岩体工程地质力学研究论文

摘要：蒙西铁路在通过黄龙山中低山区地貌单元时，地质条件复杂，尤其裸露的岩质边坡稳定直接影响到铁路通过的安全与否，而岩质边坡的失稳和破坏主要是受岩体中结构面所控制，文章应用赤平投影法，对蒙西铁路如意隧道进、出口边坡的结构面组合关系进行分析，从而对该边坡的稳定性做出评价，从而指导线路设计，提出合理的施工建议。下面是小编精心推荐的《岩体工程地质力学研究论文 (精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

岩体工程地质力学研究论文 篇1：

矿山岩体数据的线性回归分析及在岩体评价中的应用①

摘 要：通过实测矿山岩体数据，利用计算机模拟等效现场的岩体结构后，得到每个岩块的体积值和大于一定体积值的岩体百分比值两组参数。在Excel软件中利用最小二乘法对两组参数做线性回归分析，并求出其斜率及反三角函数值。再结合中科院岩体质量划分结果对岩体的破碎程度进行评价分析，提出了工程岩体完整程度评价方法的新思路。

关键词：线性回归分析 岩体质量 评价方法

岩体结构是影响岩体质量的重要控制因素。岩体块度在一定程度上能反映岩体的完整性。线性回归分析方法是常用的数理统计方法，在科学研究、工程技术各个领域均有广泛的应用，本文用其来处理岩块数据之间的相关关系。

1 数据的测量

为了进行工程地质条件的评价，需进行工程地质分区，即将场区内岩性、构造、水文地质条件等主要因素基本相同的地段划为同一分区，在白云鄂博铁矿东矿边坡按此原则，将采场划分为四个主要工程地质分区。

A区构成边帮的主要岩组为白云岩，区内出露断层主要为北东向。B区构成边帮的主要岩组是白云岩，区内出露的断层仍以北东向为主。C区构成本区边帮的主要岩组为云母片岩，其间含有厚度不大的白云岩夹层。D区构成边帮的主要岩组为长石板岩，其断层和岩脉展布方向大部分为东西向。随后，对各分区进行工程地质测绘。通过采用裂隙节理测绘、详细线测绘和定向岩芯测量以及钻孔照相等方法来测得各分区结构面组数、空间分布、间距、密度、迹长、张开度等参数，然后将采集的数据进行统计分析，以便通过计算机进行节理岩体的概率模拟。

2 岩体结构面的模拟

该文采用二维等概率随机确定结构面中点的方法，为了计算体积，模拟中假设结构面为无限大，再用蒙特卡罗法产生一组结构面，该结构面在参数的概率分布形式及分布参数上与实测结构面一致，由此构成近似等效的岩体结构模型，它与实际岩体在力学效应上等同。

3 数据分析

中国科学院地质研究所谷德振教授等提出按基于岩体结构类型分类的岩体质量系数分类，分为四类，I类为整块结构岩体;II类为层状结构岩体;III类为碎裂结构岩体;IV类为散体结构岩体。

该文以中科院地质研究所分类法为参照，并结合取样地区的实际情况，确定岩体节理面间距的分级值为0.1 m，0.3 m，0.5 m和1 m。用间距界限数据进行岩体结构模拟，计算出每个岩块的体积值v与大于一定岩体体积值的岩体百分比值t，构建数据对。再用线性回归分析方法计算出斜率，再对其值求反三角函数值。

(1)

式中：为表示岩体百分比值;

为表示大于一定阈值的岩块数;

为表示岩块号;

为表示第个大于一定体积阈值的岩块体积;

为表示整个岩块的体积。

下面以间距界限为1.0的数据来说明过程。

首先将模拟求出的体积值v和体积百分比值t导入Excel，再运行Excel里最小二乘法的Slope函数求出线性回归拟合线方程的斜率k，回归直线的斜率计算公式如下：

(2)

