巖石的地質本質性及其巖石力學演繹探討
物體的本質性指的是物體本身的物理特性及結構而形成的內在本性，下面是小編搜集整理的一篇探究巖石地質本質性及其巖石力學演繹的論文范文，供大家閱讀參考。
[摘要] 巖石力學以巖石為主要的研究對象，但其原材料-巖石，卻和其他工程材料有較大區別，具有較明顯的特殊性，而其主要目標則是探討巖石的力學性能。文章首先分析了巖石力學與地質力學之間的關系，并在此基礎上，從巖石的物質性與次生演化方面入手對巖石的地質本質性進行了研究，再對巖石的力學本構性等特性作了相關探討，旨在建立一種巖石地質學與石力學相互認識及深入結合的知識通道。
[關鍵字]巖石 地質本質性 石力學
引言
巖石是一種經過了漫長的地質歷史和多種地球動力作用而形成的一種自然造物，并因此具有了其特殊的本質性。本文先對巖石力學與地質學的關系、巖石的地質本質性進行了相關分析，再對巖石力學本構性作了闡述，以期為巖石力學的進一步發展提供有利依據。
1 巖石力學和地質學的相關分析
1.1巖石力學和地質學的學科關系分析
巖石力學該門學科發展的研究目標是力學理論，其研究對象則是巖石。巖石屬于地質產物，又稱地質體[1]。從廣義上理解巖石力學，巖石力學實質是力學和地質學結合而成的交叉學科，若從側重點的角度看，巖石力學更側重于力學和巖石地質的結合。巖石力學是一門應用基礎學科，其研究任務主要是巖石的工程建設及地質資源的開發工程。從巖石力學的發展趨勢看，更具深度與廣度的力學、地質學勢必會和和工程學科相結合。所以，地質學一定會變為巖石力學和巖石工程學科的一門支柱性基礎學科。
1.2地質學的相關分析
地質學以地球為研究對象，特別是對地殼的研究，主要研究任務是對其物質組成與結構、形成、演化的地質動力作用及其過程進行研究，而地質學的核心研究思路則是地質歷史的時空重建，通過以層序與構造分析為基礎，采用一些現代的物理化科學方法、技術方法，使傳統的地質學科進入到了現代科學行列[2]。
1.3工程地質學的相關分析
工程地質學該門學科的應用性較強，主要研究任務對工程建設的地質條件、出現的問題及治理措施進行研究，重點是對工程的地質作用進行研究，包括人類工程活動與地質環境之間的'相互作用與制約。工程地質學的主要學科領域包括工程地質力學、工程巖土學、工程環境地質學、地質災害學、資源地質工程學等[3]。
2 巖石的地質本質性分析
物體的本質性指的是物體本身的物理特性及結構而形成的內在本性。許多巖石力學家都認為巖石屬于一種較特殊的材料，而其特殊性主要決定于地質本質性，同時，巖石還具有演化性。
2.1巖石的物質性分析
巖石屬于礦物的結合體，是由礦物組合而成，而其物質性主要由成巖及其演化過程中所形成的礦物組合情況決定。
2.1.1原巖物質的相關分析
巖漿巖屬于原始巖類，而其物質組成部分主要是由巖漿的成分決定;同時，因為變質巖與沉積巖都是次生巖類，所以巖漿巖也是地殼巖石的基本組成物質，常見的造巖礦物包括石英、云母、長石等暗色的礦物，這些造巖礦物的力學硬度與強度差異較大，其中以石英的強度最高、長石次之，那些暗色且呈鱗片狀或者針狀的礦物，不僅剛度小，強度也較低。礦物力學特性的差異會對巖石力學性能造成直接的影響。
在巖石中，較典型的巖漿巖則為花崗巖，該巖石一般含有較多的長石與石英，所占的比例約分別為40%～50%，但暗色礦物一般只占15%左右。不同巖類的礦物由于比例不相同及所含的礦物成分也不盡相同，因此使巖石具有多樣性。沉積巖是次生巖類，其礦物組成是對原巖次生變化以及在沉積前發生于地面和水面的變化的反映。除了較典型的造巖物以外，巖石中還包括大量的巖類、黏土以及次生蝕變礦物等�；瘜W沉積巖則主要是碳酸鹽或者其他的巖類組成。同時，變質巖也是次生巖類，而淺變質巖的組成基本還和原巖一樣，且原巖經過高溫作用會出現熔融與再結晶的現象，最終形成深變質巖，常見的如花崗片麻巖。
在巖石的構成中，礦物晶體或者原巖顆粒之間一般是由基質充填;在結晶中，其物質組成與顆粒相似，但主要是以隱晶或者非晶質的物態呈現出來。在沉積巖中，其充填物主要是泥質、硅質與鈣質，尤以硅質最強，泥質最軟弱，其中硅質與鈣質都是堅硬充填物。
因此，巖石在成巖之后其力學強度便會具有顯著差異，軟弱組分主要是降低巖石的強度，并增大巖石的環境敏感性，在后期的演化中容易發生變異。
2.1.2關于次生演化的相關分析
在后期的演化過程中，巖石會出現兩種轉化情況：①由堅硬組分向軟弱物質轉化;②由軟弱組分向堅硬物質轉化，兩者皆屬于原生礦物向次生礦物轉化。從巖石工程力學性能的角度看，重點的考察對象則是巖石軟化。
