁前方，顯示了煤壁前方的應(yīng)力集中效應(yīng)和壓力拱效應(yīng)。

巖體力學(xué)論文:面向土木工程專業(yè)地下建筑方向的《巖體力學(xué)》課程教學(xué)改革

摘要：巖體力學(xué)課程理論性強(qiáng)、課程內(nèi)容體系面廣而復(fù)雜，在教學(xué)時一定要圍繞學(xué)生專業(yè)方向特點(diǎn)及專業(yè)需求，將理論教學(xué)與工程實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，有針對性地進(jìn)行授課內(nèi)容及授課模式的安排，加深學(xué)生對課程知識體系的理解。以我校土木工程專業(yè)地下建筑方向“巖體力學(xué)”課程教學(xué)為例，從教材選擇與教學(xué)安排、教學(xué)方法改革等幾個方面作了詳細(xì)的闡述，為國內(nèi)高校同類專業(yè)《巖體力學(xué)》教學(xué)提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：土木工程；地下建筑工程；巖體力學(xué)；教學(xué)改革

《巖體力學(xué)》是巖土工程、地質(zhì)工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，也是土木工程、水利工程等學(xué)科的主要專業(yè)課之一。巖體力學(xué)是近展起來的一門新興學(xué)科和邊緣學(xué)科，是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。巖體力學(xué)是研究巖體在各種力場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)，是一門應(yīng)用型基礎(chǔ)學(xué)科。巖體力學(xué)是一門認(rèn)識和控制巖石系統(tǒng)的力學(xué)行為和工程功能的科學(xué)。因此，在巖體力學(xué)教學(xué)中必須加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容改革和加強(qiáng)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，體現(xiàn)巖體力學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科內(nèi)容的完整性和土木工程專業(yè)基礎(chǔ)的實(shí)踐性，引導(dǎo)和推動學(xué)生積極地投身到該課程的學(xué)習(xí)中去。我校土木工程專業(yè)從成立時，一直將《巖體力學(xué)》課程作為主要專業(yè)基礎(chǔ)課程，并已形成了良好的教學(xué)傳統(tǒng)，教材及實(shí)驗(yàn)條件都十分充足；且該課程一直作為我?guī)r土工程、地質(zhì)工程碩士、博士入學(xué)考試的科目之一，經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐獲得了較好的課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。但在我校也存在多個專業(yè)不同方向都沿用一套教材、一套大綱、一套講義的教學(xué)現(xiàn)狀問題，并未結(jié)合專業(yè)方向特色進(jìn)行有針對性的改革；故此結(jié)合近幾年對我校土木工程專業(yè)地下建筑專業(yè)方向本科生授課經(jīng)驗(yàn)及感受，介紹面向地建專業(yè)方向的巖體力學(xué)課程安排和教學(xué)方法改革的相關(guān)措施及效果。

一、課程內(nèi)容及教學(xué)安排

1.教材選擇。目前國內(nèi)巖體力學(xué)教材比較多，側(cè)重點(diǎn)也有所不同，通過對國內(nèi)其他兄弟院校授課教材調(diào)研發(fā)現(xiàn)，基本上都是采用本校權(quán)威教授所編的教材或者是國家規(guī)劃教材。結(jié)合我校地質(zhì)學(xué)專業(yè)特色及課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)，采用我校劉佑榮教授所編的，由中國地質(zhì)大學(xué)出版社出版的《巖體力學(xué)》教材；2009年又再次對教材進(jìn)行了重新編審，由北京化工出版社出版了修訂版的《巖體力學(xué)》教材，對部分章節(jié)進(jìn)行了合并，并增加了目前國內(nèi)外研究方面的成果，例如結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬等內(nèi)容。近2年授課則是以這本修編教材為主，但在部分章節(jié)的授課中也兼顧了蔡美峰主編的《巖石力學(xué)與工程》教材，供學(xué)生課后學(xué)習(xí)，以滿足本專業(yè)學(xué)生對巖體力學(xué)知識的需求。