在本例中x值为岩块体积值v的数据，y值为岩体百分比值t的数据，为数据对总数。运行Slope函数求出k=0.1793731，再利用k求出反三角函数值为10.17。

在Excel工具栏中选择“插入”单击“图表”选项，在标准类型里选择XY散点图，拟合直线如图1所示。

重复此过程求出其他数据的反三角函數值并拟合直线。结果如下。

间距0.5的数据反三角函数值为44.23，间距0.3的数据反三角函数值为78.41，间距0.1的数据反三角函数值近似为90，此时拟合的直线近似一条垂直的直线。

当体积百分比值t均为1时，即完整岩体，那么求出k值为0，用k值求出反三角函数值也为0，表现为一条水平的直线。说明反三角函数值越小岩体越完整。

将求出的反三角函数值与其对应的岩体类别结合分析如下：

当反三角函数值在0～10.17时为I类岩体(整块结构岩体);

当反三角函数值在10.17～44.23时为II类岩体(层状结构岩体);

当反三角函数值在44.23～78.41时为III类岩体(碎裂结构岩体);

当反三角函数值在78.41～90时为IV类岩体(散体结构岩体)。

从中我们可以将反三角函数值所形成的区域看作摆体，其摆动值范围是0～90。那么对岩体数据进行线性回归分析之后，可以将所求得的反三角函数值在0～90之间进行摆动，再以0，10.17，44.23，78.41为摆动节点，看所摆动的指针落在哪个区域，以此可判断出岩体的类别。白云鄂博铁矿东矿边坡的四个主要工程地质分区的计算结果为42.21、55.19、57.13、46.54那么可将其归类为A区II类岩体;B，C，D区III类岩体。通过现场调查得知白云鄂博铁矿东矿边坡的四个主要工程地质分区均为层状—层状碎裂结构岩体，这与本文结果基本一致。

4 结语

利用线性回归分析方法，将岩块数据结合中科院岩体质量划分结果来分析研究岩体的完整程度，在实际工程应用中得到了较好验证。此法可以作为岩体质量划分的一个参考。研究是初步的，对岩体数据的相关性研究，还有待进一步的深入开展。

参考文献

[1] 孙广忠.岩体结构力学[M].北京：科学出版社，1988：16-78.

[2] 谢式千，潘承毅.概率论与数理统计[M].北京：高等教育出版社，1995.

[3] 徐光黎，潘别桐，唐辉明，等.岩体结构模型与应用[M].武汉：中国地质大学出版社，1993.

[4] 谷德振.岩体工程地质力学基础[M].北京：科学出版社，1979：8-52.

作者：郑雷 王新铭 孙有明 王雪芹

岩体工程地质力学研究论文 篇2：

蒙西铁路如意隧道边坡稳定性分析

摘要：蒙西铁路在通过黄龙山中低山区地貌单元时，地质条件复杂，尤其裸露的岩质边坡稳定直接影响到铁路通过的安全与否，而岩质边坡的失稳和破坏主要是受岩体中结构面所控制，文章应用赤平投影法，对蒙西铁路如意隧道进、出口边坡的结构面组合关系进行分析，从而对该边坡的稳定性做出评价，从而指导线路设计，提出合理的施工建议。

关键词：蒙西铁路;赤平投影;边坡稳定性

新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程(下文简称蒙西铁路)起自内蒙古自治区鄂尔多斯市浩勒报吉，途径内蒙古、陕西、山西、河南、湖北、湖南、江西等7省(区)，终至江西省吉安市。

线路穿越毛乌素沙漠、黄土高原、黄龙山等多个地貌单元，其中在通过黄龙山低山区时，线路主要以隧道和桥梁的方式通过，地形条件较差，地质条件复杂，经常发生崩塌、落石等不良地质现象，对线路的安全通过产生的非常不利的影响，所以隧道进出口边坡及桥址边坡的稳定性就成了影响线路安全的关键因素。

由于岩质边坡的失稳和破坏主要是受岩体中各种结构面所控制，根据地质力学的原理，裂隙、层面、断层等岩体的主要结构面可以分成大致相互平行的若干组，而其中一些相交的结构面将某些临空的边坡岩体切割成滑塌体，在重力及其他因素的作用下这些滑塌体将沿着结构面产生滑动。所以研究这些结构面在三维空间中的位置、组合关系和结构面的力学参数等对评价边坡的稳定性和研究其破坏形式是至关重要的。