由上述可知，巖石的物質性主要包括礦物的組成與變異。盡管造巖礦物居于主導地位，但從巖石力學與工程研究的角度看，重點是研究軟弱組分，特別是對粘土化的判定，其中以高嶺石化與蒙脫石化的測定最為重要，而在某些時候，當巖石出現粘土化時，不僅會降低力學參數，還會對其均一性造成影響，甚至會改變力學的本構模型。
2.2巖石結構性的相關分析
巖石結構性指的是尺度不同的結構體其形態、排列及相互間的連接特征，是其對巖石力學特性的影響作出的一種反映[4]。巖石的結構是隨著成巖而形成的，且會在后期的構造作用及次生演化中得到強化與確立。巖石的結構一般有原生結構與次生結構之分，而兩種結構的構造特點有著較大的區別，并在后期的演化過程中發揮著不同的作用。
3關于巖石力學本構性分析
可以通過兩個不同類型觀點幫助認識巖石本構性：其中一個就是不連續力學觀點，另外一個是連續力學觀點。如果從使用目的方面而言，通常采用斷續性觀點，因為這一觀點能滿足實際地質具有的屬性及本質。但是在研究普適性的相關方法及理論知識方面做得不夠，需要進行深入了解。本文認為從巖石地質本質性角度進行分析，其結構比較復雜，因此可以選用多元耦合力學模型幫助表示。在實際中，大部分已有巖石力學本構模型也在不斷嘗試在某一類已有模型前提下將另外一類模型要素添加進來，以便獲得滿足實際需求。 不同巖石，即便是小型的手標本巖石，也會存在差異。對于含有較軟弱的膠結物，或者是脆性較強的巖質顆粒的巖石，在處于風化作用或局部蝕變作用下也可含有軟弱性較強的蒙脫石和伊利石等黏土礦物。在應變以及應力不斷發展中，該類物質結構要素在這一階段中體現出應力分布情況不均勻，在出現三個方向的外荷載作用下也會出現拉應力以及偏應力。若外荷載三個方向不等壓情況時，在巖石中出現拉應力、局部偏應力強度也會增大。如果外荷載作用達到一定程度時，可以使巖石中一些成分材料出現屈服，導致某部分裂面結構出現滑移、張開情況，此時結束了全部彈性變形情況。
4 分析巖石物質結構情況以及巖石具備的工程力學性能情況
對巖石形成及演變過程進行綜合分析，并結合主要形成物質的結構和成分，以及其工程特性，能將工程巖體類型分成3種：層狀巖體類型、節理狀巖體類型以及碎裂巖體類型[5]。
4.1層狀巖體類型
其是主要表現是層狀沉積巖，組成成分是巖質顆粒，因為泥質膠結物質含有大量黏土物，所以存在膠結連接。黏土物質分布情況是按照層進行分布，而薄層軟巖則共同組成了軟弱層巖體。其在構造作用下會出現褶皺現象，并在已有裂縫情況下繼續演變，然后出現構造斷裂現象，一般為場地的第三和第四級別結構面。很少出現貫穿第一和第二級軟弱結構或是斷裂結構面情況。
4.2節理狀巖體類型
其主要是結晶巖類型，組成成分是造巖礦物，存在結晶連接，具有的軟弱片狀礦物質相對比較少，黏土物質也比較少。已有裂縫也會在一定基礎情況下繼續發展，然后承受一定構造作用，并出現小斷層、節理裂隙情況等，一般為場地的第三、四級結構面，穿過場地的第一、第二級斷裂結構、軟弱面情況比較少，出現淺層演化以及次生演化不強。
4.3碎裂巖體類型
給類型巖體是由層狀巖體、原生塊狀巖體遭受嚴重構造作用，或者是遇到嚴重淺層、次生演變情況，從而出現嚴重碎裂情況以及變形現象，使巖石松弛而造成裂隙情況。
5結論
總之，巖石具備的三大屬性分別是：①物理本屬性;②地質本質性;③力學本構性。三種屬性類型共同發揮作用可以幫助更好的深入了解巖石力學知識，提高工程研究水平。理論上認為巖石力學學科屬于一門多種學科知識相互交叉分布，不僅有合作，還具有分工工作的學科。因此，地質學者需要重視巖石具有的地質本質性方面內容，另一方面也不能忽視物理本屬性以及力學本構性方面內容的研究。如果巖石力學研究者可以了解及掌握更多巖石地質特征知識，并進行綜合分析，能幫組更好建立本構模型，以及進行力學參數的選擇工作，以便達到符合工程需要的相關要求。在自然資源開發工作中以及基礎工程建設施工中都會應用到巖石力學，所以其需要融匯多種不同學科知識才能很好的完成整個工作流程。
參考文獻
[1]王思敬.論巖石的地質本質性及其巖石力學演繹[J].巖石力學與工程學報.2009，28(03)：433-450.
[2]黃琴.單井巖石地質特征分析[J].科技資訊.2010(14)：116.
[3]甄貞.車西洼陷沙三下砂礫巖儲層成巖作用研究[J].西部探礦工程.2009(10)：69-71.
[4]張陽，張敏，張立晶，張希寧.軟質巖石工程地質分類新方法探討[J].吉林地質.2009，28(04)：122-132.
[5]溫曉強.特殊巖石類的工程地質性質[J].黑龍江科技信息.2012(18)：20.
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