岩石力学发展历史

① 工程地质学的发展简史

工程地质学孕育、萌芽于地质学的发展和人类工程活动经验的积累中。17世纪以前，许多国家成功地建成了至今仍享有盛名的伟大建筑物，但人们在建筑实践中对地质环境的考虑，完全依赖于建筑者个人的感性认识。17世纪以后，由于产业革命和建设事业的发展，出现并逐渐积累了关于地质环境对建筑物影响的文献资料。第一次世界大战结束后，整个世界开始了大规模建设时期。1929年，奥地利的K·太沙基出版了世界上第一部《工程地质学》。
1937年苏联的Ф·П·萨瓦连斯基的《工程地质学》一书问世。50年代以来，在世界工程建设发展中，工程地质学逐渐吸收了土力学、岩石力学和计算数学中的某些理论和方法，更加完善和发展了本身的内容和体系。在中国，工程地质学的发展基本上始自50年代。谷德振在岩体稳定性问题中提出的结构控制论以及刘国昌在区域工程地质方面，都对工程地质学的发展作出了重要的贡献。

② 中国岩石力学的研究现状是怎样的

中国的岩石力学与工程有着长时期的发展历 史。在古代, 著名的都江堰水利工程和闻名全球被誉 为世界八大奇观之一的万里长城以及由北京直达杭 州的古老运河等都是代表性的佳作。在当时, 先辈们 凭借丰富的实践经验设计施工, 还没有建立岩土力 学的概念。新中国成立以后, 各项经济建设事业取得 了极大的发展, 同时, 也遇到了许多与工程地质及岩 土力学密切相关的技术难题。如特殊的区域性构造 地质、松散破碎复杂岩基、高地应力作用下的软岩、 大跨洞室围岩的大变形、水工隧洞群之间的相互受 力作用、高陡岩坡的持续稳定、岩体内的不稳态渗 流, 以及“三下”(铁路下、水下和建筑物下) 采煤等等 工程建设中遇到的十分突出的问题。交通、能源、水 利水电与采矿工业各个经济领域的需要对岩石力学 与工程学科在中国的发展起到了有力的促进作 用 [1, 2 ] 。从20 世纪50 年代末开始, 中国有历史意义 的大型水利水电工程设计勘测的大规模展开, 为岩 石力学的试验和理论研究以及实际的工程应用注入 了巨大的活力 [3, 4 ] 。20 世纪80 年代末, 中国政府决 定正式兴建长江三峡工程, 更大量的岩石力学与工 程问题摆在中国专家、学者们的面前, 如长达6 km , 坡高最大达170 m 的永久船闸高边坡岩体开挖, 其 整体稳定性与变形机制、岩体流变与地下水渗流等 极为复杂多变的岩石力学课题 [5 ] 。所以, 中国的岩石 力学专家们当前具有重大的机遇, 也面临着严重的 挑战。如何正确地解决好这些问题, 将极大地推动着 本学科与工程技术的进步和持续发展。 1岩石基本性质的试验研究 岩石试验是岩石力学的基础, 是研究岩石力学 与工程的重要手段之一。在中国, 随着试验设备和手 段的提高, 岩石力学的试验水平有了较大的发展。1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 别是常规的岩石力学试验发展很快, 如单轴拉伸、压 缩试验、三轴压缩试验、岩石流变试验等。近年来, 随 着大批重大岩石工程建设的需要, 对岩石力学特性 试验提出更高的要求。进行了若干非常规的岩石力 学特性试验研究。例如: 利用高倍扫描电镜对岩石的 细观时效损伤特性和损伤力学行为进行细观试验分 析; 岩石损伤力学特性的CT 试验, 复杂应力条件下 岩石在开挖卸荷条件下的多轴卸荷破坏试验和岩石 抗拉全过程的单轴破坏试验等。 2岩石力学本构理论研究 岩石本构理论是建立岩石力学物理模拟、数值 模拟与计算分析的基础, 是进行岩石力学理论研究 的核心。目前, 在宏观唯象学基础上建立起来的岩石 弹塑性理论, 流变学理论以及损伤力学理论等等, 在 中国已得到不断发展与完善。较有代表性的是郑颖 人(1989)、殷有泉(1990) 等对岩石在三维应变空间 的屈服面问题的研究, 提出了用应变空间表达的岩 石的本构关系, 使岩石的应变软化硬化问题、弹塑性 耦合问题都能得到较好的解决 [6 ] 。郑颖人、沈珠江 (1990) 提出了多种屈服面理论, 对岩石的屈服面用 多个屈服面进行表达, 给出了弹性与塑性模型耦合 关系的数学表达式, 并编制了相应的有限元程序。俞 茂宏(1985、1990、1997) 提出了双剪强度理论和统一 强度理论, 在主应力空间屈服面可表达为封闭的多 边形, 对于金属材料、混凝土材料和岩土材料能够普 遍适用 [7 ] 。他多年来的潜心研究使得统一强度理论 不断完善, 已在水电站地下工程设计、岩土地基计算 等工程中得到较好的应用。 3岩石力学计算方法研究 近30 年来, 岩石力学数值计算方法得到了迅速 发展, 出现了有限差分、有限元、边界元、离散元、块 体元、无限元、流形元及其混合应用等各种数值模拟 技术, 使复杂岩石力学工程问题的设计发生了很大 的变化。岩石力学计算不仅已基本上取代了传统线 弹性力学实验, 而且也在岩石工程非线性实验中显 示出极大的优势。值得指出的是, 在中国, 有限元数 值计算方法已不仅由线性发展到高度非线性和大变 形问题, 由二维发展到三维; 同时, 还可以考虑粘性 流变、渗流与应力场耦合、损伤、断裂以及动力效应。 国内出现了一些享有声誉的有限元程序, 如北京大 学NOLM 283, 清华大学的T FIN E, 西安科技学院 N CA P22D 程序等, 这些程序均在许多大型岩石工 程中得到了良好应用。国内专家李宁教授引进的大 岩土工程FIN IA L 程序近年来结合中国的实际 [8 ] , 在许多工程中得到了良好的应用。 不同数值计算方法的结合, 更能发挥各种数值 方法优势互补的作用。如有限元—边界元的混合、有 限元—离散元的混合、有限元—无限元和有限元— 块体元的混合采用等。无限域单元的应用不仅使有 限元计算规模得以减小, 并且可以避免人为的边界 约束效应, 特别在求解岩石动力问题的边界效应方 面更加显示出它的优越性。此外, 合理确定岩石力学 性态的诸有关参数是数值计算结果可靠性与否的关 键。然而, 由于岩体性态十分复杂以及地质条件的影 响, 使得计算参数的取值问题变得十分困难。