2.課程內(nèi)容優(yōu)化。結(jié)合教材的內(nèi)容編排，主要從以下幾方面的內(nèi)容來進(jìn)行重點(diǎn)講解，包括巖體的地質(zhì)特征，巖體的物理、地下洞室圍巖應(yīng)力重分布，邊坡巖體穩(wěn)定性分析等內(nèi)容。在具體內(nèi)容編排中也適當(dāng)?shù)卦黾恿瞬糠謨?nèi)容，如在巖體的地質(zhì)特征章節(jié)，補(bǔ)充安排了工程巖體分類等內(nèi)容；在巖體強(qiáng)度與變形性質(zhì)方面，增加了地下工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)及體系的相關(guān)介紹；在內(nèi)容編排上突出地下建筑方向的專業(yè)特點(diǎn)及需求。

3.教學(xué)學(xué)時安排。本課程的課時安排在第三學(xué)年的第五學(xué)期，總學(xué)時為40個學(xué)時，2.5個學(xué)分，其中課堂教學(xué)34個學(xué)時，實(shí)驗(yàn)課6個學(xué)時。本門課程是在系統(tǒng)學(xué)習(xí)完理論力學(xué)、材料力學(xué)等力學(xué)基礎(chǔ)課后進(jìn)行開設(shè)的。

二、課程教學(xué)方法改革

1.圍繞專業(yè)工程實(shí)例展開授課。《巖體力學(xué)》課本身就是實(shí)踐性特別強(qiáng)的一門課，在進(jìn)行每一章節(jié)的授課時，可以多以工程實(shí)例來展開，尤其是國內(nèi)外比較知名的工程實(shí)例，多多采用照片、錄像等生動形象的方式，來增加學(xué)生的感性認(rèn)識，使學(xué)生投入其中，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣及熱情。例如，在講第五章地應(yīng)力的時候，可以結(jié)合水利水電工程中，如錦屏電站的高地應(yīng)力問題來說明地應(yīng)力研究的重要性；在講邊坡工程，可以選用大量邊坡地質(zhì)災(zāi)害的圖片。由問題入手，來追根溯源找到解決問題的源頭。

2.結(jié)合專業(yè)方向特色來授課。巖體力學(xué)作為土木工程、地質(zhì)工程、采礦工程等諸多工程的主干專業(yè)課，面對的專業(yè)層次不盡相同，在授課的時候盡量能結(jié)合專業(yè)背景展開。針對地下建筑工程方向的學(xué)生，要從學(xué)生的專業(yè)方向特色及專業(yè)需求來闡述。作為土木工程地下建筑方向的本科生，《巖體力學(xué)》這門學(xué)科的發(fā)展都與地下工程的發(fā)展是密不可分的。從本質(zhì)來講，縱觀巖體力學(xué)發(fā)展的幾個重要階段，從19世紀(jì)末～20世紀(jì)初的初始階段誕生的靜水壓力理論、側(cè)壓系數(shù)，到20世紀(jì)初～20世紀(jì)30年代的經(jīng)驗(yàn)理論階段出現(xiàn)的普氏理論、太沙基理論，然后在20世紀(jì)30年代～20世紀(jì)60年代產(chǎn)生的圍巖和支護(hù)共同作用理論及地質(zhì)結(jié)構(gòu)理論，這些重大理論及思想的誕生過程就是對地下工程認(rèn)識實(shí)踐不斷深入的過程，并促進(jìn)了巖體力學(xué)學(xué)科向前發(fā)展。在授課時，可以將這一發(fā)展脈絡(luò)講述給學(xué)生，并貫穿到后續(xù)的課程教學(xué)中，不僅大大地培養(yǎng)了學(xué)生對自己專業(yè)的自豪感，也加深了對自己專業(yè)的認(rèn)識。

