土和巖石兩者都是由礦物顆粒和碎片的集合物構(gòu)成
因?yàn)椴牧鲜且环N地質(zhì)介質(zhì),所以在收集和描述控制巖體力學(xué)
性狀的參數(shù)時(shí),地質(zhì)科學(xué)必須提供自己的基本研究方法看來就是
理所當(dāng)然的了。
在地質(zhì)科學(xué)中,我們特別要提出的是地層學(xué),構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、
礦物學(xué)、礦相學(xué)、巖相學(xué)和地球物理學(xué)。
對(duì)巖石力學(xué)中的地質(zhì)學(xué)這個(gè)題目的論述,目的有二:一方面
是依據(jù)巖石力學(xué)薩爾茨堡學(xué)派所主張的基本原則,著重指出地質(zhì)
學(xué)在巖石力學(xué)中的上述決定性地位,另方面將提出地質(zhì)學(xué)自己的
原理,用來判斷現(xiàn)在的某些傾向正確到和可以接受到什么程度;
這些傾向把巖石力學(xué)誤解為“材料”的力學(xué),然而從尺度上來
看,這種“材料”不過是“巖體”的基質(zhì)而已。這樣
的研究表明許多的科學(xué)努力正付諸東流,因?yàn)樗鼈儚臄?shù)學(xué)上,物
理上和技術(shù)上所得出的結(jié)論與所論問題的力學(xué)實(shí)際是絕不一
致的。
這一講將重點(diǎn)探討下列問題:
第一,討論“巖體”的定義,因?yàn)檫@涉及到不均質(zhì)性、不連
續(xù)性和各向異性等與所要論及的地質(zhì)力學(xué)問題的尺度(即尺寸)
有密切關(guān)系的概念;
第二, “巖石材料”的研究: “巖石材料”就是把“巖石”
形象化為組成巖體的固相的基質(zhì);
第三,地質(zhì)構(gòu)造的研究:即是研究割斷巖石基質(zhì)連續(xù)性的地
質(zhì)構(gòu)造要素,這種構(gòu)造作為一種基本要素介入表征巖體的物理
系統(tǒng);
第四,研究地質(zhì)數(shù)據(jù)的外推法和巖體的分類。
通過論述上述的問題,基本的地質(zhì)要素實(shí)際上也就被擺出來
了’這些要素下面將提出討論,特別要突出地質(zhì)參數(shù)定量的具體
的現(xiàn)實(shí)可能性。
雖然土和巖石兩者都是由礦物顆粒和碎片的集合物構(gòu)成的,
但是對(duì)多數(shù)巖石來說,材料顆粒通常粘結(jié)得緊密得多。不過主要
的更嚴(yán)重的差別是巖體不連續(xù)性的存在,這對(duì)巖體的性質(zhì)有決定
性的作用。和土相比,巖體具有的移動(dòng)自由度比較少。單個(gè)節(jié)理
塊體的移動(dòng)一般只是平行于各節(jié)理組的交線,而對(duì)內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)的約
束則比較大得多。
因?yàn)橥ǔM梁驮粠r體內(nèi)部都含水,所以在大多數(shù)情況下兩
者都是三相體系,而且由于不連續(xù)平面的存在,它支配著流動(dòng)能
力,引起土和原位巖體間滲透性的強(qiáng)烈差異,使得原位巖體的滲
透性帶有方向性。再者,兩種情況下液體對(duì)固相的靜力和動(dòng)力作
用是不相同的:在土內(nèi),它是各向同性的孔隙壓力,而在巖體內(nèi)
則有各向異性效應(yīng)(定向的節(jié)理水壓)。巖體的一些奇特性狀必
須承認(rèn)是這個(gè)事實(shí)所造成,其中一部分將在最后的一講“巖體水
力學(xué)”中予以論述。
即使從這些簡短的論述就應(yīng)明顯地看到:土力學(xué)的途徑是允
許直接使用在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)比較小的試樣上所得的試驗(yàn)結(jié)果,但如果
把它用到巖石力學(xué)問題上,則在大多數(shù)情況下會(huì)得到誤入歧途的
后果。
這里提出的幾點(diǎn),并不意味著在巖石力學(xué)方面有關(guān)巖塊性質(zhì)
和土力學(xué)的知識(shí)是不重要的,而是說,這些知識(shí)不足以有效地對(duì)
付所謂巖體這等復(fù)雜的材料。