这是至 今数值分析手段仍不能为工程设计和工程决策提供 可靠依据的重要原因。反演分析正是为克服求解岩 石和岩体原始参数而出现的一种新方法。中国近年 来在反分析方面进行了大量研究工作, 已由简单的 线弹性反演问题发展到非线性、粘—弹—塑性反分 析, 从单一的毛洞围岩到考虑支护结构体系的反演, 从有限元位移反演到边界元位移反演, 从确定性反 演到非确定性随机反演等等 [9, 10 ] 。反分析的目的已 不仅仅是为了得到模型参数, 更重要的是要应用这 些参数, 进行相应的时间序列值分析以及从参数估 计发展到模型识别进而建立新的模型, 以便对工程 效果做出更合理的评价与有依据的预测。从这一重 要的目的来说, 考虑时间效应的粘—弹—塑性位移 反演分析具有更好的实用价值。现场监测—反演分 析—工程实践检验—正演分析及预测, 这样一个完 整的循环系统, 对岩石力学与工程设计和施工被认 为是一种行之有效的手段。这方面, 杨志法(1986)、 王芝银、刘怀恒(1988)、孙钧、杨林德(1990) 等人的 研究在国内具有代表性。已在水电站地下厂房、铁路 隧道、矿山井巷、岩坡和坝基等岩土工程中得到了不 少应用。 4岩石流变力学研究 中国地域辽阔, 不同地区的岩石其基本力学特 性有很大的不同。岩石的流变与粘性变形时效是与 其力学效应相辅相成的。对软岩和极软岩、节理裂隙 发育或高地应力条件下, 这种粘性变形时效就更为 明显, 成为工程设计计算中须考虑的主要因素。中国 学者在岩石材料流变学的研究方面虽然起步比较 晚, 但发展较快, 这主要是客观上大规模岩石工程建 设需要的促进。早在20 世纪80 年代初, 同济大学研 6 西安公路交通大学学报2001 年 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 制了RV 284 岩体弱面剪切流变仪(1982) , 结合若干 软岩地区水上隧洞地下厂房和矿山井巷工程进行流 变试验研究, 不仅对完整岩块, 而且对岩石节理的剪 切流变效应作了分析探讨。武汉水利电力大学研制 了R Y S27 型岩石三轴流变仪(1982) , 中国科学院地 球物理研究所研制了多功能高温高压条件下的岩石 三轴流变仪(1985) 等等都是其代表。这些试验设备 的研制和应用大大促进了岩石流变力学在中国的发 展。在不太长的时间内, 连续研制出一批高性能的岩 石三轴和直剪流变仪, 这在国际上也属少见。但是, 如何将这些实验成果在工程中推广应用, 是进一步 努力的方向。 在岩石流变学理论与应用方面也进行了不少研 究工作。已故的陈宗基教授在中国率先建立了岩石 流变的扩容方程(1981) , 其特点是不仅考虑一般的 蠕变, 而且考虑其扩容变形也随时间增长而发展; 并 将这一理论应用于矿山井巷围岩稳定性评价以及岩 爆和地理方面的研究。孙钧(1984) 结合一些水电站 地下厂房围岩流变研究, 对岩块、节理和软弱夹层以 及断裂破碎带的非线性流变特性分别进行了深入细 致的研究; 最近, 又结合有限元数值方法, 研制了真 三维粘—弹—塑有限元非线性数值分析程序软件, 用于三峡工程永久船闸高边坡开挖施工全过程三维 数值模拟, 取得了良好的社会效益和经济效益。 5岩石损伤、断裂力学研究 岩石材料是一种自然地质体, 其内部各种节理、 裂隙和微缺陷的存在是不可避免的。损伤力学的发 展为合理考虑岩石材料各种分布缺陷的研究提供了 有力的手段。20 世纪80 年代末, 损伤力学在岩石力 学中的应用在国内受到极大关注。周维垣(1985) 首 先将损伤力学应用于二滩拱坝坝肩稳定分析, 进行 了岩体损伤裂隙的统计, 得出了损伤裂隙分布模型, 并由此定义出损伤张量, 进而引入有限元计算; 近些 年, 又在大型有限元数值分析软件T E IN E 中引入 损伤力学, 包括线弹性和弹塑性损伤模型, 并进行了 一些大坝体的稳定计算, 如二滩、李家峡、东风和拉 西瓦拱坝等等。谢和平(1987) 将岩石粘弹塑性非线 性大变形有限元计算与损伤力学相结合, 在矿山地 下开采、地表沉陷、路基稳定性分析方面得到一定的 应用。岩石损伤力学研究的重点是建立损伤变量(张 量) 和损伤扩展本构关系。这就涉及岩石材料的损伤 检测与识别问题。自从SPRUN T BRA CE (1974) 将 扫描电镜技术引入岩石断裂研究以来, 中国学者在 这方面进行了大量的研究工作。许江等(1986) 采用 带有加载装置的光学显微镜进行了砂岩在不同加载 阶段的损伤裂纹分析; 谢和平(1989) 对岩石在各种 加载条件下破坏断口进行分析; 孙钧(1992)、赵永红 (1993) 分别采用带有微型加载装置的扫描电镜对岩 石的微损伤扩展进行研究。并用于三峡船闸高边坡 闪云斜长花岗岩的损伤扩展分析(1997)。这些研究 有力地推动了岩体损伤力学的发展, 特别是对岩石 损伤机理的解释方面起到了积极作用。近年来, 本文 作者(1996, 1997, 1998) 在岩石损伤的CT 识别方面 进行了较深入的研究 [11 ] 。CT 识别岩石损伤不但可 以无扰动岩样损伤检测, 更重要的是通过CT 图像、 CT 数大小和CT 数定量地与岩石损伤变量和损伤 扩展联系起来, 为建立岩石损伤扩展本构关系奠定 了基础。本文作者(1998) 还将这一技术应用于三峡 船闸高边坡闪云斜长花岗岩的损伤检测。 6分形岩石力学研究 分形几何自20 世纪80 年代初形成以来, 在岩 石力学领域得到不同程度的应用, 过去认为难以解 释或解决的问题, 一些已有了分形研究的新成果。中 国学者在这一领域里的研究是令人瞩目的, 其中谢 和平教授的工作(1987, 1990, 1994, 1996) 最具代表 性。他在国内最早开设“分形岩石力学”( Fractals2 Rock M echanics) 课程 [12 ] 。并先后赴美国犹他 ( U tah ) 大学、英国南安普顿( Southamp ton ) 大学、波 兰科学院和德国汉诺威大学专门讲授分形岩石力学 课程并在国外从事这方面的研究, 取得了丰硕的研 究成果。