“地层结构力学”的提出和基本理论框架

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1、“地层结构力学”的提出和基本理论框架　　“地层结构力学”的提出和基本理论框架　　1“地层结构力学”的提出　　作者长期从事工程地质与岩土力学的实践和研究工作。前不久,作者提出了“岩土工程地层结构效应”的概念和“工程地层学”新学科[1～3]。“地层结构”是指三维空间中各地层的叠置或排列组合关系,其中地层的产状有水平的、倾斜的和褶曲形的,且将各类弱面(带),如断层破碎带、结构面等也看成是特殊的地层。“岩土工程地层结构效应”是指地层结构的不同或变化对各类岩土工程的受力、变形和稳定性、经济性有重要影响,同一工程可选在不同的地层结构中,也可对选中的地层结

2、构进行人为的改造(如加筋、注浆等),使之更适合或更有利于该工程。“工程地层学”就是利用地质学中地层学的理论和知识为各类岩土工程服务的学科,它是地质学、力学、工程学相结合的产物。　　在上述的基础上,最近作者经过研究认为,有必要建立“地层结构力学”这一新的边缘学科。“地层结构力学”就是研究与工程活动相关的某个或某些地层结构的结构力学特征、变形性状,地层结构与工程结构的协同工作,地层结构的改变对工程结构受力、变形和稳定性的影响,及基于力学机制的地层结构优化,从而为工程服务的学科。　　　基于以下几点有必要建立“地层结构力学”新学科:(1)地球的表层为

3、地壳,地壳主要由各种产状的地层组成。人类的所有工程活动都是在地层中或地层上进行的。同一工程选择不同的地层结构,或对地层结构进行不同的人工改造,都将对该工程的受力、变形、稳定性和经济效益造成重大影响。作者经研究发现,为了更好地研究“岩土工程地层结构效应理论体系”和“工程地层学”,很有必要建立“地层结构力学”新学科。(2)工程活动中,为了充分利用地层的自稳能力,需要将地层也看成一种特殊的“工程材料”。这时,为了以尽可能少的工程代价(如喷锚、网状柔性支护等)达到工程目的,需要了解地层这种特殊的工程材料的地层结构力学特征。(3)人类制造的工程结构物往

4、往处于地层结构中或地层结构之上,为了更好地研究工程结构与岩土体的共同作用或相互作用,需要地层结构力学的知识。　　其实,目前在与“地层结构力学”的相关方面已开展了一些研究,这些研究为“地层结构力学”的研究提供了前提和基础。这些研究主要有:(1)将地层(含土层)看成梁或板。(2)关键层理论。(3)优势层理论。(4)地层结构效应、工程地层学。(5)硬壳层、双层地基、三层地基。(6)煤矿地层力学。　　　　2“地层结构力学”的研究对象和研究内容　　“地层结构力学”的研究对象就是所有在地层之上或之中的工程,具体来说就是建筑工程、道路工程、海岸工程、海洋工

5、程、边坡工程、其他工程中的地层结构力学问题。　　“地层结构力学”的研究内容主要有:(1)地层及地层层序成因、演化研究。(2)地层结构特征研究。(3)三维地层信息系统及三维地层可视化研究。(4)地层结构所在的地层构造应力场及构造体系研究。(5)地层结构本身的变形和力学机制研究。(6)地层结构力学与工程结构力学的关系,及地层结构与工程结构的协同工作问题研究。(7)地层结构的人工改造(含优化)及其对地层结构力学特征和工程结构的影响研究。　　3“地层结构力学”的特点　　(1)“地层结构力学”是地质学与力学相结合的产物。　　“地层结构力学”是地质学特别

6、是其中的地层学和结构力学相结合的产物。“地层结构力学”首先要用地层学的知识研究工程场地中地层及地层结构的成因、演化,然后用结构力学的知识研究地层结构在工程荷载作用下的变形、力学特征和稳定性。　　(2)“地层结构力学”的两个层次。　　①从“变形”到“力”:所有工程场地所在的地层和地层结构都处在一定的地质构造单元中,地层和地层结构中都保留有长期地质构造运动中留下来的构造形迹。所以,“地层结构力学”首先要从地层和地层结构中论文联盟留存的构造变形反推地层和地层结构所遭受的各期古构造应力场(包含重力)。这是第一层次。　　②从“力”到“变形”:工程场地所

7、处的地层和地层结构除收到古构造应力场的作用外,还受到了工程荷载的作用。所以,“地层结构力学”的第二层次就是要研究地层结构在构造应力(包含重力)和工程荷载的作用下地层结构和工程结构的变形。　　(3)“地层结构力学”的理论基础。　　“地层结构力学”的理论基础有地层学、结构力学、构造地质学、地质力学、岩体结构力学、土体力学、岩体工程地质力学、岩体结构控制论、关键层理论、优势层理论等。