本文针对的这些问题，利用赤平投影法分析各结构面之间的组合关系，对禹门口隧道进口边坡的稳定性做出评价，从而指导选线，绕避不良地质。

1 工程地质条件

禹门口隧道位于陕西省延安市宜川县境内，进口小里程侧为薛寿公路，出口大里程侧为宜韩公路，隧址区交通条件较差。

隧道进、出口处地层岩性为三叠系中统二马营组砂岩、砂岩泥岩互层、泥灰岩，中厚层状，强～弱风化，节理裂隙很发育，差异风化严重，呈角砾碎石状，综合考虑隧道围岩分级为V级。地下水水位位于洞身以下，受大气降水影响，岩性界面处、节理裂隙密集处、岩溶发育处较丰富。

2 赤平投影法原理

赤平投影法是以圆球体作为投影工具，其进行投影的各个组成部分包括投影球、赤平面、基圆、极射点，这些统称为投影要素。

其原理就是把结构面放置投影球的中心，该面通过球心与投影球相交于某点或线，从上半球顶点(或者下半球顶点)发出的线连接点或线并投影到赤道上，形成的弧线就为该结构面的赤平投影，见图1。

图1 结构面下半球赤平投影示意图

一般情况下，被结构面切割的岩体的滑动可分为单滑面滑动和同时沿两个结构面交线的滑动即楔形体滑动。通过结构面赤平投影的组合关系，可以分析各结构面对边坡岩体的切割和相互组合情况。

3 如意隧道赤平投影法稳定性分析

表1 如意隧道进口结构面产状

岩层层面L(结构面1) 350°∠6°

节理面J1(结构面2) 295°∠83°

节理面J2(结构面3) 6°∠88°

斜坡倾向及坡度 72°∠55°

针对如意隧道进、出口可能发生落石、崩塌现象应用赤平投影法对隧道边坡岩体稳定性进行分析，隧道进、出口边坡应用结构面产状如下：

表2 如意隧道出口结构面产状

岩层层面L(结构面1) 215°∠3°

节理面J1(结构面2) 280°∠88°

节理面J2(结构面3) 60°∠85°

斜坡倾向及坡度 142°∠60°

图2 隧道进口边坡结构面赤平投影图

图3 隧道出口边坡结构面赤平投影图

4 结语

如意隧道进口边坡：由岩体结构面赤平投影图分析，坡面投影区穿越单滑面2、3，双滑面11、12、13，以及坠落体G，故不在边坡面上形成滑塌体，而只有单滑面1(受岩层层面切割所形成的块体)的滑塌形式是在边坡临空面出露的滑塌体，且滑动方向沿结构面1，即岩层层面方向滑动，潜在滑动方向350°。

如意隧道出口边坡：由岩体结构面赤平投影图分析，坡面投影区穿越单滑面2、3，双滑面11、12，以及坠落体G，故不在边坡面上形成滑塌体，而单滑面1(受岩层层面切割所形成的块体)及双滑面13(由岩层层面和节理面J2共同切割所形成的楔形体)的滑塌形式是在边坡临空面出露的滑塌体。单滑面1的滑动方向沿结构面1，即岩层层面方向滑动，潜在滑动方向215°;滑动方向沿滑面13，即岩层层面和节理面J2的交线方向滑动，潜在滑动方向150°。

据现场调查，隧道进、出口斜坡岩体夹有软弱的泥灰岩夹层，抗风化能力较弱，在内外营力及水的作用下，当泥灰岩夹层风化后，其上部岩体裸露至临空面外，施工开挖时，极易导致边坡失稳，发生崩塌、落石等现象。

故如意隧道进、出口斜坡岩体受结构面切割及软弱夹层风化等因素影响，施工开挖时易发崩塌、落石，应采取适当的防护措施。

参考文献

[1] 如意隧道工程地质勘察报告[M].铁道第三勘察设计院集团有限公司.

[2] 徐开礼，朱志澄.构造地质学(第二版附本)[M].地质出版社，2006：1-2.

[3] 卢达.基于赤平投影法的岩质边坡稳定性分析[J].铁道建筑，2010(11)：69-71.