以谢和平为代表的在分形岩石力学方面的 主要成果为: ①岩石节理面的分形研究, 包括岩石节 理面分形描述以及节理面力学行为和节理断层的分 形研究; ②岩石损伤演化过程的分形研究; ③岩石 (煤) 破坏度和破碎程度的分形研究; ④岩爆的分形 研究; ⑤岩石渗流过程的分形研究; ⑥地震预报过程 的分形研究等等。这些研究成果已部分直接或间接 地应用于岩石工程实践中, 但要完整而理想地应用 于工程实际看来还有一个相当长的过程。由于分形 几何的小规则性, 岩石力学现有的一些现象和力学 概念在分形空间中需要重新建立和认识。分形几何 是一个工具, 最终的目的是用它揭示岩石力学中的 复杂现象, 为解决工程问题服务。因此, 分形岩石力 学的研究似应包括三个层次: 第一层次是研究分形 岩石力学的数学基础, 以及重新认识和建立分形空 间中的力学量和力学定律; 第二层次是广泛、系统地 7 第3 期杨更社, 等: 中国岩石力学的研究现状及其展望分析 �0�8 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 探讨岩石力学中的分形行为和分形结构, 揭示岩石 力学问题中一些复杂现象的分形机理和形成过程, 应用分形定量或定性地解释和描述岩石力学中过去 只能近以描述仍难以描述的现象和问题; 第三层次 是将分形岩石力学的理论和研究成果应用到工程, 解决生产实际问题, 促进工程问题中的定量化、精确 化和可预测性。从目前这方面中国的研究现状看, 第 二层次的研究成为热点所在, 并取得了一些阶段成 果。如何将分形的研究成果进一步应用于实际工程 是当前国内岩石力学工作者正在努力的方向。 7岩石渗流及环境岩石力学 天然岩体并非是单一固相介质, 而是赋存有固 相、液相和汽相并呈相互作用的三相介质体。中国在 这方面的研究起步较晚, 但已取得了很大进步。把岩 石力学的应力—渗流耦合分析应用到水库诱发地震 的预测研究上(陶震宁, 1988) , 得到了一些有意义的 结果。赵阳升(1993) 针对矿山岩石力学特点, 建立了 煤体一瓦斯耦合的力学模型, 并对冲击地压与瓦斯 突出的统一失稳理论进行研究, 在矿山工程中取得 了初步成功 [13 ] 。 环境岩石力学是近年来新发展起来的一个分 支。研究自然高边坡持续稳定和与地质(如泥石流险 性预报)、地震灾害有关的岩石力学问题是环境岩石 力学的重要课题 [14 ] 。近年来, 长江三峡工程坝区的 库岸稳定以及三峡移民新迁县城的新址, 岩基稳定 研究工作已有一定的成果(崔政权, 1991)。有关这方 面的研究已有起步, 虽然成熟成果不多, 但发展潜力 则很大, 还需岩石力学的专家和同行们继续努力。 8智能科学方法在岩石力学问题中的 应用 岩体的力学性质是如此复杂, 在实际的岩石工 程中, 依靠人们实践经验进行技术决策的方法仍然 起到相当重要的作用。自20 世纪70 年代以来, 计算 机科学中的人工智能技术在中国进入了实用阶段。 中国自1949 年以来, 进行了大规模的工程建设, 积 累了大量的实践经验, 把这些经验利用人工智能方 法使其更好地发挥作用, 无疑对中国的岩石工程是 一笔宝贵的财富。首先在中国发展起来的是人工智 能专家系统。在岩石力学与工程方面, 国内最早的专 家系统是用于岩体分类(张清, 1988) [15 ] , 随后, 针对 解决不同技术问题研制了相应的专家系统, 例如, 隧 道及地下结构岩溶灾害预报专家系统(张清, 1993) , 采矿巷道围岩设计专家系统(林韵梅等, 1992) 等等。 这些专家系统是以产生式规则组成的知识库, 以及 对于处理不精确问题采用上述的模糊推理或概率统 计方法。有关岩石力学在这方面的专著也相应出版 (林韵梅, 1993: 李效甫, 1993) [16 ] 。采矿界的于学馥 先生更是强调了信息时代的岩石力学问题(1994, 1995) [17 ] 。 人工神经网络( A rt if icial N eural N etwo rk ) 是 模拟人脑学习功能的一种智能方法。人们发现这可 以用于预测。于是人工神经网络开始引入岩石力学 与岩石工程(张清, 1991) , 随后把这一方法用于岩石 力学行为预测和巷通分类指标聚类分析, 近年来又 把它应用于岩石工程系统和岩石工程参数重要性分 析。20 世纪90 年代中期, 一种称为“实例类比系统 (Case2based R easoning Sy stem ) 在中国亦被引入岩 石工程(张清, 1995) , 它可以充分利用已建成的工程 实例( case ) 的经验, 指导今后的设计与施工。鉴于人 工智能在岩石力学中的发展, 有的学者还提出了建 立“智能岩石力学”( Intelligent Rock M echanics) 的 设想(冯夏庭, 1994)。 此外, 为了处理岩石力学中的不确定性, 一些例 如模糊数学、概率统计、灰色系统等理论直接引用到 岩石力学中来。早在1981 年, 模糊数学即用来解决 岩石分类问题。此外, 如岩体节理的模糊抗剪强度、 岩层质量控制的模糊表达和地下工程支护方案模糊 决策研究等都取得了阶段成果。概率统计除用于岩 石工程可靠度分析外, 用M arkov 过程进行了地质 预报和利用时间序列分析预报岩体力学行为的研究 都做出了可喜的成绩。 灰色系统( Grey Sy stem ) 是邓聚龙(1981) 创建 的一种软科学理论, 已广泛应用于规划、预测、控制 和决策等方面。20 世纪80 年代末, 在中国开始引入 岩土工程, 用于岩体力学量时空延拓分析和岩坡位 移的预测。 9计算机新技术在岩石力学中的应用 计算机多媒体技术的发展为岩石力学与工程的 可视化处理提供了新的手段。近年来, 中国的计算机 技术发展速度很快。将计算机可视化技术与三维动 画仿真图形显示有机结合, 能生动、直观而又逼真地 体现各施工过程的三维动态场景, 为工程技术决策 提供确切依据, 并用于指导基于计算机技术的工程 施工组织管理系统。这种方法的实质在于以多媒体 为代表, 集音响、图形、图像和文字三位一体的三维 8