3.結(jié)合教師科研工作來授課。講授這門課的老師，不僅有科研經(jīng)歷豐富的教授博導(dǎo)，也有剛走出校園的博士年輕教師，他們在長期的工作和求學(xué)中，完成和參與了大量的科研項(xiàng)目，也取得了一定科研沉淀。在授課時，可以將這些科研成果進(jìn)行整理，在每章結(jié)束時，抽出專門的時間，做個與授課內(nèi)容相關(guān)的小型專題講座，豐富學(xué)生的專業(yè)眼界的同時，也可將巖體力學(xué)最新的研究方法、手段和技術(shù)介紹給學(xué)生。例如，在講地應(yīng)力一章，就曾經(jīng)將參與過的地應(yīng)力測試及地應(yīng)力反演分析的課題成果向?qū)W生進(jìn)行介紹；講地下洞室穩(wěn)定性時，就將參與的軟巖隧道科研項(xiàng)目成果進(jìn)行介紹；上課時的反響很熱烈，大大激發(fā)了學(xué)生科研的熱情，建立了專業(yè)教師和學(xué)生之間一座良好的溝通橋梁。尤其是對那些希望繼續(xù)攻讀研究生的學(xué)生，也為他們開啟了一扇科研的窗戶；此外，也讓學(xué)生了解授課老師及其團(tuán)隊(duì)的專業(yè)方向及特長，為后續(xù)研究生報考提供了便利條件。

4.結(jié)合學(xué)生實(shí)踐課來展開。我校《巖體力學(xué)》課程是安排在大三上學(xué)期，上這門課的學(xué)生僅僅經(jīng)歷的與此相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)就是大二結(jié)束時的地質(zhì)學(xué)專業(yè)教學(xué)實(shí)習(xí)。雖然是地質(zhì)實(shí)習(xí)，但也是與這門課的研究對象——各類巖體在打交道，例如各種巖石、結(jié)構(gòu)面。在上課時，不妨將課程中提到的各種巖塊、結(jié)構(gòu)面等內(nèi)容與實(shí)習(xí)中能看到的種類聯(lián)系起來，使學(xué)生的認(rèn)識更為深刻。例如，在談巖塊、結(jié)構(gòu)面和巖體的地質(zhì)特征時，便可列舉實(shí)習(xí)線路中各類成因、不同類型、不同特征的結(jié)構(gòu)面及巖石；在講結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度及變形性質(zhì)時，可以將實(shí)習(xí)中遇到的各種斷層、軟弱結(jié)構(gòu)面等現(xiàn)象作為實(shí)例來分析其性質(zhì)上的差異。這些實(shí)例學(xué)生在實(shí)習(xí)中都親自參與過，已經(jīng)有了部分感性上的認(rèn)識，重新回到課堂上學(xué)習(xí)其相關(guān)的知識，認(rèn)識和教學(xué)效果也會更好。

《巖體力學(xué)》課程內(nèi)容豐富，更要求我們在教學(xué)時進(jìn)行一定的教學(xué)改革，要結(jié)合所教學(xué)生專業(yè)方向的特點(diǎn)以及未來需求，多采用先進(jìn)的教學(xué)手段和方法，注重加強(qiáng)理論基礎(chǔ)聯(lián)系工程實(shí)際的教學(xué)模式，提高學(xué)生認(rèn)識問題深度和廣度，培養(yǎng)學(xué)生良好的工程專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)精神，為學(xué)生后續(xù)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

巖體力學(xué)論文:12081工作面煤巖體力學(xué)特性與電鏡分析及底板特性測試

摘 要：為更好的服務(wù)生產(chǎn)，保證12081工作面回采順利，并探索一套能夠指導(dǎo)類似工作面的技術(shù)，我們在12081工作面進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，對煤巖體力學(xué)特性與電鏡進(jìn)行分析并對底板特性進(jìn)行測試。

關(guān)鍵詞：煤巖體 力學(xué)特性 電鏡分析 底板特性 測試

為更好的服務(wù)生產(chǎn)，保證12081工作面回采順利，并探索一套能夠指導(dǎo)類似工作面的技術(shù)，我們在12081工作面進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，對煤巖體力學(xué)特性與電鏡進(jìn)行分析并對底板特性進(jìn)行測試。