[4] 孙玉科，古迅.赤平极射投影在岩体工程地质力学中的应用[M].科学出版社，1980：62-63.

[5] 韩颖.岩质边坡楔形体稳定分析[D].浙江大学出版社，2006：11-12.

作者：卢达

岩体工程地质力学研究论文 篇3：

工程地质力学及其应用中的若干问题

摘 要：工程地质力学是以工程为目的的研究地质破坏规律的科学。工程地质力学的关键科学问题包括如何判断地质体的当前形态、描述当前地质体的力学特性和形成这种地质体有连续成非连续过程的分析过程。工程地质力学是一项以地学为基础、力学为手段、工程为目的，从而解决工程问题的预测预报方法。文章将通过对工程地质力学的分析和总结进行归纳，对应用中的若干问题进行提炼，希望对相关部门和单位有所帮助。

关键词：工程地质力学;应用;问题

工程地质力学主要研究与工程相关的地质力学问题，在前人李四光等地质科学家的奉献和努力下及随着时代进步的影响，工程地质力学迎来了更多的机遇与挑战，随着我国西部开发战略的实施及各种基础设置的齐备，越来越多的爱好者和工作者投入到相应研究中来。比较典型的有水利水电工程的运用与西部开发战略结合，从地质体的探测到实现水利水电方面的资源开发和利用从而实现西部开发的价值为我国在建设和发展上起到促进作用。而从这个方面则对工程地质力学在岩体结构的研究上提高的要求。

一、工程地质力学在研究和应用中面临的问题

地质工程大致可以分为两类问题：一类是地下工程，主要面对的问题是高地应力环境下卸荷后地质体的变形和破坏。第二类是地上工程，主要问题是地质体在重力、地震、水等自然环境影响下由自然因素影响而产生的规律。工程在建设时需要具备包括选址、勘察、设计、施工、运营这样几个步骤。因此为保障工程的合理科学的完成需要考虑在不同阶段所遇到的与工程地质力学相关的问题。

(一)地质体的稳定性及其安全预测问题。在大型的工程建设中，“避让”是一条非常重要的准则，有效的避让能够防止工程在施工过程中引起的失误或者整体失败，简单的说，地质体不稳定不进行避让工程建设一定会失败，不但影响正常工期的完成也造成了人力物力的相应损失，而选择适合的稳定性强的地质体进行工程建设无疑对工程本身具有极重要的价值和意义，而就目前我国的预测环境和条件来讲，主要是依赖地质工程师丰富的实践经验进行定性评估，以刚体极限平衡条分法为基础的边坡稳定性判断方法对滑面上的参数很敏感，而确定这些参数更重要的依赖于经验。当然，有个别工程也采用其他方式，因此给出可靠的分析方法并为大多数工程所应用还需要大量的工作要完成。

(二)探测地质体力学特性的方法问题。首先是进行选址，根据地形地貌特点通过多年的实践经验，判断建设的可能性，初步的选定工程建设的地点、线路及范围大小。再此基础上进行勘探，从而进一步的获得与工程建设相关的数据和资料。进而确定工程建设的可能性和可靠性。获得的数据和资料越全面必然的对工程建设的可靠程度越高。而在探测过程中因为环境、人力及经费等方面的限制往往无法达到预期的要求和成果，而工程地质力学也要求在实现地质考察的需要的同时能够研究出对应的适合于该类型勘察探测所需要的效果成熟的方式技术，如波动、渗流及表面位移监测的方式在不破壞原有地质体结构和状态的情况下能够有效勘测，但仍然不够，包括地质雷达等的应用都有对应的限制因素，而从力学的角度和方法探测力学参数，应该会更直接有效。

(三)地质工程防治的设计依据相关问题。在地质工程的进行中需要更多的了解地质体本身的变形等因素，因为地质体本身允许的变形比工程结构所允许的程度要大的多，而地质体与工程本身的相互作用比单纯判断山体稳定性及分析结构要复杂的多，因此需要了解更多的地质体初始形态、地质构造及地应力场分布，从而才能给出科学合理的工程设计。深入分析目前的地质工程技术还有很多需要探索的技术层面，因此如果当地质条件复杂而同时又具备多个工程方案可够选择时，工程设计应该具体情况具体分析，并为此需要提出科学合理的分析方法和建立完整、可靠的设计依据。