③ 岩体力学的形成与发展

岩体力学的形成和发展，是与岩体工程建设的发展和岩体工程事故分不开的。岩块物理力学性质的试验，地下洞室受天然水平应力作用的研究，可以追溯到19世纪的下半叶。20世纪初，出现了岩块三轴试验，课题内容主要集中在地下工程的围岩压力和支护方面。1920年，瑞士联合铁路公司采用水压洞室法，在阿尔卑斯山区的阿姆斯特格隧道中，进行原位岩体力学试验，首次证明岩体具有弹性变形性质。不久，弹性力学被引入岩体力学的研究，并成为解决岩体工程问题的重要理论基础。
1950～1960年，岩体力学扩大了应用范围，得到了比较全面的发展。这一时期除了地下洞室围岩稳定性研究以外，还有岩质边坡和地基岩体稳定性研究等；开始利用深孔应力解除法，实测岩体中的天然应力；岩体的空隙性，特别是岩体的裂隙空隙性、岩体中的不连续面，以及岩体力学性质的各向异性和不连续性的研究，被提到重要地位；逐渐发展了原位岩体性质的各项测试技术和试验研究；在预测和评价岩体稳定性方面，发展了图解分析法，以及块体极限平衡理论分析法；在加固和稳定岩体措施方面，提出了效果良好的锚喷法。这一时期形成了著名的奥地利学派，他们认为岩体力学属不连续介质力学，岩体的强度和变形特性，主要受岩体结构内部单元岩块之间的联结力以及岩块之间的相对位移所控制。他们的研究成果，促进了岩体力学的发展。
1957年，法国的J.塔洛布尔（曾译J.塔罗勃）著《岩石力学》，从岩体概念出发，较全面系统地介绍了岩体力学的理论和试验研究方法及其在水电工程上的应用。至50年代末期，岩体力学形成了一门独立的学科。60年代以来，岩体力学的发展进入了一个新的历史时期，研究内容和应用范围不断扩大，对不连续面力学效应和岩体性能进行了研究，取得了成果和发展；有限元法、边界元法、离散元法先后被引入，岩体中天然应力量测的加强与其分布规律不断被揭示。
在中国，系统地研究岩体力学始于50年代初期。1952年出版了《矿内地压与顶板管理论文专集》。1956年开始开展了原位岩体力学性质的试验研究。1965年明确提出了岩体结构概念，并逐渐形成了岩体力学性质和岩体稳定性主要受岩体结构控制的“岩体结构控制论”，为岩体力学的发展作出了贡献。 形成历史 发展前沿 1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成了独具一格的奥地利学派。
¬同年，国际大坝会议设立了岩石力学分会。
¬1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。
¬1957年，第一本《岩石力学》专著出版。
¬1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩体力学工作者的关注和研究。
¬1962年，成立国际岩石力学学会(ISRM)。
¬1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯本召开。 岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学机理问题
裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题
岩体与工程结构的相互作用与稳定性评价问题
软岩的力学特性及其岩体力学问题
水-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题
高地应力岩体力学问题
岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术
岩体动力学、水力学与热力学问题
岩体流变与长期强度问题
岩体工程计算机辅助设计与图像自动生成处理。

④ 岩石力学的形成与发展

岩石力学是从工程建设中形成，与工程建设紧密联系的一门新兴边缘性学科，其历史短，发展迅速，但形成过程漫长。已知公元前 2 世纪，李冰利用岩体热胀冷缩特性，采用火烤水淋法破裂岩体，开凿都江堰宝瓶口、劈山修渠，这属于岩石力学的萌芽。公元 1 世纪，我国劳动人民利用冲击破碎法，开凿深数百米的盐井。历代采矿，采用支护、回填、留柱等方法，以防岩体冒顶、偏帮、压裂破碎等地压现象，均属岩石力学具体运用，不过是凭直观经验、尚无系统理念。西方经第三次产业革命后，资本主义生产迅速发展，在人类经济建设活动中，岩石力学随之诞生，1878 年海姆 (A. Heim) 提出深层岩体应力处于静水应力状态的假说。1926 年施米德 (H. Schmid) 运用海姆假说，结合岩体弹性概念，解决洞室围岩应力分布。同期金尼克 (A. H. Диннику) 提出岩体中天然应力状态的公式，普鲁托吉雅克诺夫 (M. M. Прутоцняконов) 提出天然平衡拱理论，这些对岩石力学的探讨、为这一新兴学科提供了生长点。第二次世界大战后，各国大量兴建各项工程，面临一系列科学技术问题，促进了岩石力学的蓬勃发展。在此时期，多以连续介质、均质弹塑性理论以及极限平衡理论为主要计算原理。在试验方面，则以室内小试块的物理力学试验为主，但亦结合工程进行针对性的野外大型试验。同一期间，缪勒 (L. Müller) 等欧洲学者，开展了紧密结合实际情况的研究工作，创建了著名岩石力学奥地利学派，于 1951 年在萨尔斯堡举行以地质力学为主题的，第一次国际岩石力学讨论会。

1957 年后，有关岩石力学著作不断涌现，标志着一门完整体系的独立新兴学科的诞生与兴起。在 1957 ～1965 年，拉布舍维奇 (V. Rabcewicz) 、缪勒、帕克 (F. Pacher) 等人在总结隧道工程的经验基础上，研究开发新奥地利隧道施工法，简称新奥法。该方法是基于岩石弹塑性理论，隧洞岩体动态观测资料有关岩体自护能力的变形时效概念以及岩体工程地质态势分类，以确定开挖工艺与支护方法。这是科学理念与经验融合的高超工艺，在欧洲获得成功运用并扩及世界各国，为岩石力学做出了很大的贡献。

1962 年国际岩石力学学会成立。1966 年在里斯本召开了国际岩石力学学会第一次大会，基于马尔帕塞拱坝溃决、瓦央水库库岸巨型大滑坡的灾变教训，提出须重视工程地质岩石力学的更新知识，创造岩石力学性能定型判据。岩石力学的更新理念，多是从隧洞施工实践经验中总结建立。坝与边坡工程的岩石力学，亦借助隧洞的成果同时发展。岩石力学的发展，从初期的单一因素，发展为多因素的权值分类法，后锁定 1976 年权值分类标准的地质力学分类法，使设计所需岩石力学参数，由定性的经验法向科学检测的全面量化发展。早期的分类，有泰沙基 (K. Terzaghi) 于 1946 年提出的岩石载荷分类法，后为迪尔 (V. Deere) 等人修正，此法在美国地下工程中普遍运用近 50 年。考虑到岩体缺陷与损伤，对隧洞纵横向跨度自稳时间长短的影响，拉弗尔 (H. Laffer) 于 1958 年提出支撑时间分类法，后由帕克等人修正，形成以地层态势定性的新奥法分类，这是一种科学的经验尺度方法，具科学理论基础。1967 年迪尔以修正的岩心采取率，作岩石质量指标(RQD) 的分类，现已作为钻孔岩心记录标准参数，并成为后期岩体权值系统———RMR 系统与岩体质量指标定量分类的 Q-系统的基本元素。当无钻孔岩心资料时，通过沿垂直与水平方向的节理线密度统计，按 1976 年普里斯特 (Priest) 公式求各个方向的 RQD 值。据此可评价大坝基础及边坡的岩体质量以及与其三维空间岩石质量的变化情况。1972 年威克汉姆 (G. Wickham) 等人，考虑了多参数权值系统的定量岩体分类，称岩石结构权值分类法 (RSR) 是针对隧洞围岩支护设计模式的岩体分类系统。这一分类法考虑了岩体强度类型与构造损伤程度的权值系统; 岩体结构面产状要素与洞室施工结构相关性的权值系数; 地下水对前两因素影响的权值系统; 所得三权值评价参数之和，即为 RSR 值。RSR 分类法是为隧洞选择钢柱支护的一种有效方法。根据洞探等所掌握隧洞岩体质量确定 RSR 的预计值，绘制该直径隧洞在各典型地层段的支护需求草图，在研究隧洞支护时，引入支柱率原则。此原则必须先求泰沙基的岩石载荷支柱间距，然后除以所使用支柱尺寸的理论支护间距，得载荷支柱间距与相应所需理论间距的百分比，使 RSR值与实际支护联系起来，辛海 (Sinha) (1988) 指出 RSR 法是泰沙基法的一种改良，而非一种独立系统。但 RSR 分类的主要贡献是创建岩体权值系统概念。