1 12081工作面煤體特性和電鏡分析

12081工作面所采煤層為山西組二1 煤，煤種貧煤，煤質(zhì)以低灰、發(fā)熱量特高熱值、特低硫、特低氯、低磷為主要特征，為一級含砷煤。煤灰屬較高軟化和較高流動溫度灰。二1煤中無煙煤和貧煤可做為動力用煤和民用燃料。開采煤層煤質(zhì)特征見表1。12081工作面煤體電鏡分析見圖1。

二1煤煤類有無煙煤和貧煤，以粉狀為主，粒狀、鱗片狀次之，塊狀少許，易磨碎。二1煤為黑色-灰黑色，黑-灰黑色條痕，以粒狀為主，次為塊狀，粉狀，可見鱗片狀。

塊煤為金剛—— 玻璃光澤，貝殼狀、參差狀斷口，內(nèi)生裂隙發(fā)育，可見鏡煤條帶，莫氏硬度2～3度。粉、粒狀煤污手、質(zhì)軟，煤芯疏松易碎。二1煤層相對真密度為1.49t/m3，相對視密度為1.45t/m3。

與底板特性測試的結(jié)果相吻合。說明煤體軟而且酥，極易風(fēng)化。工作面可見底板煤層浸水后，踩上去似泥窩一樣把礦工靴陷進(jìn)去。

2 12081工作面頂板和底板巖體力學(xué)性能與電鏡分析

二1煤直接頂板多為砂質(zhì)泥巖和泥巖，砂質(zhì)泥巖為深灰色薄層及中厚層狀，裂隙不發(fā)育。泥巖多為深灰色塊狀。也有砂巖為灰白色，一般致密堅(jiān)硬，裂隙不發(fā)育。有偽頂，巖性為泥巖及炭質(zhì)泥巖，厚度0.43～0.95m。

從電鏡圖可見，巖體破壞的界面與煤層截然不同，煤層的界面就像小米粒一樣處于松散的狀態(tài)；頂板巖體的界面就像堅(jiān)硬的實(shí)木裂口一樣，處于相互嵌合的狀態(tài)。

綜上所述，12081工作面即二1煤層直接頂板，為砂質(zhì)泥巖和泥巖，巖石抗壓強(qiáng)度較高，屬易管理頂板。12081工作面即二1煤層底板，為泥巖和砂質(zhì)泥巖為不易變形中硬度底板，亦易管理。

3 底板比壓特性曲線圖譜顯示

12081工作面底板比壓測點(diǎn)分布，如圖3所示，在工作面每測區(qū)距煤壁1～4m之間建測點(diǎn)，共建16個測點(diǎn)。按照上述計(jì)算方法計(jì)算每個測點(diǎn)的對應(yīng)數(shù)值，并繪出底板比壓特性曲線圖譜。

圖3中編號：左起第一為數(shù)字是指，按照距離槽頭的距離排序的序號；第二位數(shù)字是指，1代表用采用BPN型內(nèi)注式靜壓比壓儀測定底板實(shí)體煤層的比壓，2采用DZD40-A底板比壓儀測定底板表層煤層的比壓。最后一位數(shù)字是與井下記錄的聯(lián)系，沒有具體含義。空心曲線代表底板比壓。當(dāng)?shù)装灞葔簝x的底模尺寸大于的油缸內(nèi)徑時，因?yàn)檎鬯愫蟮闹敌。缈招那€所示。

4 結(jié)論

為全面掌握12081工作面支柱與底板的相互作用現(xiàn)狀，必須測量和研究12081工作面底板的煤層或巖層抗壓入特性，確定容許的底板比壓值，以選定單體支柱的底座面積與合理支護(hù)密度，增強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)的剛度。對指導(dǎo)和加強(qiáng)回采工作面底板管理工作，搞好安全生產(chǎn)有重要意義。