(四)预报地质工程安全的方法问题。涉及到很多复杂的难以整治的工程，为了避免及减少灾害的发生，保证财产和人员的安全等方面综合考量，需要预测灾害的破坏程度和发生的时间，这是一个迫切需要解决的问题，不但预测预防，同时也涉及到如何进行检测和分析的问题。而针对地质体的变化和演化，对其进行监测能够在数据上进行分析和研究，但是还会有突发事件的干扰和影响，虽然在实地监测过程和长久以来的实践分析中积累了丰富的经验，但是与理想的效果还是相差甚远。

(五)工程地质力学中的科学性问题。工程地质力学作为应用研究学科研究的目标一方面在于解决环境等原因带来的困难和局限，另一方面就是需要去引进新的技术并进行发展。也就需要从地质体的变形和破坏规律的共性特质中寻找工程建设共性问题的答案。从这个方面讲包括：地质体的本构关系、获得未知的初始状态以及描述地质体由联系到非联系的演变过程。综合各方面的研究和理论实践，在研究地质体的问题上需要提出科学合理的与地质体特征相符合的力学模型，具备力学地学相结合的探测地质体状态定量描述地质体变化演化的分析方法。

(六)地学、力学与工程结合的问题。在长期的实践和研究中对力学和地学的结合以及对工程建设方面的运用一直是我国科学家看重的方面，但是在力学、地学研究成果应用上面临着不同程度的困难，因此在工程地质力学这门交叉学科上，必须遵循以地学为基础、以力学为手段和以工程为目的的基本思路，才能将各个学科有机的联系起来，从而对工程地质力学的发展起到推动作用以促使其具有进步意义。

二、工程地质力学的研究方法

在工程地质力学的研究上，通常适用的是上、下限的定理，从普遍意义上适合相应的各种给定的力学模型。在解析解应用范围非常有限的情况下通常则进行室内实验研究，包括模型实验。模拟实验和岩石力学性能的测量。通过不同的研究角度对情况进行分析和得出相应结论。研究过程当然也离不开现场地质调查和现场检测，在此基础上进行测量，参数定量及力学模型建立。以及在数值模拟方面进行挖掘和研究，不过效果不尽如意。

三、工程地质力学的成果服务

虽然有很多方面仍需改善，但已取得的成果在工程地质力学的深入研究中在能源方面起到了很好的促进作用，尤其在水利水电工程方面，在研究了岩体工程地质力学的过程中对区域岩性、岩相变化，区域地质构造与水文地质情况后，才能够在节省工作量的同时详细工程地质状况，而从区域调查着手，是我国水利水电工程地质的特点，这也是由于我国多地震、构造复杂环境的现实因素所决定的。也基于此，使向家坝水电站高混凝土重力坝复杂坝基处理等工程得以完成和实现，所以工程地质力学的研究服务于水利水电工程的顺利开展和实施工作。

四、结语

地质体的复杂特性为相对应的力学研究提出了新的要求，而地质体的力学分类、开发测量等一系列演化过程是工程地质力学的前沿课题，从总结和归纳中也逐渐的发现工程地质力学还有很多相对应的技术需要完备，在理论上也需要更多的创新和突破，而只有解决了相对应的问题才能从本源上解决地质工程在建设和施工中面临的问题和提出的考验，这为我国对应的科技工作者们提出了要求，也因此需要国家相关部门给予帮助和支持从而实现工程地质力学的研究价值和意义。

参考文献

[1] 杨志法，张路青，尚彦军.两个值得关注的工程地质力学问题[J].工程地质学报，2002(01).

[2] 孙宗颀，张景和.地应力在地质断层构造发生前后的变化[J].岩石力学与工程学报，2004(23).

[3] 李世海，李晓，刘晓宇.工程地质力学及其应用中的若干问题[J].岩石力学与工程学报，2006(06).

[4] 路新景，孙文怀，李进都.南水北调西线工程几个特殊的工程地质和岩石力学问题[J].岩石力学与工程学报，2003(5).

作者：李雪峰