上述岩体分类未能全面反映岩体的复杂构造与结构、结构面状态及其所处场势情况，随建设发展不断要求岩石力学探索更新的研究方法，所以 RMR 与 Q 系统对岩体分类定量评价方法相继产生，使岩石力学研究，起了较能符合和满足实际要求的质的转变与飞跃。

RMR 系统 分 类 称 岩 体 权 值 系 统 分 类， 亦 称 地 质 力 学 分 类， 是 比 尼 沃 斯 基(T. Bieniawski) 1973 年提出，并在后期应用中获得很大改进。该分类考虑了岩石的单轴抗压强度; 岩体质量指标; 损伤破裂面间距; 破裂结构面条件; 水文地质条件五个参数的分级权值、加上结构空间展布与建筑物实施的相关影响所作的调整权值、由权值总数定出岩体等级，由岩体等级确定地下洞室岩体黏聚力强度 (抗拉张破坏强度) 、岩体内摩擦角及岩体平均支承时间。第六项为调整参数权值，具较具体的针对性，可在地下工程、坝基与边坡工程中运用。1980 年霍克-布朗 (Hock-Brown) 用 RMR 分类，确定岩体破坏时应力强度的理论公式。式中将岩体受力变化程度和其内摩擦角、建立与 RMR 在受扰动与未受扰动情况下的关系式。由于 RMR 中的参数权值已经多次修正，霍克提出，当 RMR ﹥18 则采用 1976 年的规定，将 RMR76称为 GSI 地质力学指标分类。并据以求出岩体的抗压抗拉强度与 φ、c 值; 岩体的变形模量、则依据 RMR≈57 为界，分别采用比尼沃斯基与塞拉芬提出的相应公式求解。于是则形成建筑物基础设计所需岩体力学参数选取的工程系统。在对岩石边坡稳定性评估方面，1985 年罗曼娜 (Romana) 根据野外资料，认识到岩石边坡稳定性，受不连续面力学特性控制、受结构面空间展布与边坡关系的影响，提出RMR 系统中不连续面产状与边坡关系之参数改正的阶乘方法，删去原 RMR 系统中结构面方向改正因素，添加开挖方法改正权值，经修正成为 SMR 法，使 RMR 分类法适用于岩石边坡，包括软弱岩体、严重节理化岩体边坡稳定性的初步评估。这是对边坡地质灾害研究的重要贡献。综上所述，RMR 分类法提出，经发展中创新修正，已日臻完善。但 RMR 分类法忽视了三个重要性质，即各种节理粗糙度、充填节理的抗剪强度、地下洞室中岩石本身的荷载。1974 年巴顿 (N. Barton) 根据几百个工程实例，用 RMR 分类法优点，改进其缺陷与不足，提出隧洞围岩岩体质量指标分类法、Q--系统法。其使用岩石质量; 节理组数; 节理粗糙度值; 节理蚀变度值; 节理含水折减系数; 应力折减系数六个参数值。形成岩石质量与节理组数的商，代表岩石块体的状态; 节理粗糙度与节理蚀变度的商，代表块体间剪切强度指标; 节理含水折减系数与应力折减系数的商，是表述有效应力状态。三个商值之积即为 Q 值。由 Q 指标与工程总结建立的关系式，求围岩顶拱压力及 Q 与等效尺度之间的关系，确定合适的支护措施，并建立 Q 与 RMR 之间的关系式。Q 系统是一种定量分类系统，是促进隧洞支护设计的工程系统，在 Q 系统中，巴顿等人认为: 节理组数、糙度、蚀变度三个参数，比起节理方向来说起更重要作用，节理糙度与蚀变度，是指最不合适的节理，暗示了方向。当包含节理方向时，Q 分类就会显得通用程度不够，为避免复杂化，防止局限，使研究者主要精力集中于几个重要指标上。

在岩体分类法演进至对岩体宏观力学参数达定量化确定时，室内外试验技术，已满足高精度要求，这些现有野外地应力的压磁法、应力解除法测试、占孔水压致裂法的应力研究、平洞全断面径向千斤顶压法、水压法的岩体宏观变形模量测试、野外大三轴试验、流变试验、抗剪抗切试验以及动力法电法的探测等。关于不同粗糙度结构面的抗剪强度，在佩顿 (F. Patton) 对剪胀角研究的基础上，巴顿考虑了结构面糙度与其表面抗压强度，提出在不同应力条件下的抗剪强度公式。为配合岩体分类与抗剪强度野外定量研究，进行了野外相关物理力学性要求的快速测定。如施米特锤法、结构面糙度测量等。室内有全息性三轴试验、抗风化效应试验、结构面影响强度、变形试验、地质体模拟试验等。随电子计算机发展、数值分析法迅速发展与完善，从有限元、边界元、离散元发展为自适应有限元、仿真模拟等。但其成果决定于参数的正确及物理模型与实际的一致。

⑤ 地质力学三个发展阶段

1.地质力学早期研究阶段(1921～1946年)

李四光从1921年研究中国北部石炭二叠纪沉积物开始,到1926年发表《地球表面形象变迁之主因》^[9],从物质结构及岩石、地层的形变着手,开始着重编制区域地质构造图,分析区域构造活动特征;把构造形迹作为地质力学形迹,从古地应力推断地壳运动;从分析构造形迹之间的组合型式,确定它们之间的成生联系,并配合模拟实验验证。这就是李四光早期研究地质力学,把大的区域地质构造与具体的构造型式相结合的研究特色,同时根据各种构造形迹判别压、张、扭,推断古地应力方向作用特征,直至1945年内部刊印的《地质力学之基础与方法》中,提出构成“应力络网”的具体模式,即后来的岩石力学与构造应力场的雏形(图2-5)。经历20多年的研究,地质力学已经初具轮廓,可以定为早期研究阶段^[7-13]。

图2-5 李四光(1945)构造线的应力络网设想框架图

2.构造体系研究阶段(1947～1997年)

从1947年公开出版《地质力学之基础与方法》,到1962年内部刊印《地质力学概论》,到1973年公开出版《地质力学概论》,到1998年出版《岩石力学与构造应力场分析》,历经大约50年左右,可以定为地质力学的构造体系研究阶段。主要以构造体系为研究核心,将地质力学方法分为七个研究步骤,主要目的是研究地质构造和地壳运动规律,探索地球运动起源,讨论各种地质现象发生、发展规律,包括矿产形成分布规律,火山、地震发生发展规律,工程地质和水文地质规律等,为觅找矿产资源、水资源,为工程建设、减灾防灾和地质环境的防治和改进服务^[7-13]。

3.岩石力学与构造应力场研究阶段(1998年以来)

李四光在1970年提出修订出版《地质力学概论》意见中,特别强调加强“岩石力学性质及构造应力场”的重要性(见“李四光生前谈《地质力学概论》的修订出版问题摘要”),认为这个问题很重要,过去工作很不够,现在也很不够,今后应加强这方面的工作,从而提出地质力学新的发展方向,自1998年出版《岩石力学与构造应力场分析》,随之开始进入岩石力学与构造应力场研究阶段,使构造体系的研究进入量化阶段。

李四光同志生前谈《地质力学概论》的修订出版问题摘要

——据1970年3月18日李四光在地质力学经验总结小组谈话中的记录整理

《地质力学概论》是1961年在青岛养病时写得,很潦草,匆促搞出来,来不及详细讨论和广泛征求意见。

这本书稿时间很长了,有些东西过时了。我自己感到有些问题,外面也有些反映。60年代初期的东西,至今已有十年了。十年来,地质力学有很大发展,应该充实新的资料。

《地质力学概论》的修订、出版,要广泛征求读者的意见。不但要搜集地质力学研究所里意见,还要吸收外面工作单位的意见。包括正面的意见和反面的意见。主要是到外面去搜集实际资料,加以充实。修改的重点是具体材料,地质力学观点无法改。

第一章……

第二章是说明地质力学究竟搞什么东西的,要改正不正确的材料,多弄些新的材料充实进去。要地质工作者共同支持这项工作。第六、七两个步骤应抽出来另立一章,叫做“岩石力学性质及构造应力场”。因为这两个问题很重要,所以抽出来加强一下,将近十几年的资料补充进去。应力场要做实际工作,又要做些计算工作。对应立场的认识,过去工作很不够,现在也很不够,今后应加强这方面的工作。

第三章……

第四章……

其实,早在20世纪60年代初期,李四光在地质力学研究所安排光弹模拟实验,倡导对雁行褶皱构造型式采用数学-力学分析及模型试验来说明它的成因,接着对旋卷褶皱构造、山字型构造、入字型构造等构造型式进行量化研究,并开始在光弹模型板上刻制断裂分布模拟区域构造骨架,进行区域构造应力场的研究工作^{[1,7-13,30,31]}。

李四光1962年在对广东新丰江水库的地震地质研究工作中,已经明确地应力场的研究方法技术措施。1965年他在《地质力学的方法与实践》(提纲)中,为第三篇《岩石力学与构造应力场分析》撰写了内容提纲和目录(图2-6)。

1966年发生邢台地震后,他亲临现场进行宏观调查,通过现场调查确定新华夏系活动发震(图2-7A,B),提出“新华夏系一脉相承”,大震将向北东方向发展的科学预测。并于1967年预测唐滦地震(即1976年唐山大震)。1966～1976年邢台—唐山地震系列实践证明他的预测是极其科学的。

1969年他任中央地震工作领导小组长,在保卫京津唐地区地震安全工作中进行了断层位移场和地应力场的全面部署监测工作。当时我们并不理解其中的深刻含意,直到他辞世以后,经过多年的研究,在1973年整理众多仪器观测资料后,获得断层位移场是新华夏系边界加力方式作用的结果,新华夏系地应力场的能量等值线集中部位附近,控制了MS≥6级历史地震的规律以后,才恍然大悟,李四光已经超前十几年按照“场”的思路方法,部署地震监测研究工作^[1-3,7-24]。

直到2000年孙殿卿组织编写完成《地质力学的方法与实践》一套学科系列专著(共分为五篇,包括7部著作和1幅全球构造体系纲要图),其中第三篇《岩石力学与构造应力场分析》于1998年出版,可以称为岩石力学与构造应力场研究阶段的开始,也可以看作“后李四光时代”阶段,或者按照遗愿整理编写系列著作与扩编《中国地质学》的阶段^[1,24-29]。

⑥ 《岩石力学与工程》蔡美峰版

苏州，古称吴、吴都、吴中、东吴、吴门，现简称苏。苏州自有文字记载以来的历史已有4000多年，公元前514年建城，是中国首批24个历史文化名城之一，中国重点风景旅游城市，也是4个中国重点环境保护城市之一、长江三角洲重要上空间的粉红色的股份几乎是个地方就是个好的福建省的房间给了空间上看到家分公司及控股服饰公司警方的中心城市之一。隋开皇九年（公元589年）始定名为苏州，以城西南的姑苏山得名，沿称至今。苏州是江苏省的经济、对外贸易、工商业和物流中心，也是重要的文化、艺术、教育和交通中心。

⑦ 影响岩石力学性质的因素

(一)围压

设地壳深部一岩块与地表距离为z，上覆岩层密度为ρ，重力加速度为g，则该岩块受上覆岩层的压力为σ_z。在σ_z的作用下，岩块有水平方向扩张的趋势，但由于围岩的制约，不允许横向扩张，即e_x=e_y=0，因此，水平方向的压应力σ_x=σ_y。则有：

构造地质学(第二版)

式中：μ为泊松比。在地壳深处，岩石处于高温、高压状态，延性明显增加，应力差减小。当μ=0.5时：σ_x=σ_y=σ_z=ρgz，τ_xy=τ_xx=τ_yz=0。此时岩石处于静水压力状态。

带有围压的岩石力学实验是将圆柱形试件放在密封压力室内，四周用油或气体施加围压σ₂=σ₃，由活塞施加轴向载荷σ₁。以σ₁-σ₃为纵坐标，以应变ε为横坐标，即可绘制出应力-应变曲线。

在不同围压下进行的大理岩三轴实验表明(图3-31)，随着围压增加，岩石弹性极限增大，延性增强，强度及破坏前的应变增大。但岩石类型不同，所受影响的程度不同。

图3-31 大理岩在不同围压下应力-应变曲线

(据Karman，1912)

对碳酸盐类岩石及砂岩来说，围压对弹性极限的影响较小，对延性影响较大。例如，Carrara大理岩(图3-31)在围压为零时呈现脆性，在应变小于1%时即发生脆性破裂；当围压增加到50MPa时出现脆-延性过渡状态；当围压达68.5MPa时则出现明显的延性流动。

对大部分硅酸盐类岩石来说，围压的加大将使弹性极限有显著提高，但破裂前的永久变形量提高不大。玄武岩和花岗岩在室温下脆-延性转化的围压为1000MPa，而石英岩在2000MPa时仍为脆性。

围压对岩石力学性质影响的原因在于围压增加使固体物质质点彼此靠近从而增加了岩石内聚力。

(二)温度

在地壳常温层以下，温度随深度的增加而增加。估计地壳底部温度可高达1100～1300℃。因此，在研究地壳岩石变形时必须考虑温度因素。

在固定围压、不同温度条件下进行的岩石力学实验表明，温度升高可降低岩石的弹性极限和强度，促进岩石的延-脆性转化。

图3-32是花岗岩在500MPa围压、各种温度下的应力-应变曲线。在室温情况下花岗岩是脆性的；在300℃时已产生显著的永久变形；在800℃时几乎是完全延性的。

图3-32 花岗岩在500MPa围压各种温度下应力-应变曲线

(据Griggs et al.)

温度还可以促进蠕变和松弛现象的发生和发展。

温度升高产生延性的原因是由于在高温条件下岩石内部分子的热运动增强，因此削弱了岩石的内聚力，使晶粒容易产生滑移。

(三)孔隙液压

地壳的岩石中含有各种原生或次生的孔隙或裂隙。对结晶岩石来说，原生孔隙或裂隙往往存在于矿物颗粒接触面间或矿物内部(如气、液包裹体)，沉积碎屑岩的孔隙存在于碎屑颗粒之间。人们用孔隙率表示岩石中孔隙的多少：

构造地质学(第二版)

式中：n为孔隙率；V_v为岩石中孔隙的体积；V_s为不含孔隙岩石的体积。一般情况下，砂的孔隙率为40%，Handin et al.(1963)给出Berea砂岩的孔隙率为18.2%，Repetto粉砂岩的孔隙率为5.6%，Hasmark白云岩的孔隙率为3.5%。

如果岩石的孔隙中含有水，在成岩过程中孔隙缩小将造成孔隙内的液体对矿物颗粒产生一种压力，这种压力与矿物表面垂直，称为孔隙液压。根据石油、天然气开发的实际资料，孔隙液压随着岩石埋藏深度的增加而增加，但并非呈简单的线性关系，在一定深度上两者趋近相等。设λ=孔隙液压/围压，则随着深度增加，λ→1。

由于孔隙液压与矿物颗粒表面垂直，所以将直接减缓围压的作用。设围压为P，孔隙液压为P_s，则有效围压P_e=P-P_s。因此孔隙液压对岩石力学性质的影响与围压相反：它使岩石的延性、强度和弹性极限降低，脆性增加。

图3-33是印第安纳石灰岩在68.950MPa围压条件下不同孔隙压力时的应力-应变曲线。当孔隙压力为0时(曲线⑦)，在实验的高围压当孔隙压力为0时(曲线⑦)，在实验的高围压情况下灰岩的弹性极限及强度很高，并出现应变硬化；当孔隙液压与围压相等时(曲线①)，由于孔隙液压与围压抵消，应力-应变曲线与单轴实验相同；当孔隙液压小于围压时，应力-应变曲线介于曲线①和⑦之间。从图3-33中可以清楚看出，随着孔隙液压增高，石灰岩弹性极限、强度及延性变形迅速减小。

图3-33 印第安纳石灰岩的应力-应变曲线

(据Spencer，1981)

围压68.950MPa；孔隙压力：①68.950MPa，②65.055MPa，③55.160MPa，④41.370MPa，⑤34.475MPa，⑥27.580MPa，⑦0MPa

孔隙中的流体对变形的另一种作用称为水弱化作用。如不含水石英在500MPa围压下500℃时可承受3500MPa应力，当含水量为0.1%时，同等条件下的强度仅为100～200MPa。

(四)时间

时间对岩石力学性质的影响是多方面的。如快速加力岩石可表现脆性变形，缓慢加力脆性物质也能出现塑性变形。又如，当多次、重复加力时，在没有达到岩石强度极限的情况下可使岩石发生脆性破坏。或者说，多次重复加力可以降低岩石的破坏强度(图3-34)。当在重复加力情况下破坏应力降低到某一极限值时，如继续降低应力，无论重复加力多少次也不能引起岩石破裂。该极限值称为疲劳极限。

图3-34 某金属耐力曲线

(据M.P.Billings，1972)

在地质构造的应力-应变解析中，时间对岩石变形的影响主要体现在应变速率、蠕变和松弛三个方面。

1.应变速率

应变速率是指单位时间内应变的变化量：

构造地质学(第二版)

式中：

为应变速率；ε为应变；t为时间，常用秒(s)作单位。

图3-35 500℃，500MPa条件下Yule大理岩在不同应变速率下的应力-应变曲线

(据Heard，1963)

随着应变速率降低，岩石强度降低，弹性极限下降，塑性变形增加。图3-35是500℃，500MPa条件下不同应变速率时Yule大理岩应力-应变曲线。从图中可以看出，在应变速率为4.0×10^-1/s时，182MPa应力才可以产生10%的应变；应变速率为3.3×10^-8/s时，小于45MPa的应力即可产生10%的应变。

一般认为，地壳缓慢运动的应变速率

=10^-14～10^-15/s。实验室中最慢的实验可以模拟的应变速率为

=10^-8/s。因此需根据实验外推。Eyring(1960)的外推方程式为：

构造地质学(第二版)

式中：E为扩散激活能；R为Bolzman气体常数；T为绝对温度；A为具有应变速率量纲的实验常数；σ为应力差；f(σ，t)是与温度和应力差有关的常数。

2.蠕变

蠕变是指岩石在恒定载荷作用下应变随时间缓慢增长的现象。在地壳变形过程中，时间以百万年计，因此蠕变现象是重要的。尽管实验室实验中很难模拟如此长时间内的蠕变变形，但可以充分显示时间对岩石变形的影响。

图3-36是索伦霍芬石灰岩蠕变实验曲线。该石灰岩在室温常压下，强度为251.06MPa。在长期实验中，在恒定137.30MPa压力作用下即发生变形：第一天缩短0.006%，10天后缩短0.011%，100天后缩短0.016%，400天后的缩短量超过0.019%。

典型蠕变曲线由三部分组成(图3-37)：①过渡蠕变阶段(AB段)，应变速率在该阶段随时间递减，达到B点时应变速率最小，如果在该阶段卸载应变恢复为零；②稳定蠕变阶段(BC段)，应变速率保持常量，如果在该阶段卸载，将保留一部分永久变形；③加速蠕变阶段(CD段)，应变速率随时间增加，达D点时岩石发生破坏。

图3-36 索伦霍芬石灰岩在恒定应力下的蠕变曲线

(据Griggs，1939)

图3-37 典型蠕变曲线

蠕变的应变以下式表示：

ε_t=ε_e+ε_Ⅰ(t)+ε_Ⅱ(t)+ε_Ⅲ(t) (3-38)

式中：ε_e为瞬时弹性应变；ε_Ⅰ(t)、ε_Ⅱ(t)和ε_Ⅲ(t)分别为过渡蠕变、稳定蠕变和加速蠕变。

蠕变受温度的影响很大，温度升高使蠕变容易发生并使蠕变速率加大(图3-38)。

蠕变也受应力控制。图3-39是在不同载荷下雪花石膏的蠕变曲线。曲线表明：应力越大，稳定蠕变持续时间短，变形迅速进入加速蠕变阶段。

图3-38 不同温度条件下蠕变曲线

(据A.H.Sully，1949)

图3-39 不同载荷下雪花石膏的蠕变曲线

(据Griggs，1940)

围压不同蠕变量也有很大变化：随着围压增加蠕变变形减小。

3.松弛

松弛是指应变保持不变时随着时间应力逐渐减小的现象。

蠕变、松弛和应变速率共同说明时间对岩石变形的意义。在以百万年为时间单位的地质历史时期中，时间因素对岩石变形的影响是巨大的。

(五)外力作用方式

外力作用方式不同，岩石的力学行为也不同。在张力的作用下岩石容易发生脆性破裂，在同等环境的压缩条件下，岩石则显示延性(图3-40)。

图3-40 围压为300MPa、在不同温度条件下索伦霍芬石灰岩在拉伸或压缩下应力-应变曲线

(据Spencer，1981)

索伦霍芬石灰岩的拉伸和压缩实验表明：外力作用方式不同，灰岩的脆延性转化的条件不同，拉伸时脆性转化为延性所需温度远远大于压缩时的转化温度。在400℃、300MPa围压的压缩条件下，已发生脆延性转化，在此条件的拉伸情况下灰岩仍为脆性变形。

⑧ 李四光超前应用岩石力学与构造应力场的思路方法进行地震预测预报的实践研究

李四光在写完《地质力学概论》以后,在1970年提出修改概论的意见里,明确提出加强岩石力学与构造应力场研究,由此也指明了地质力学发展的方向(见第二章第二节)。并在1965年6月29日亲自修订了《地质力学方法与实践》(提纲)(见图2-6),写出了岩石力学与构造应力场分析专著的内容与纲要,直到1998年我们才完成这部著作的出版(见表2-2)^[30]。

1971年李四光逝世后,在京津唐地区留下大量地震地质以及长期连续仪器监测数据资料,经过三年的整理和综合研究后,才开始认识到,李四光早已超前进入了现今构造应力场的研究领域。经过后来多年的研究和补充,特别是唐山地震后,北京市组织了地震地质会战,增加了许多十分丰富的珍贵资料,帮助作者对地震地质加深了认识(图5-7)。

图5-4 唐山地震震中分布图

经过1976年唐山地震的总结,认为地震构造应力场控制着唐山地震的发展全过程,更增加了我们对地震地质研究的信心^[19,23]。

至此我们开始逐渐理解,“新华夏系一脉相承”的含义,即现今仍在活动的新华夏系构造应力场,控制着邢台-唐山大地震系列(活动幕)的迁移和发展。同时也开始明白他在京津唐地区布设19个断层位移流动站,是用众多断层位移站(见图4-12),查明新华夏系现今断层位移场,再次证实京津唐地区处于新华夏系活动态势,进一步验证了唐滦地区的大震危险性。依照构造应力场的研究思路进行部署监控唐山大震,判断地应力、能量是否具有集中的条件。逐步明白他在地震地质预报中主抓地应力的理由,因为它是推动地壳运动的动力,也是各种内动力地质灾害发生发展的主导动力因素(见表3-2)^[24,25,30]。

中国内动力地质灾害可以分为4类12种。根据表中灾害的排列顺序,大体可以了解地壳运动全过程,分别出现不同类型、种类的灾害,大多数都是由地应力推动地壳运动,同时也形成了各种内动力地质灾害,少数还有岩浆作用参与其中,特别是高地应力与能量集中类型的灾害,分别以不同形式释放地应力和能量,则又可以分为10种方式,其中许多叠加了人类工程诱发成因,使之研究起来更加复杂。过去在预报地震研究工作中,往往除了与地震对应分析以外,很少考虑与其他灾害的对应关系,历史经验证明已经付出了重大代价,不断出现错报,漏报,甚至怀疑该方法手段是否具有预报前景,遇到不同质疑时,往往失去信心等。由此提醒我们全面考虑各种灾害的前兆、监测曲线等与各种内动力地质灾害对应的可能性,对综合分析预报具有十分重大意义^[24,25,30]。并由此得到以下两点认识:

图5-5 唐山地震极震区构造地裂缝带平面图^[23]

图5-6 唐山市复兴路土产公司附近地震后地面形变平面略图^[23]

图5-7 京津地区岩石力学性质与构造应力场的地震地质研究程序与综合分析

(1)走地应力方向预测预报内动力地质灾害是正确的、科学的,更全面的说应该走岩石力学性质与构造应力场的研究方向,缺乏岩石力学性质方面的考虑是不合适的、不全面的。

(2)脱离内动力地质灾害系统的综合研究,也是不全面的,也给我们过去的分析预报地震带来了痛苦的教训。

由此,也逐渐理解在应用地应力台站资料,探索地震预报的一些思路与做法等。例如,1962年以来,广东新丰江水库地应力站建在新华夏系构造附近,地应力值长期趋势下降,可能反映了我国台湾、日本的地震。1966年以后周总理参加的几次地震预报会商,李四光观察了邢台、北京附近地应力曲线变化,对华北地区地震发展趋势得出的判断也得到了验证。李四光亲自参加房山地应力解除测量之后的兴奋与自信的心情,都是促进他相信研究方向的正确性、科学性的依据。特别是唐山地震监测取得决定性进展时,已经有突破地震预报的希望,促使李四光在临终前一天与他女儿谈话中,对突破地震预报难关充满信心,是有道理和实践依据的。今天我们回过头来看往事,为了更好地学习他的实践精神和科学态度,发掘预测预报地震的具体方法步骤,以求继承发扬他的精神,为实现他的遗愿作出贡献^[1-8]。

⑨ 与岩石力学相关的一般期刊

刊名： 岩矿测试
Rock and Mineral
Analysis
主办： 中国地质学会岩矿测试专业委员会;国家地质实验测试中心
周期： 双月
出版地：北京市
语种： 中文;
开本： 大16开
ISSN： 0254-5357
CN： 11-2131/TD
邮发代号：
2-313

刊名： 岩土力学
Rock and Soil
Mechanics
主办： 中国科学院武汉岩土力学研究所
周期： 月刊
出版地：湖北省武汉市
语种： 中文;
开本： 大16开
ISSN： 1000-7598
CN： 42-1199/O3
邮发代号：
38-383

历史沿革：
现用刊名：岩土力学
创刊时间：1979

该刊被以下数据库收录：
JST
日本科学技术振兴机构数据库(日)(2013)
EI 工程索引(美)(2013)
CSCD
中国科学引文数据库来源期刊（2013-2014年度）（含扩展版）
核心期刊：
中文核心期刊(2011)
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
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